可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)及其施工方法，所述施工方法包括步驟：S1：挖出管道溝槽和管道溝槽上方的回填土溝槽，并在回填土溝槽的兩側(cè)壁挖出至少一層臺階；S2：將管道鋪放于管道溝槽內(nèi)，并將各管道完成接口焊接；S3：在管道溝槽內(nèi)填土，并將填土壓實、整平至管道頂部標高；S4：在管道頂部上方鋪放一層可降解材料隔層，可降解材料隔層位于最低一層臺階的橫向臺階面的下方；S5：向回填土溝槽內(nèi)填土并壓實。本發(fā)明能利用土拱效應及回填土溝槽側(cè)壁摩擦力顯著降低管道頂部的壓力，保護管道不被壓裂損壞，并且本發(fā)明施工工序簡單、所用材料成本低、具有很好的應用前景及廣泛的推廣性，適宜于地下淺埋管道的明挖埋設。
【專利說明】可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)及其施工方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建造技術(shù)，特別涉及一種管道埋設結(jié)構(gòu)及施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟及城鎮(zhèn)化建設的迅速發(fā)展，市政、農(nóng)業(yè)、水電及石油化工等領域均存在很多淺埋明挖埋設的地下管道，特別是市政管道，埋設深度一般不超過10m，因此管道埋設常采用地表明挖溝槽，繼而鋪放管道，然后直接回填土體壓實的施工方式。
[0003]這種常規(guī)的施工方法使得管道頂面不僅受到較大的靜止土壓力(管道上部回填土的自重)作用，而且很難形成土拱效應，造成車輛、堆載等外部附加荷載基本直接傳遞作用在管道頂面。而管道在承受大載荷下容易損傷破裂，縮短管道的使用壽命，而管道(如城市供水、電及氣等地下管道)損壞又會嚴重影響人民的正常生活。
[0004]雖然現(xiàn)行管道埋設工程中，也常在溝槽開挖中沿其縱向方向采用臺階狀推進開挖施工方法，但其主要目的是為了保證溝槽兩側(cè)土體及附近相關基礎工程的穩(wěn)定，不能起到減小運行期作用在管道頂部的土壓力及附加荷載的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)及其施工方法，以解決埋設管道的頂部承受豎向載荷大、易損壞的問題。
[0006]本發(fā)明可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，包括管道溝槽和位于管道溝槽上方的回填土溝槽，所述管道溝槽中設置有管道和包在管道外的管道周邊填土，所述回填土溝槽的側(cè)壁為至少具有一層臺階的階梯壁，最低一層臺階位于回填土溝槽的底部、且其橫向臺階面高于管道頂部，所述管道頂部上方設有一層可降解材料隔層，所述可降解材料隔層位于最低一層臺階的橫向臺階面的下方。
[0007]進一步，所述可降解材料隔層的寬度大于或等于管道的直徑。
[0008]進一步，所述可降解材料隔層低于最低一層臺階的橫向臺階面0-5cm。
[0009]進一步，所述階梯壁上各臺階的橫向臺階面為外側(cè)向上翹起的斜面，且橫向臺階面與水平面間的夾角為1-5°。
[0010]進一步，所述管道外還設有防滲隔熱層。
[0011]本發(fā)明可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟:
[0012]S1:挖出管道溝槽和管道溝槽上方的回填土溝槽，并在回填土溝槽的兩側(cè)壁挖出至少一層臺階，且最低一層臺階位于回填土溝槽的底部；
[0013]S2:將管道鋪放于管道溝槽內(nèi)，并將各管道完成接口焊接；
[0014]S3:在管道溝槽內(nèi)填土，并將填土壓實、整平至管道頂部標高；
[0015]S4:在管道頂部上方鋪放一層可降解材料隔層，可降解材料隔層位于最低一層臺階的橫向臺階面的下方；
[0016]S5:向回填土溝槽內(nèi)填土并壓實。[0017]進一步，在步驟SI和S2之間還存在步驟Sla，在管道外包裹防滲及隔熱材料。
[0018]進一步，在步驟S5中，向回填土溝槽內(nèi)填土并壓實時，按照回填土溝槽側(cè)壁臺階層數(shù)分層填土壓實。
[0019]進一步,在步驟SI中，在回填土溝槽的兩側(cè)壁挖出臺階時,保證各臺階的橫向臺階面為外側(cè)向上翹起的斜面，且橫向臺階面與水平面間的夾角為1-5°。
[0020]進一步，在步驟S4中，鋪設可降解材料隔層，保證可降解材料隔層的寬度大于或等于管道的直徑。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]1、本發(fā)明中在管道頂面鋪設可降解材料隔層(如稻草類材料)，可降解材料隔層降解后將使得土體產(chǎn)生小量的向下變形或變形趨勢，這一變形將使得土體作用在管道頂面的豎向土壓力由靜止土壓力改變?yōu)橹鲃油翂毫Γ瑥亩蓽p小壓在管道上部的豎向土壓力。
[0023]2、本發(fā)明中的回填土溝槽側(cè)壁的臺階結(jié)構(gòu)，能提高向下變形的土體與回填土溝槽側(cè)壁間的摩擦力，從而減小作用在管道頂面上的豎向荷載。
