CN114294473B - 流态土沟槽埋管抗浮施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法，包括：在将管道布设于沟槽内并向沟槽内填筑流态土时，设定初次填筑高度h₀；依据设定的初次填筑高度h₀向沟槽内填筑流态土；待填筑的流态土达到预设强度后，向沟槽内再次填筑流态土以埋设管道，从而完成了抗浮施工。本申请采用分层浇筑的方式避免管道在填筑流态土的过程中发生上浮偏移，通过设定合适的初次填筑高度h₀以控制初次填筑量，缩短初凝时间，加快施工进度，避免了现有技术额外设置抗浮机构施工难度大、施工进度慢、施工成本高的问题。

Description

流态土沟槽埋管抗浮施工方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，特指一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法。

背景技术

在公开号为CN110566722A的中国专利中公开了一种管道防位移抗浮机构及管道抗浮施工方法，包括，横杆平行的设置在管道的上方的横杆、至少一组斜撑组件，以及至少两组限位组件，两组限位组件可移动地安装在横杆的底部上，并分别处于管道的相对两侧，两组限位组件的一端分别与基坑的相对两个内侧壁抵接。该专利通过设置在管道两侧的限位组件将管道夹住定位，以对管道进行横向限位，并通过斜撑组件顶撑于横杆和基坑侧壁之间，以对横杆施加向下的作用力，使得横杆能够抵靠于管道的顶部，以对管道进行竖向限位，由于需要额外设置管道防位移抗浮机构，进而增加了施工难度、减缓了施工进度、增加了施工成本，还会影响管道的填筑质量，而且设置管道防位移抗浮机构需要一定的安装空间，导致沟槽开挖断面较大，增大了施工风险，而且对地层要求高，尤其在软土地层中难以实施。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法，以解决现有技术中采用管道防位移抗浮机构避免管道上浮偏移的方式增加了施工难度、减缓了施工进度、增加了施工成本、影响了管道的填筑质量、增大了施工风险等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法，包括：

在将管道布设于沟槽内并向所述沟槽内填筑流态土时，设定初次填筑高度h₀；

依据设定的初次填筑高度h₀向所述沟槽内填筑流态土；

待填筑的流态土达到预设强度后，向所述沟槽内再次填筑流态土以埋设管道，从而完成了抗浮施工。

本发明采用分层浇筑的方式避免管道在填筑流态土的过程中发生上浮偏移，通过设定合适的初次填筑高度h₀以控制初次填筑量，缩短初凝时间，加快施工进度，避免了现有技术额外设置抗浮机构施工难度大、施工进度慢、施工成本高的问题。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

在设定初次填筑高度h₀时，将填筑至设定的初次填筑高度h₀时管道所受浮力F_浮1和初凝后继续填筑时管道所受最大浮力F_浮2,max进行比较以获得其中的最大值，将所获得的最大值与管道的重量G_管进行比较判断；

若管道的重量大于或等于所获得的最大值，则输出设定的初次填筑高度h₀；

若管道的重量G_管小于所获得的最大值时，则向所述管道内增加填充物以让所述管道的重量G_管大于或等于所获得的最大值，并输出设定的初次填筑高度h₀以及对应的填充物的重量G_填。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

在将所获得的最大值与管道的重量G_管进行比较判断时，将所获得的最大值乘以安全系数K_a后再与管道的重量G_管进行比较判断。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

初次填筑完成时管道所受浮力F_浮1的计算公式如下：

其中，F_粘′为流态土实际对管道起作用的粘结力，h₀为初次填筑高度，θ为流态土填筑高度处对应管道圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土的密度，L为管道的长度，R为管道的外半径，g为重力加速度；

在初凝后继续填筑过程中，当填筑的高度h＝2R-h₀时，管道所受最大浮力达到最大值，即为F_浮2,max，F_浮2,max的计算公式如下：

其中，F_粘′为流态土实际对管道起作用的粘结力，h₀为初次填筑高度，h为初凝后继续填筑后的高度，θ′为流态土初次填筑高度处对应管道圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土的密度，L为管道的长度，R为管道的外半径，g为重力加速度。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，流态土实际对管道起作用的粘结力F_粘′的计算公式如下：

F_粘′＝K_υF_粘

F_粘＝F_τ粘+F_σ粘

其中，F_粘为流态土完全对管道起作用时的粘结力，K_υ为粘结力未充分发挥作用的修正系数，h_e为流态土粘结影响高度，F_τ粘为切向粘结力，F_σ粘为法向粘结力，h为流态土填筑的设计高度，L为管道的长度，R为管道的外半径，τ_粘为流态土切向粘结强度，σ_粘为流态土法向粘结强度。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

