可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构及其施工方法，所述施工方法包括步骤：S1：挖出管道沟槽和管道沟槽上方的回填土沟槽，并在回填土沟槽的两侧壁挖出至少一层台阶；S2：将管道铺放于管道沟槽内，并将各管道完成接口焊接；S3：在管道沟槽内填土，并将填土压实、整平至管道顶部标高；S4：在管道顶部上方铺放一层可降解材料隔层，可降解材料隔层位于最低一层台阶的横向台阶面的下方；S5：向回填土沟槽内填土并压实。本发明能利用土拱效应及回填土沟槽侧壁摩擦力显著降低管道顶部的压力，保护管道不被压裂损坏，并且本发明施工工序简单、所用材料成本低、具有很好的应用前景及广泛的推广性，适宜于地下浅埋管道的明挖埋设。
【专利说明】可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建造技术，特别涉及一种管道埋设结构及施工方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济及城镇化建设的迅速发展，市政、农业、水电及石油化工等领域均存在很多浅埋明挖埋设的地下管道，特别是市政管道，埋设深度一般不超过10m，因此管道埋设常采用地表明挖沟槽，继而铺放管道，然后直接回填土体压实的施工方式。
[0003]这种常规的施工方法使得管道顶面不仅受到较大的静止土压力(管道上部回填土的自重)作用，而且很难形成土拱效应，造成车辆、堆载等外部附加荷载基本直接传递作用在管道顶面。而管道在承受大载荷下容易损伤破裂，缩短管道的使用寿命，而管道(如城市供水、电及气等地下管道)损坏又会严重影响人民的正常生活。
[0004]虽然现行管道埋设工程中，也常在沟槽开挖中沿其纵向方向采用台阶状推进开挖施工方法，但其主要目的是为了保证沟槽两侧土体及附近相关基础工程的稳定，不能起到减小运行期作用在管道顶部的土压力及附加荷载的作用。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构及其施工方法，以解决埋设管道的顶部承受竖向载荷大、易损坏的问题。
[0006]本发明可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，包括管道沟槽和位于管道沟槽上方的回填土沟槽，所述管道沟槽中设置有管道和包在管道外的管道周边填土，所述回填土沟槽的侧壁为至少具有一层台阶的阶梯壁，最低一层台阶位于回填土沟槽的底部、且其横向台阶面高于管道顶部，所述管道顶部上方设有一层可降解材料隔层，所述可降解材料隔层位于最低一层台阶的横向台阶面的下方。
[0007]进一步，所述可降解材料隔层的宽度大于或等于管道的直径。
[0008]进一步，所述可降解材料隔层低于最低一层台阶的横向台阶面0-5cm。
[0009]进一步，所述阶梯壁上各台阶的横向台阶面为外侧向上翘起的斜面，且横向台阶面与水平面间的夹角为1-5°。
[0010]进一步，所述管道外还设有防渗隔热层。
[0011]本发明可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构的施工方法，包括以下步骤:
[0012]S1:挖出管道沟槽和管道沟槽上方的回填土沟槽，并在回填土沟槽的两侧壁挖出至少一层台阶，且最低一层台阶位于回填土沟槽的底部；
[0013]S2:将管道铺放于管道沟槽内，并将各管道完成接口焊接；
[0014]S3:在管道沟槽内填土，并将填土压实、整平至管道顶部标高；
[0015]S4:在管道顶部上方铺放一层可降解材料隔层，可降解材料隔层位于最低一层台阶的横向台阶面的下方；
[0016]S5:向回填土沟槽内填土并压实。[0017]进一步，在步骤SI和S2之间还存在步骤Sla，在管道外包裹防渗及隔热材料。
[0018]进一步，在步骤S5中，向回填土沟槽内填土并压实时，按照回填土沟槽侧壁台阶层数分层填土压实。
[0019]进一步,在步骤SI中，在回填土沟槽的两侧壁挖出台阶时,保证各台阶的横向台阶面为外侧向上翘起的斜面，且横向台阶面与水平面间的夹角为1-5°。
[0020]进一步，在步骤S4中，铺设可降解材料隔层，保证可降解材料隔层的宽度大于或等于管道的直径。
[0021]本发明的有益效果:
[0022]1、本发明中在管道顶面铺设可降解材料隔层(如稻草类材料)，可降解材料隔层降解后将使得土体产生小量的向下变形或变形趋势，这一变形将使得土体作用在管道顶面的竖向土压力由静止土压力改变为主动土压力，从而可减小压在管道上部的竖向土压力。
[0023]2、本发明中的回填土沟槽侧壁的台阶结构，能提高向下变形的土体与回填土沟槽侧壁间的摩擦力，从而减小作用在管道顶面上的竖向荷载。
