CN102943923B - 软土中管道抗上浮的箱涵结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土中管道抗上浮的箱涵结构。包括多个结构相同的U形底座、与多个底座相应个数的盖板和两块侧板；U形底座底部和盖板下表面沿轴均设有多条底座肋条，管道安装在盖板肋条和底座肋条间，U形底座和盖板用螺栓连接，两块侧板通过螺栓与箱涵结构两端的U形底座侧面连接。在埋深浅的薄弱段或特殊段沿管道敷设方向在管道外间隔设置箱涵结构，箱涵结构由预制钢筋混凝土U形底座和盖板拼装连接而成，从而人工设置了管道横向屈曲薄弱段。本发明采取箱涵内不填充的方式减弱管道水平方向的约束，诱发管道在温度上升和管道内压引起的轴向高应力作用下在箱涵内发生横向屈曲变形，释放轴向高应力，避免发生管道上浮，影响管道正常使用。

Description

软土中管道抗上浮的箱涵结构

技术领域

    本发明涉及一种箱涵结构，尤其是涉及一种软土中管道抗上浮的箱涵结构。

背景技术

随着经济的快速发展，能源的开发利用越来越受到人们的重视。在能源运送中，管道运输由于其运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低，并可实现自动控制等特点，成为石油、天然气输送的重要方式。沿海地区由于经济发展的需要，对能源的依赖越来越大，油气管道的建设正在不断展开。但沿海地区特有的软土地质条件给管道正常运行带来了挑战，饱和软土地基中的油气管道在施工完成后经常出现上浮现象，给管线安全带来了隐患。

油气管道的上浮根据其起因可以分为两类。一类是管道的自浮，即管道在水浮力或饱和流塑软土浮力作用下由于上覆土、配重等所能提供的上浮阻力不够引起的管道上浮。另一类是管道在内压、温度上升等因素作用下产生轴力高应力，从而引起管道轴向屈曲失稳。由于管道一般埋深较浅，其向上约束力小，轴向屈曲失稳通常最终表现为向上屈曲，即为上浮。其中，后者在油气管道上浮现象中占大多数。

目前，工程中多采用设置混凝土块等压重的方法，来避免管道上浮。然而这种方法并没有消除引起管道上浮的轴向高应力，即没有消除引起管道上浮的灾害源。对于进行压重处理的管段，上浮能暂时消除，但相邻未进行压重的管段同样会受轴向高应力作用而发生上浮。如对长输管线进行大范围压重处理，则会带来极高的建设成本。因此，探寻软土中管道抗上浮的新方法具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软土中管道抗上浮的箱涵结构，以解决饱和软土中管道在轴向高应力、水浮力等作用下的上浮问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明所述的箱涵结构包括多个结构相同的U形底座、与多个U形底座相应个数的盖板和两块侧板；U形底座底部表面沿轴向设有多条底座肋条，盖板下表面沿轴向也设有多条盖板肋条，管道安装在盖板肋条和底座肋条之间，U形底座和盖板用第一螺栓连成一体，两块侧板分别通过第二螺栓与箱涵结构两端的U形底座侧面连接。

所述的两块侧板均由上半侧板和下半侧板拼装组合而成，中间开有与管道外径相同的圆孔。

所述的多条底座肋条和盖板肋条为等距分布或不等距分布。

本发明具有的有益效果是：

（1）本发明抗上浮箱涵结构采用箱涵内不填充和箱涵U形底座上部及盖板下部设肋的方式减少管道横向变形的约束，可诱发管道在轴向高应力作用下在箱涵内发生横向屈曲变形，主动释放轴向高应力，避免发生自浮或屈曲上浮，影响管道的正常使用。

（2）本发明的底座肋条和盖板肋条能降低管道横向屈曲过程中与底座或盖板之间的摩擦力。

（3）本发明抗上浮箱涵结构采用预制钢筋混凝土箱涵结构，U形底座与盖板采用螺栓连接，可方便地进行分段拼接安装。

（4）本发明箱涵结构U形底座在施工过程中，尤其是在软土中进行管道敷设施工时，可代替钢板桩等结构的挡土功能。

（5）本发明箱涵结构U形底座横断面两个底角采用与管道弧度相同的圆角，方便安装沟槽的开挖成形。

附图说明

图1是本发明的结构俯视图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的A-A剖视图。

图4是图1的B-B剖视图。

图中：1.管道，2.箱涵结构，3. 盖板，4. U形底座，5.底座圆底角，6.盖板肋条，7.底座肋条，8. 第一螺栓，9. 第三螺栓，10. U形底座分段间连接孔，11.侧板，12.上半侧板，13.下半侧板，14.第二螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，所述的箱涵结构2包括多个结构相同的U形底座4、与多个U形底座相应个数的盖板3和两块侧板11；U形底座4底部表面沿轴向设有多条底座肋条7，盖板3下表面沿轴向也设有多条盖板肋条6，管道1安装在盖板肋条6和底座肋条7之间，U形底座4和盖板3用第一螺栓8连成一体，两块侧板11分别通过第二螺栓14与箱涵结构2两端的U形底座4侧面连接。