在设定初次填筑高度h₀时，设定多个初次填筑高度h₀，并从输出设定的初次填筑高度h₀中选择最小的值作为设定的初次填筑高度h₀。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

在向所述管道内增加填充物时，设定多个填充物的重量G_填，并从输出的填充物的重量G_填中选择最小的值作为设定的填充物的重量。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

根据所需增加填充物的重量G_填计算增加填充物的高度h′，计算公式如下：

其中，G_填为填充物的重量，h′为填充物的高度，θ″为填充物高度位置处对应管道圆心的圆心角度(弧度)，R′为管道的内半径，L为管道的长度，ρ_填为填充物的密度，g为重力加速度；

在向所述管道内增加填充物时，将所述填充物沿所述管道的长度方向通长布设于所述管道内，并使所述填充物的高度为h′。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

通过向所述管道内填充水袋或沙袋的方式向所述管道内增加填充物。

本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的进一步改进在于，

在所述沟槽内布设管道之前，于所述沟槽的槽底铺设垫层，沿所述管道的设计位置于所述垫层之上设置一对轨枕；

在所述沟槽内布设管道时，将所述管道布设于一对所述轨枕之间。

附图说明

图1为本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的流程图。

图2为本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法的施工示意图。

图3为本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法在初凝后继续填筑至管道所受最大浮力时的状态图。

图中：沟槽10，管道20，流态土30，填充物40，垫层50，轨枕60。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法，用于在沟槽埋管施工中避免管道上浮偏移，首先判断分层填筑是否能抗浮，若分层填筑能抗浮则根据试算出的初次填筑高度h₀进行沟槽埋管施工，若分层填筑不能抗浮则试算出初次填筑高度h₀以及填充物的高度为h′，采用分层填筑和向管道内填充填充物两者相结合的方式进行沟槽埋管施工，以控制初次填筑流态土的量、速凝剂的使用量以及填充物的量，进而降低施工成本，加快施工进度。

下面结合附图对本发明流态土沟槽埋管抗浮施工方法进行说明。

参见图1，在本实施例中，一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法包括：

S101：在将管道20布设于沟槽10内并向沟槽10内填筑流态土30时，设定初次填筑高度h₀；

S102：依据设定的初次填筑高度h₀向沟槽10内填筑流态土30；

S103：待填筑的流态土30达到预设强度后，向沟槽10内再次填筑流态土30以埋设管道20，从而完成了抗浮施工。

在本实施例中抗浮施工方法采取分层浇筑，通过设置合适的初次填筑高度h₀，在确保整个流态土30的填筑施工过程中管道20均不会发生上浮偏移的同时，控制初次填筑流态土30的量以缩短初凝时间，加快施工进度，由于无需额外设置抗浮机构本申请的施工工艺更为简单、施工难度小、施工进度快、施工成本低，而且能够适用于小断面的沟槽10以及软土地层的施工工况，应用范围更广，不会影响管道20的填筑质量，确保了施工的安全性。

参见图2和图3，在本实施例中，在设定初次填筑高度h₀时，将填筑至设定的初次填筑高度h₀时管道20所受浮力F_浮1和初凝后继续填筑时管道20所受最大浮力F_浮2,max进行比较以获得其中的最大值，将所获得的最大值与管道20的重量G_管进行比较判断；

若管道20的重量G_管大于或等于所获得的最大值，则输出设定的初次填筑高度h₀，即分层填筑可以抵抗管道20所受的浮力，采用分层填筑进行沟槽10埋管施工；

若管道20的重量G_管小于所获得的最大值时，则向管道20内增加填充物40以让管道20的重量G_管大于或等于所获得的最大值，并输出设定的初次填筑高度h₀以及对应的填充物40的重量G_填，即仅通过分层填筑无法抵抗管道20所受的浮力，进一步地采用在管道20内填充一定量填充物40的方式以抵抗管道20所受的浮力。

在本实施例中抗浮施工方法通过判断和对比以确定分层填筑是否可以抵抗管道20所受的浮力，若可以，则通过试算出初次填筑高度h₀即可进行沟槽10埋管施工，以避免因设置填充物40而导致成本增加的问题；若不可以，则进一步的采用在管道20内设置填充物40的方式以抵抗来自流态土30对管道20的浮力，试算出需要在管道20内填充的填充物40的重量G_填和初次填筑高度h₀，以避免填充物40的量不足导致无法有效地抗浮或者填充物40的量过多导致生产成本较大的问题。

