陈重：塑料排水检查井的结构设计说明

    慧聪家居采暖网 2013年8月22日，北京市建设工程物资协会在北京召开了《塑料排水检查井应用技术规程》发布宣贯会。会上，“检查井”标准主编人、北京市政设计研究院陈重高级工程师介绍北京市地方标准塑料检查井应用技术规程结构设计部分的编制。

“检查井”标准主编人、北京市政设计研究院陈重高级工程师

    以下是陈重高工的报告实录：

    大家下午好！下面由我来为大家介绍北京市地方标准塑料检查井应用技术规程结构设计部分的编制。

    我的介绍分八个部分，安全度水平与材料强度指标。一般规定、主要何在、强度计算、压曲稳定计算、变形计算、轴向承载能力实验、稳定性能力的实验压力、回填要求。

    简单解释一下，我们这个规程结构设计的部分，应该说从当初编制到最后完成，我们追求的目标是从规程体系本身，从结构上、技术内容规定上，要做到在体系上比较完整。那么应该说现有的国内的规程，我们了解建设上是CES2C，主要适合于建筑小区的塑料检查井应用。还有是各个省市地方标准，这些地方标准实际上很大程度上来讲也都是参照CES2C这个标准制定的，这些标准以外，结构设计基本上是局限在一些一般规定，荷载计算，以及稳定性计算。没有截面强度计算。所以咱们这个将要介绍的这几部分，压曲稳定、变形及拴、井壁管是规范目前比较有特点的地方。

    另外稳定性能计算，刚才魏主任介绍的时候说了很多，结构设计里还要把这两部分重点介绍，主要想跟大家解释一下这些实验轴向承载能力实验、实验压力是怎么得到的。因为编制过程当中我们感觉到这两个压力，是争论比较多，争议比较大的。实验还有很多，这里主要介绍这两个压力的确定过程、确定思路。回填要求，是属于结构设计的一部分，这点在规程里是非常明确的。

    为什么这么讲呢？和塑料管道一样，对于回填要求非常高，我们做的实验、结构本身采用的材料，即使达到标准、超过标准，如果回填做不到标准化，设计也是数量空中楼阁。所以回填是非常重要的。

    首先说一下安全度水平和强度指标。安全度水平，咱们这个规程和美国现行标准ASTMF1759一致的，安全度水平来讲基本上还是借鉴两个标准。它所用的是容许应力法。这里我们本次规程借鉴的主要是两个数据，一个是抗压强度是抗拉强度的1.25倍。在塑料管道行业来讲，包括现在做的实验，拉伸实验也好、内压实验也好，最后能用的是塑料材质的抗拉强度，目前没有抗压强度可以用，塑料检查井埋在地下，在竖向荷载和水平向荷载情况下主要是受压，要采用受压强度的水平，但是没有，我们借鉴1459里，包括国外标准、相应设计里对于塑料材质抗拉强度直接采用抗压强度，但是概念上来讲抗拉强度比抗压强度高。目前是抗拉强度的1.25。有限度的提高。这是一个数据。

    还有一个数据，检查井总使用系数，为同材质压力管道的1.6倍。这两个系数，第一个系数1.25倍是为了从抗拉强度怎么样推导、用，得到需要得到的抗压强度，压力到不到，那么它的安全系数的1.6倍作为检查井的系数。那么这两个数据都取自1759。1759分析来讲，塑料检查井作为管道的井，受力状态比较多样，用比较高的系数也是合情合理的。

    这个是以分项系数表达极限状态法，安全系数取值等等，大家可以看大规范。

    材料强度指标方面，刚才讲的强度系数借鉴体现在这个表里，这个表咱们列出的本规程限定的三种材料，PE100、PP-B、PVCU，抗压强度，温度比较高的时候强度下降。小于等于20的情况下强度值是20度的条件计算，20度到40度用的是40度的系数进行的调节。这就是强度产生的过程。

    强度这块说起来是一个结构上比较专业的问题，我还是希望大家能够尽可能了解一下过程，为什么呢？因为我们发现这个产品，包括类似的塑料产品，使用过程当中最后可能很多人争来争去，最后都争在结论上，比如算个九，这个指标怎么取的，最后放到这上，所以想花点时间把这个介绍一下。

    参考标准，PE100参考国内行业标准，CCC111，还有1759，PPB参考冷热水管聚乙烯的标准，PVCU采用ISO1452这个标准，这里压力很大，压力管道抗拉强度标准值，是从参考标准里取出来的，PE100一般说是10，50年、20度预测概率25%，使用系数，PE100管道是1.25，20度情况下。PPB也是1.25，PVCU是2.0，乘以2得出受压情况下使用系数是这一列，根据总使用系数推算出强度系数。过程是这样。这是强度计算的一般表达式。