所述的两块侧板11均由上半侧板12和下半侧板13拼装组合而成，中间开有与管道1外径相同的圆孔。

所述的多条底座肋条7和盖板肋条6为等距分布或不等距分布。

所述的箱涵结构的长度                                               为：

    （1）

其中管道轴向受压屈曲临界荷载按下式计算

                                    （2）

式中：为由内压、温度引起的管道轴向荷载；为管道轴向受压屈曲临界荷载；为包括覆盖土层和管子、物料自重减去上浮力所得的均布载荷；为箱涵结构长度；为管道材料弹性模量；为管道截面转动惯量；为管道截面材料面积；为管道与覆盖土层的摩擦系数；

通过联立上述两式即可确定箱涵结构的长度。

如图1所示，本发明通过在管道1外设置箱涵结构2以实现抗上浮的目的。箱涵结构2由预制钢筋混凝土箱涵盖板3和U形底座4分段通过多根第三螺栓9连接拼装而成。

U形底座4横断面两个底角采用底座圆底角5，其圆弧直径与管道外径一致。U形底座4上表面和盖板3下表面分别设置盖板肋条6和底座肋条7。底板肋条7顶面至盖板肋条6底面高度比管道1外径大，使管道安装后管顶与盖板底稍有空隙。

箱涵结构2采用分段设计，每段长度可根据设计施工要求选取。箱涵U形底座4内净宽约取管道1外径1.5倍以上，U形底座4内净高比管道1外径大至少1公分，使管道安装后管顶与盖板底稍有空隙，底座圆底角5圆弧半径取管道外径。盖板肋条6和底座肋条7间距根据设计需要取数十公分。

如图2所示，侧板11由上半侧板12和下半侧板13拼装组合而成，中间开有与管道1外径相同的圆洞。上半侧板12和下半侧板13均为预制钢筋混凝土板，先安装下半侧板13，再安装管道，然后再安装上半侧板12。上半侧板12和下半侧板13均预留有螺栓孔通过第二螺栓14与箱涵结构2侧面连接。两个箱涵结构相连是通过U形底座分段间连接孔10用第三螺栓9相连。

箱涵结构2设计时应验算以下几方面内容：盖板3满足上部覆土压力要求、U形底座4两侧面满足侧向土压力要求以及底板满足抗隆起要求、侧板11满足侧向土压力要求。对于箱涵结构2整体，还需验算其抗上浮要求。

如图3所示，施工安装中保证底座肋条7顶面标高与管道1底标高一致，以及管道1中心线与箱涵结构2中心线水平位置一致，即保证管道位于箱涵结构2中心。在管沟开挖后分段吊装预制的U形底座4，各分段就位后，采用第三螺栓9进行连接，各分段间缝隙不进行防水处理，但应防止土体进入箱涵内。在U形底座4安装就绪后，即可进行管道的敷设，完成后将盖板3分段进行吊装，就位后与U形底座4利用第一螺栓8进行连接，U形底座4与盖板3间缝隙不进行防水处理，但应防止土体进入箱涵内。之后进行上覆土回填。

Claims (3)

1.一种软土中管道抗上浮的箱涵结构，其特征在于：所述的箱涵结构(2)包括多个结构相同的U形底座(4)、与多个U形底座(4)相应个数的盖板(3)和两块侧板(11)；U形底座(4)底部表面沿轴向设有多条底座肋条(7)，盖板(3)下表面沿轴向也设有多条盖板肋条(6)，管道(1)安装在盖板肋条(6)和底座肋条(7)之间，U形底座(4)和盖板(3)用第一螺栓(8)连成一体，两块侧板(11)分别通过第二螺栓(14)与箱涵结构(2)两端的U形底座(4)侧面连接；所述箱涵结构(2)内不填充。

2.根据权利要求1所述的一种软土中管道抗上浮的箱涵结构，其特征在于：所述的两块侧板(11)均由上半侧板(12)和下半侧板(13)拼装组合而成，中间开有与管道(1)外径相同的圆孔。

3.根据权利要求1所述的一种软土中管道抗上浮的箱涵结构，其特征在于：所述的多条底座肋条(7)和盖板肋条(6)为等距分布或不等距分布。