[0024]3、在較大側(cè)壁摩擦和土體向下變形或變形趨勢共同作用下，將因較大的側(cè)向摩阻力而形成豎向土壓力拱效應，進一步減小了作用在管道頂面的豎向荷載。
[0025]4、溝槽側(cè)壁臺階結(jié)構(gòu)(特別是最低一級臺階)，由于臺階下方土體相對溝槽填土具有較高的變形強度，故能形成土拱效應，再進一步減小作用在管道頂面的豎向荷載。
[0026]5、本發(fā)明中采用按回填土溝槽側(cè)壁臺階層數(shù)分層壓實，有利于提高管道頂面上覆填土的密實度及強度等；即使溝槽規(guī)模較小或施工場地不具備開挖臺階的條件，由于可降解材料隔層的腐爛、壓縮也可誘發(fā)管道上方土體的變形，也能形成底部臺階產(chǎn)生的土拱效應。
[0027]6、本發(fā)明施工工序簡單、所用材料成本低、具有很好的應用前景及廣泛的推廣性，適宜于地下淺埋管道的明挖埋設。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明中管道埋設結(jié)構(gòu)的第一種橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明中管道埋設結(jié)構(gòu)的第二種橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明減小埋設管道頂面豎向荷載作用的機理模型示意圖。
[0031]附圖標記說明:1_管道溝槽、2-回填土溝槽、3-管道、4-管道周邊填土、5-橫向臺階面、6-可降解材料隔層、7-防滲隔熱層、8-側(cè)壁摩擦力、9-可降解材料隔層下沉變形、10-底部臺階產(chǎn)生的土壓力拱、11-側(cè)壁摩擦力產(chǎn)生的土壓力拱。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0033]如圖所示，本實施例可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，包括管道溝槽I和位于管道溝槽I上方的回填土溝槽2，所述管道溝槽I中設置有管道3和包在管道外的管道周邊填土 4，所述回填土溝槽2的側(cè)壁為具有3層臺階的階梯壁，最低一層臺階位于回填土溝槽的底部、且其橫向臺階面5高于管道頂部，所述管道頂部上方設有一層可降解材料隔層6，所述可降解材料隔層6位于最低一層臺階的橫向臺階面5的下方。當然在不同時實施方式中，所述回填土溝槽2的側(cè)壁還可以為只有一層臺階的階梯壁(如圖2所示)，或者所述回填土溝槽2的側(cè)壁還可以為有2層、4層、5層等其它一層以上臺階的階梯壁，臺階的數(shù)量可根據(jù)具體需要設置，一般回填土溝槽2的寬度越寬、側(cè)壁越高，臺階級數(shù)越多。
[0034]本實施例中，在管道頂面鋪設可降解材料隔層6 (如稻草類材料，或其它可通過生物、化學等方式降解的材料)，可降解材料隔層降解后下沉變形將使得土體產(chǎn)生小量的向下變形或變形趨勢，這一變形將使得土體作用在管道頂面的豎向土壓力由靜止土壓力改變?yōu)橹鲃油翂毫Γ瑥亩蓽p小壓在管道上部的豎向土壓力。并且本實施例中回填土溝槽2側(cè)壁的臺階結(jié)構(gòu)，能提高向下變形的土體與回填土溝槽側(cè)壁間的摩擦力，從而減小作用在管道頂面上的豎向荷載；溝槽側(cè)壁臺階結(jié)構(gòu)(特別是最低一級臺階)，臺階下方土體相對溝槽填土具有較高的變形強度，故能形成土拱效應，又進一步減小作用在管道頂面上的豎向荷載；在較大側(cè)壁摩擦和土體向下變形或變形趨勢共同作用下，將因較大的側(cè)向摩阻力而形成豎向土壓力拱效應，又再進一步減小了作用在管道頂面的豎向荷載。
[0035]作為對本實施例的改進，所述可降解材料隔層6的寬度大于管道3的直徑，當然在不同實施方式中可降解材料隔層6的寬度也可等于管道3的直徑，本改進能最大范圍的減少管道3頂部的壓力。
[0036]作為對本實施例的改進，所述可降解材料隔層6低于最低一層臺階的橫向臺階面5cm,由于回填土溝槽側(cè)壁上最低一層臺階略高于可降解材料隔層6，且臺階下方土體已經(jīng)歷了長期的自然沉降固結(jié)過程，故其具有相對較高變形強度，故能形成土拱效應。當然在不同實施方式中，所述可降解材料隔層6低于最低一層臺階的橫向臺階面的距離還可為其它值，其最佳取值范圍在0-5cm ;同時可降解材料隔層6的厚度一般在5-10cm為最佳，當然管道上方填土厚度越大，則可降解材料隔層6鋪設厚度越大。
[0037]作為對本實施例的改進，所述階梯壁上各臺階的橫向臺階面為外側(cè)向上翹起的斜面，且橫向臺階面與水平面間的夾角β為1°，當然在不同實施方式中β還可為1-5°范圍內(nèi)的其它值，本改進使得橫向臺階面能在豎向壓力下變形后，橫向臺階面仍能保持水平或向上微傾的狀態(tài)，能更好的形成土拱效應的支腳。
[0038]作為對本實施例的改進，所述管道3外還設有防滲隔熱層7，本改進結(jié)構(gòu)適于鋪設具有防滲隔熱要求的管道。