[0024]3、在较大侧壁摩擦和土体向下变形或变形趋势共同作用下，将因较大的侧向摩阻力而形成竖向土压力拱效应，进一步减小了作用在管道顶面的竖向荷载。
[0025]4、沟槽侧壁台阶结构(特别是最低一级台阶)，由于台阶下方土体相对沟槽填土具有较高的变形强度，故能形成土拱效应，再进一步减小作用在管道顶面的竖向荷载。
[0026]5、本发明中采用按回填土沟槽侧壁台阶层数分层压实，有利于提高管道顶面上覆填土的密实度及强度等；即使沟槽规模较小或施工场地不具备开挖台阶的条件，由于可降解材料隔层的腐烂、压缩也可诱发管道上方土体的变形，也能形成底部台阶产生的土拱效应。
[0027]6、本发明施工工序简单、所用材料成本低、具有很好的应用前景及广泛的推广性，适宜于地下浅埋管道的明挖埋设。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明中管道埋设结构的第一种横断面结构示意图；
[0029]图2是本发明中管道埋设结构的第二种横断面结构示意图；
[0030]图3是本发明减小埋设管道顶面竖向荷载作用的机理模型示意图。
[0031]附图标记说明:1_管道沟槽、2-回填土沟槽、3-管道、4-管道周边填土、5-横向台阶面、6-可降解材料隔层、7-防渗隔热层、8-侧壁摩擦力、9-可降解材料隔层下沉变形、10-底部台阶产生的土压力拱、11-侧壁摩擦力产生的土压力拱。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0033]如图所示，本实施例可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，包括管道沟槽I和位于管道沟槽I上方的回填土沟槽2，所述管道沟槽I中设置有管道3和包在管道外的管道周边填土 4，所述回填土沟槽2的侧壁为具有3层台阶的阶梯壁，最低一层台阶位于回填土沟槽的底部、且其横向台阶面5高于管道顶部，所述管道顶部上方设有一层可降解材料隔层6，所述可降解材料隔层6位于最低一层台阶的横向台阶面5的下方。当然在不同时实施方式中，所述回填土沟槽2的侧壁还可以为只有一层台阶的阶梯壁(如图2所示)，或者所述回填土沟槽2的侧壁还可以为有2层、4层、5层等其它一层以上台阶的阶梯壁，台阶的数量可根据具体需要设置，一般回填土沟槽2的宽度越宽、侧壁越高，台阶级数越多。
[0034]本实施例中，在管道顶面铺设可降解材料隔层6 (如稻草类材料，或其它可通过生物、化学等方式降解的材料)，可降解材料隔层降解后下沉变形将使得土体产生小量的向下变形或变形趋势，这一变形将使得土体作用在管道顶面的竖向土压力由静止土压力改变为主动土压力，从而可减小压在管道上部的竖向土压力。并且本实施例中回填土沟槽2侧壁的台阶结构，能提高向下变形的土体与回填土沟槽侧壁间的摩擦力，从而减小作用在管道顶面上的竖向荷载；沟槽侧壁台阶结构(特别是最低一级台阶)，台阶下方土体相对沟槽填土具有较高的变形强度，故能形成土拱效应，又进一步减小作用在管道顶面上的竖向荷载；在较大侧壁摩擦和土体向下变形或变形趋势共同作用下，将因较大的侧向摩阻力而形成竖向土压力拱效应，又再进一步减小了作用在管道顶面的竖向荷载。
[0035]作为对本实施例的改进，所述可降解材料隔层6的宽度大于管道3的直径，当然在不同实施方式中可降解材料隔层6的宽度也可等于管道3的直径，本改进能最大范围的减少管道3顶部的压力。
[0036]作为对本实施例的改进，所述可降解材料隔层6低于最低一层台阶的横向台阶面5cm,由于回填土沟槽侧壁上最低一层台阶略高于可降解材料隔层6，且台阶下方土体已经历了长期的自然沉降固结过程，故其具有相对较高变形强度，故能形成土拱效应。当然在不同实施方式中，所述可降解材料隔层6低于最低一层台阶的横向台阶面的距离还可为其它值，其最佳取值范围在0-5cm ;同时可降解材料隔层6的厚度一般在5-10cm为最佳，当然管道上方填土厚度越大，则可降解材料隔层6铺设厚度越大。
[0037]作为对本实施例的改进，所述阶梯壁上各台阶的横向台阶面为外侧向上翘起的斜面，且横向台阶面与水平面间的夹角β为1°，当然在不同实施方式中β还可为1-5°范围内的其它值，本改进使得横向台阶面能在竖向压力下变形后，横向台阶面仍能保持水平或向上微倾的状态，能更好的形成土拱效应的支脚。
[0038]作为对本实施例的改进，所述管道3外还设有防渗隔热层7，本改进结构适于铺设具有防渗隔热要求的管道。
[0039]本实施例可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构的施工方法，包括以下步骤:
[0040]S1:挖出管道沟槽I和管道沟槽I上方的回填土沟槽2，并在回填土沟槽2的两侧壁挖出至少一层台阶，且最低一层台阶位于回填土沟槽的底部；
[0041]S2:将管道3铺放于管道沟槽I内，并将各管道完成接口焊接；