    咱们现在采用综合的安全系数1.27，这是大规范的，K相当于标准值，过去没有标准值一说，咱们为了分析方便把过去采用的应力叫标准值，这边是抗压强度，因为都是抗压强度，经过推导，最后得出这个是抗拉强度，底下这个K是经过抗拉强度导算出抗压强度的系数，导出以后，是表里这一类标准值。系数导出来，刚才抗压强度除以这个就是标准值。40度情况下再乘以温度系数，得出40度情况下的表里的值。是这样的依据。

    一般规定也和给排水设计规范一样的，为什么不用GB5009，因为检查井和传统意义检查井已经不一样了，传统意义检查井是这样的，这恰恰是它的弱点，它把管道给断开，现在的检查井类似一个管件，比过去检查井小得多，适应变形能力强很多，而且因为管道的一部分一个节点，所以我们认为应该用给水排水管道的规范更合适，包括一些设计的原则，回填。当然有自己的一些特殊标准，总原则是跟GB50332一致。

    需要特别说明的是稳定性抗力系数，这里重点要说抗浮，一个是1.3，还有一个是1.1，这两个是什么条件呢？当抗浮以下应力为主的时候，检查井有一个特点，本身是很轻的，如果以下应力为主，这种情况下摩擦力抗浮，为了保证安全度，它的安全系数、抗力系数是1.3，如果用抗浮混凝土的情况下应该用1.1。有点规程这块。

    变形允许值，我们规定是径向%，跟管道一样，轴向是1.5%，不是结构强度本身限制，也不是压强本身限制，就是要求轴向变形不能太大，免得检查井上部发生比较大的位移。底板挠度2%，这个2%也不是强度和变形本身在承受的极限，而是从保持水流状态、从排水专业设计角度要求，还有对于平底的检查组，可能要安放一些泵等等设备，要保持稳定性，所以20%是这么规定的。

    下面要介绍一下井壁管和井筒可不进行强度、压曲稳定和变形计算的条件，我们这个系统带来一个问题，大家可能会问做这么多结构计算规定谁去算？我可能习惯简单算，不习惯于复杂计算，编制组做了大量试设计的工作，给大家提出了一些不需要计算的条件，只要满足这些条件，结构计算这章基本上可以发过去，也解除了大家在实用性上的规律，针对三种管材，第一是聚乙烯管，得满足国家标准A型结构管要求。第二得符合现行国家标准，有相应结构高度。这些条件要同时满足，缺一不可。第三是缝拉伸强度不小于2630N。我解释一下这个数字怎么算的。用一个埋深六米，承受竖向荷载，这就是下应力，考虑安装当中有弯曲，0.5%的弯曲，还有冬天的时候冻胀的力，这几部分加起来，在沿着井壁，拉力是多少，算一下设计值。这个拉力直接作用在井壁和缝里，也是A型管比较薄弱的地方。所以比规程，国家标准要求数据要高，国家标准最大是1020N，我们这里变成2630N，比这个要高的。实际上采用管材的时候要注意管材质量。

    另外标准冻深，通常概念是北京地区80，是一个很粗略的概念，按照新的北京地标，不同区域北京市有四个标准，80、1米、1米2、1米35都有。比如冻深1米35情况下，强冻胀情况下不能用，非得用得采取措施，比如回填，非冻胀性的土。环刚度不小于4KN，一定情况下还是有一定覆盖范围。

    第二是个硬聚氯乙烯管，这个要求很少，按照这本标准里符合他的管子基本上都可以用。

    第三是轴向中空壁管，公称井四经为500mm时埋深不能超过2m。

    这一条是当井底座，刚才说的都是井壁管，井壁受口锥体满足轴箱承载能力实验和稳定性实验的要求时，可不进行强度、压曲稳定和变形计算。

    结构设计表现回填材料和密实度的设计。

    下面介绍一下主要荷载。我这里不一定列得全，但是主要的就是这么几个，一个下曳力，实际上有无车载在规程里不是大事。希望帮助大家建立额这么一个概念，主要还是下曳力，土比较深的情况下下曳力非常显著，刚才给出的荷载都是通过下曳力产生的。汽车荷载是通过向下的分散力，又转成水平力，再乘以摩擦系数，通常水平力乘1/3，摩擦力为0.2，有水0.1，不那么显著。不要老纠缠于有车没车这个事。

    也就是说埋在土里的东西本身下曳力很大，从哪来？来源于埋的过程当中加到它身上。过去也有这种说法埋完了是不是没有了？那么没了去哪儿了？这个井如果被压缩到一定程度，埋完以后只要不泄土不会反弹过来。这是结构上的考虑。