[0039]本實施例可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟:
[0040]S1:挖出管道溝槽I和管道溝槽I上方的回填土溝槽2，并在回填土溝槽2的兩側(cè)壁挖出至少一層臺階，且最低一層臺階位于回填土溝槽的底部；
[0041]S2:將管道3鋪放于管道溝槽I內(nèi)，并將各管道完成接口焊接；
[0042]S3:在管道溝槽I內(nèi)填土，并將填土壓實、整平至管道頂部標高；
[0043]S4:在管道3頂部上方鋪放一層可降解材料隔層6，可降解材料隔層6位于最低一層臺階的橫向臺階面5的下方；
[0044]S5:向回填土溝槽2內(nèi)填土并壓實。
[0045]本實施例管道埋設結(jié)構(gòu)的施工方法能利用土拱效應以及側(cè)壁摩擦力很大程度的減小管道頂部豎向載荷，保護管道不被壓裂損壞，并且其具有施工工序簡單、所用材料成本低、具有很好的應用前景及廣泛的推廣性，適宜于地下淺埋管道的明挖埋設。
[0046]作為對本實施例的改進，在步驟SI和S2之間還存在步驟Sla，在管道3外包裹防滲及隔熱材料，本改進適于鋪設具有防滲隔熱要求的管道。
[0047]作為對本實施例的改進，在步驟S5中，向回填土溝槽2內(nèi)填土并壓實時，按照回填土溝槽側(cè)壁臺階層數(shù)分層填土壓實，本改進有利于提高管道頂面上覆填土的密實度及強度等；即使溝槽規(guī)模較小或施工場地不具備開挖多層臺階的條件(如圖2所示)，由于可降解材料隔層6的腐爛、壓縮也可誘發(fā)管道上方土體的變形，也能形成底部臺階產(chǎn)生的土拱效應。
[0048]作為對本實施例的改進，在步驟SI中，在回填土溝槽2的兩側(cè)壁挖出臺階時，保證各臺階的橫向臺階面為外側(cè)向上翹起的斜面，且橫向臺階面與水平面間的夾角β為1-5。。
[0049]作為對本實施例的改進，在步驟S4中，鋪設可降解材料隔層6，保證可降解材料隔層6的寬度大于或等于管道的直徑。
[0050]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括管道溝槽和位于管道溝槽上方的回填土溝槽，所述管道溝槽中設置有管道和包在管道外的管道周邊填土，所述回填土溝槽的側(cè)壁為至少具有一層臺階的階梯壁，最低一層臺階位于回填土溝槽的底部、且其橫向臺階面高于管道頂部，所述管道頂部上方設有一層可降解材料隔層，所述可降解材料隔層位于最低一層臺階的橫向臺階面的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述可降解材料隔層的寬度大于或等于管道的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述可降解材料隔層低于最低一層臺階的橫向臺階面0-5cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述階梯壁上各臺階的橫向臺階面為外側(cè)向上翹起的斜面，且橫向臺階面與水平面間的夾角為 1-5。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述管道外還設有防滲隔熱層。
6.一種權(quán)利要求1-5中任一所述的可減小管道頂部豎向載荷的管道埋設結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于:包括以下步驟: 51:挖出管道溝槽和管道溝槽上方的回填土溝槽，并在回填土溝槽的兩側(cè)壁挖出至少一層臺階，且最低一層臺階位于回填土溝槽的底部； 52:將管道鋪放于管道溝槽內(nèi)，并將各管道完成接口焊接； 53:在管道溝槽內(nèi)填土，并將填土壓實、整平至管道頂部標高； S4:在管道頂部上方鋪放一層可降解材料隔層，可降解材料隔層位于最低一層臺階的橫向臺階面的下方； S5:向回填土溝槽內(nèi)填土并壓實。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步驟SI和S2之間還存在步驟Sla，在管道外包裹防滲及隔熱材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步驟S5中，向回填土溝槽內(nèi)填土并壓實時，按照回填土溝槽側(cè)壁臺階層數(shù)分層填土壓實。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步驟SI中，在回填土溝槽的兩側(cè)壁挖出臺階時，保證各臺階的橫向臺階面為外側(cè)向上翹起的斜面，且橫向臺階面與水平面間的夾角為1-5°。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施工方法，其特征在于:在步驟S4中，鋪設可降解材料隔層，保證可降解材料隔層的寬度大于或等于管道的直徑。
【文檔編號】F16L1/028GK103527847SQ201310529320
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】黃達, 劉杰, 顧東明, 岑奪豐, 曾彬 申請人:重慶大學