参见图2和图3，进一步的，在将所获得的最大值与管道20的重量G_管进行比较判断时，将所获得的最大值乘以安全系数K_a后再与管道20的重量G_管进行比较判断。

在一种较佳实施例中，初次填筑完成时管道20所受浮力F_浮1的计算公式如下：

其中，F_粘′为流态土30实际对管道20起作用的粘结力，h₀为初次填筑高度，θ为流态土30填筑高度处对应管道20圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土30的密度，L为管道20的长度，R为管道20的外半径，g为重力加速度；

在初凝后继续填筑过程中，当填筑的高度h＝2R-h₀时，管道20所受最大浮力达到最大值，即为F_浮2,max，F_浮2,max的计算公式如下：

其中，F_粘′为流态土30实际对管道20起作用的粘结力，h₀为初次填筑高度，h为初凝后继续填筑后的高度，θ′为流态土30初次填筑高度处对应管道20圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土30的密度，L为管道20的长度，R为管道20的外半径，g为重力加速度。

进一步的，流态土30实际对管道20起作用的粘结力F_粘′的计算公式如下：

F_粘′＝K_υF_粘

F_粘＝F_τ粘+F_σ粘

其中，F_粘为流态土30完全对管道20起作用时的粘结力，K_υ为粘结力未充分发挥作用的修正系数，h_e为流态土30粘结影响高度，F_τ粘为切向粘结力，F_σ粘为法向粘结力，h为流态土30填筑的设计高度，L为管道20的长度，R为管道20的外半径，τ_粘为流态土30切向粘结强度，σ_粘为流态土30法向粘结强度。

更进一步的，扩展度为混凝土拌合物坍落后扩展的直径。

当流态土30扩展度>500mm，h_e为0.4m；

当流态土30扩展度≤500mm，h_e为0.3m。

更进一步的，τ_粘＝4σ_粘。

更进一步的，由于流态土30在达到一定高度时对管道20的粘结力才会实际起作用，通过设置K_υ以对粘结力进行修正，K_υ的范围在0至1之间。

在一种较佳实施例中，在设定初次填筑高度h₀时，设定多个初次填筑高度h₀，并从输出设定的初次填筑高度h₀中选择最小的值作为设定的初次填筑高度h₀。例如，根将流态土30填筑的设计高度分为十等份的高度点作为初次填筑高度h₀进行试算和判断是否满足抗浮要求，并结合施工工况在满足条件的初次填筑高度h₀中选择较小值作为设定的初次填筑高度h₀，以控制速凝剂的使用量，降低施工成本，缩短初凝时间，加快施工进度。

在本实施例中，在向管道20内增加填充物40时，设定多个填充物40的重量G_填，并从输出的填充物40的重量G_填中选择最小的值作为设定的填充物40的重量。结合施工工况在满足条件的填充物40的重量G_填中选择较小值作为设定的填充物40的重量G_填，以降低施工成本和施工量。

进一步的，根据所需增加填充物40的重量G_填计算增加填充物40的高度h′，计算公式如下：

其中，G_填为填充物40的重量，h′为填充物40的高度，θ″为填充物40高度位置处对应管道20圆心的圆心角度(弧度)，R′为管道20的内半径，L为管道20的长度，ρ_填为填充物40的密度，g为重力加速度；

在向管道20内增加填充物40时，将填充物40沿管道20的长度方向通长布设于管道20内，并使填充物40的高度为h′。

由于填充物40是沿管道20的长度方向通长设置，以使填充物40的荷载能够均匀分布于管道20的底部，确保管道20底部的每个位置能够承受足够的荷载力以抵抗来自流态土30的浮力，避免管道20局部受力不均的问题。

更进一步的，通过向管道20内填充水袋或沙袋的方式向管道20内增加填充物40。

参见图2和图3，在一种实施例中，管道20的两端位于工作井中，在将管道20布设于沟槽10内之前，沿管道20的长度方向于管道20内放置与管道20截面尺寸相适配的水袋，将管道20布设于沟槽10内之后，向水袋内充水直至填充物40的高度h′处，在浇筑施工完毕后，将水袋内的水抽出，再取出水袋，通过向水袋内充水使得水袋能够立起以对管道20进行填充，由于水被容置于水袋中，因此无需封堵管道20的端部，避免直接向管道20内注水时，还需封堵管道20两端的问题，施工操作更为方便和安全。