    包括锥体这点力，直接就是土的重力，径向压力是水和土，井底反力，下曳力是最重要的力。

    径向土压力计算，有一个1.21，这是1759和CECS227的，目前国内规范体系找不到依据，目前国内没有这个系数，所以把这个取消了。

    锥体径向水压了标准值。这个径向压力在CECS227里也有点问题。径向压力包括了水，实际上水是不会产生摩擦力的，应该是用有效土的来计算。

    还有一个冻土的胀力，这是冻土层，下面这个不受冻，下面这个相当于在下曳力下一个，发生冻胀作用情况下，拔这个井体，表里列的冻土层拔力是这个。

    井壁管，环向压力、轴向压力很简单，总的力除以面积就完了。环向压力里这部分，取用的是0.025，指的是被压的浮土不均匀，产生的弯矩，以及不均衡的力。0.025的2倍是0.5，和变形是一致的。

    压曲稳定计算也不细讲了。变形计算不说了。

    下面简单说说轴向承载能力实验压力是这样，考虑到三种情况，一个是500、800、1米，埋深分成0.7到2，2到4，4到6三种，结合管理要求既定各井径的埋深，500、0.7到2米，DN800、DN1000埋深为2到6m。地面车辆堆积荷载10千帕，荷载取的是符合设计值，除了设计值，里面要乘一些分项系数，经过这些考虑的情况，大家可能也看出来，因为咱们要做荷载实验，考虑一些不利情况，回填土是沙土等等情况，取的相对比较大。这是刚才魏总说的，荷载力是怎么来的，刚才讲的各种荷载加起来，竖向的，要乘以分项系数。

    稳定性实验压力，埋深也分这样的情况，最深在4米2。那么地下水位埋深考虑在哪？地面以下两米，这里所说的，就是径向、水平向，刚才那是竖的，就是这两种。地面荷载。径向荷载组合标准值作为稳定压力，为什么又是标准值呢？理论上讲也应该是设计值，我们一开始用的就是设计值，这里产生了几个问题，一个是设计值做出来以后，压力非常大，大于一两千帕，深于5米大于一百千帕，如果负压，超过70千帕对设计要求非常高了，负压是难以实现的。编制组曾经考虑过做外水压实验，甚至做了设备，做了DN3159的样机，通过水压，只要壳能受得了，对设备要求比较高，如果一米井的话，再加上支管就非常大，所以从造价、各方面来讲有很多问题、意见很大，是外压实验，类似这种实验，将来有没有什么突破，实验设备、实验思路上，目前阶段只是暂时放弃了。

    放弃了以后对于超过一百的怎么办呢？没有办法，确实做不了，最后相当于做一个妥协，采用标准值，因为咱们这个结构刚才说过，做了轴向荷载实验，这个用的是设计值，条件比较苛刻，虽然两个方向不同的荷载实验，但是都能够反应结构的承载能力、壁厚等等，包括整体性，其实可以反应这个能力。

    另外还有一个，咱们现在负压实验和条件，仔细想的话，跟检查井埋到地下条件不太一样，负压实验条件比较苛刻，也就可以这样简单说，如果负压实验过不去，这个井实际埋到地下未必不行。外水压试验、沙箱实验最能客观反应我们检查井受外压的情况，受外压就是水平压力。这是为什么最后选择标准值。

    受口锥体，这两部分合成了一下。

    指标简单解释一下，不塌陷、不开裂、流槽外推50年竖向变形值小于等于主管外径的5%30mm的较小值，水平变形值小雨等于主管外径的10%和60mm的较小值。限定这个也是为了考虑对于排水专业能不能忍受，对于水流是不是有比较大影响，比如外径1米的管，如果设10%就是10公分，10公分变形，排水专业可能会用。排水过程当中很多管比较大，所以设定了除了5%以外，还设定了一个数值上30%60%，相当于对应600管，大于600的管也得服从这两个数，还有一个作证，对于平底板检查井，直径小于1.5米的时候，允许是2%，那么也就是30毫米，大于1.5米的时候允许为1%，井径得3恩米，所以说这么大的井肯定就没有，这两个数比较严，但应该来说是可以实现的。

    说一下回填的范围，有一个分区，从实际操作来讲会问哪里是检查井哪是是管道，这是井口周围，直径是D，上下各三倍的范围内是管沟纵向，这个范围、填充这部分按照检查井规程里推荐要求进行回填。出了这个范围按照管道回填。回填材料不细说。

    结构来讲还是要强调回填质量的重要性，包括密输控制，对检查井结构安全非常重要。

    我的汇报就这些，谢谢大家