[0042]S3:在管道沟槽I内填土，并将填土压实、整平至管道顶部标高；
[0043]S4:在管道3顶部上方铺放一层可降解材料隔层6，可降解材料隔层6位于最低一层台阶的横向台阶面5的下方；
[0044]S5:向回填土沟槽2内填土并压实。
[0045]本实施例管道埋设结构的施工方法能利用土拱效应以及侧壁摩擦力很大程度的减小管道顶部竖向载荷，保护管道不被压裂损坏，并且其具有施工工序简单、所用材料成本低、具有很好的应用前景及广泛的推广性，适宜于地下浅埋管道的明挖埋设。
[0046]作为对本实施例的改进，在步骤SI和S2之间还存在步骤Sla，在管道3外包裹防渗及隔热材料，本改进适于铺设具有防渗隔热要求的管道。
[0047]作为对本实施例的改进，在步骤S5中，向回填土沟槽2内填土并压实时，按照回填土沟槽侧壁台阶层数分层填土压实，本改进有利于提高管道顶面上覆填土的密实度及强度等；即使沟槽规模较小或施工场地不具备开挖多层台阶的条件(如图2所示)，由于可降解材料隔层6的腐烂、压缩也可诱发管道上方土体的变形，也能形成底部台阶产生的土拱效应。
[0048]作为对本实施例的改进，在步骤SI中，在回填土沟槽2的两侧壁挖出台阶时，保证各台阶的横向台阶面为外侧向上翘起的斜面，且横向台阶面与水平面间的夹角β为1-5。。
[0049]作为对本实施例的改进，在步骤S4中，铺设可降解材料隔层6，保证可降解材料隔层6的宽度大于或等于管道的直径。
[0050]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，其特征在于:包括管道沟槽和位于管道沟槽上方的回填土沟槽，所述管道沟槽中设置有管道和包在管道外的管道周边填土，所述回填土沟槽的侧壁为至少具有一层台阶的阶梯壁，最低一层台阶位于回填土沟槽的底部、且其横向台阶面高于管道顶部，所述管道顶部上方设有一层可降解材料隔层，所述可降解材料隔层位于最低一层台阶的横向台阶面的下方。
2.根据权利要求1所述的可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，其特征在于:所述可降解材料隔层的宽度大于或等于管道的直径。
3.根据权利要求1所述的可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，其特征在于:所述可降解材料隔层低于最低一层台阶的横向台阶面0-5cm。
4.根据权利要求1所述的可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，其特征在于:所述阶梯壁上各台阶的横向台阶面为外侧向上翘起的斜面，且横向台阶面与水平面间的夹角为 1-5。。
5.根据权利要求1所述的可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构，其特征在于:所述管道外还设有防渗隔热层。
6.一种权利要求1-5中任一所述的可减小管道顶部竖向载荷的管道埋设结构的施工方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:挖出管道沟槽和管道沟槽上方的回填土沟槽，并在回填土沟槽的两侧壁挖出至少一层台阶，且最低一层台阶位于回填土沟槽的底部； 52:将管道铺放于管道沟槽内，并将各管道完成接口焊接； 53:在管道沟槽内填土，并将填土压实、整平至管道顶部标高； S4:在管道顶部上方铺放一层可降解材料隔层，可降解材料隔层位于最低一层台阶的横向台阶面的下方； S5:向回填土沟槽内填土并压实。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步骤SI和S2之间还存在步骤Sla，在管道外包裹防渗及隔热材料。
8.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步骤S5中，向回填土沟槽内填土并压实时，按照回填土沟槽侧壁台阶层数分层填土压实。
9.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步骤SI中，在回填土沟槽的两侧壁挖出台阶时，保证各台阶的横向台阶面为外侧向上翘起的斜面，且横向台阶面与水平面间的夹角为1-5°。
10.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步骤S4中，铺设可降解材料隔层，保证可降解材料隔层的宽度大于或等于管道的直径。
【文档编号】F16L1/028GK103527847SQ201310529320
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】黄达, 刘杰, 顾东明, 岑夺丰, 曾彬 申请人:重庆大学