在另一种实施例中，管道20的两端位于工作井中，通过于管道20内放置沙袋，在浇筑施工完毕后，将沙袋从管道20内取出。

参见图2和图3，在本实施例中，在沟槽10内布设管道20之前，于沟槽10的槽底铺设垫层50，沿管道20的设计位置于垫层50之上设置一对轨枕60；

在沟槽10内布设管道20时，将管道20布设于一对轨枕60之间。

较佳地，流态土30采用弃泥浆为主要原料的绿色新型建筑回填材料，节约了施工成本。

在本实施例中，在管道20重量G_管小于安全系数K_a与流态土30一次填筑至设计高度时管道20所受浮力F_浮的乘积值时，进行抗浮施工。流态土30一次填筑至设计高度时管道20所受浮力F_浮利用如下公式计算得出：

其中，F_粘′为流态土30实际对管道20起作用的粘结力，h为流态土30填筑的设计高度，θ为流态土30填筑高度处对应管道20圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土30的密度，L为管道20的长度，R为管道20的外半径，g为重力加速度。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (8)

1.一种流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，包括：

在将管道布设于沟槽内并向所述沟槽内填筑流态土时，设定初次填筑高度h₀；

依据设定的初次填筑高度h₀向所述沟槽内填筑流态土；

待填筑的流态土达到预设强度后，向所述沟槽内再次填筑流态土以埋设管道，从而完成了抗浮施工；

在设定初次填筑高度h₀时，将填筑至设定的初次填筑高度h₀时管道所受浮力F_浮1和初凝后继续填筑时管道所受最大浮力F_浮2,max进行比较以获得其中的最大值，将所获得的最大值与管道的重量G_管进行比较判断；

若管道的重量G_管大于或等于所获得的最大值，则输出设定的初次填筑高度h₀；

若管道的重量G_管小于所获得的最大值时，则向所述管道内增加填充物以让所述管道的重量G_管大于或等于所获得的最大值，并输出设定的初次填筑高度h₀以及对应的填充物的重量G_填；

初次填筑完成时管道所受浮力F_浮1的计算公式如下：

其中，F_粘′为流态土实际对管道起作用的粘结力，h₀为初次填筑高度，θ为流态土填筑高度处对应管道圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土的密度，L为管道的长度，R为管道的外半径，g为重力加速度；

在初凝后继续填筑过程中，当填筑的高度h＝2R-h₀时，管道所受最大浮力达到最大值，即为F_浮2,max，F_浮2,max的计算公式如下：

其中，F_粘′为流态土实际对管道起作用的粘结力，h₀为初次填筑高度，h为初凝后继续填筑后的高度，θ′为流态土初次填筑高度处对应管道圆心的圆心角度(弧度)，ρ_土为流态土的密度，L为管道的长度，R为管道的外半径，g为重力加速度。

2.如权利要求1所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，

在将所获得的最大值与管道的重量G_管进行比较判断时，将所获得的最大值乘以安全系数K_a后再与管道的重量G_管进行比较判断。

3.如权利要求1所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，流态土实际对管道起作用的粘结力F_粘′的计算公式如下：

F_粘′＝K_υF_粘

F_粘＝F_τ粘+F_σ粘

其中，F_粘为流态土完全对管道起作用时的粘结力，K_υ为粘结力未充分发挥作用的修正系数，h_e为流态土粘结影响高度，F_τ粘为切向粘结力，F_σ粘为法向粘结力，h为流态土填筑的设计高度，L为管道的长度，R为管道的外半径，τ_粘为流态土切向粘结强度，σ_粘为流态土法向粘结强度。

4.如权利要求1所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，

在设定初次填筑高度h₀时，设定多个初次填筑高度h₀，并从输出设定的初次填筑高度h₀中选择最小的值作为设定的初次填筑高度h₀。

5.如权利要求1所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，

在向所述管道内增加填充物时，设定多个填充物的重量G_填，并从输出的填充物的重量G_填中选择最小的值作为设定的填充物的重量。

6.如权利要求5所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，

根据所需增加填充物的重量G_填计算增加填充物的高度h′，计算公式如下：

其中，G_填为填充物的重量，h′为填充物的高度，θ″为填充物高度位置处对应管道圆心的圆心角度(弧度)，R′为管道的内半径，L为管道的长度，ρ_填为填充物的密度，g为重力加速度；

在向所述管道内增加填充物时，将所述填充物沿所述管道的长度方向通长布设于所述管道内，并使所述填充物的高度为h′。

7.如权利要求1所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，

通过向所述管道内填充水袋或沙袋的方式向所述管道内增加填充物。

8.如权利要求1所述的流态土沟槽埋管抗浮施工方法，其特征在于，

在所述沟槽内布设管道之前，于所述沟槽的槽底铺设垫层，沿所述管道的设计位置于所述垫层之上设置一对轨枕；

在所述沟槽内布设管道时，将所述管道布设于一对所述轨枕之间。