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常見問題

排水管道的橋管管道伸縮節滲漏處理方案選擇

發布時間:2017-03-18

針對紹興市某泵站排水管道的橋管伸縮器出現滲漏的情況,對現狀橋管道伸縮節結構、所處位置以及橋管受力情況進行了分析。之處管道伸縮節出現滲漏的主要原因是橋管托腳沉降和管道伸縮節受斜管拉力所致,可通過補償沉降量來應對橋管托腳沉降問題,采取管道伸縮節移位來避免其承受斜管拉力。工程實踐表明,采取的措施科學合理,處理效果達到預期目標,對類似工程具有借鑒意義。

紹興市排水公司管轄的側水泵站至7#泵站連接管線作為側水泵站的出水管,一直承擔著城東污水排放的重任,2009年排污第三通道通水后,該段管線溝通第二、第三通道,是保證排污安全的重要環節。該段管道管徑為DN1000,全長約3.4KM,排污能力為7*104m3/d,沿線設橋管6座,橋管全長約1km,每座橋管設兩只雙法蘭限位管道伸縮節。

該管線自2004年以來,先后發生7次橋管伸縮節滲漏事故。2009年第三通道開通后該管線停水,紹興市排水公司在巡視中發現3只伸縮節拉出,橋管伸縮器滲漏問題嚴重影響到管線的安全運行。

滲漏原因分析

現狀橋管伸縮器的情況    該工程橋管伸縮器采用雙法蘭限位伸縮器,在橋管兩側外挑段懸空設置。該類伸縮器是由松套和一個法蘭限位短管組合而成,能放置管道因超量位移導致補償接頭的泄漏和損壞,主要用于在允許位移范圍內吸收軸向位移和承受軸向壓力推力的管道松套連接。該種伸縮器伸縮量大(DN1000管的伸縮量為130mm)、安裝方便,在紹興區給水排水項目中得到廣泛應用。

該類伸縮器主要是在規定的伸縮范圍內補償管道因溫差引起的軸向伸縮量,不能承受非軸向伸縮(軸線偏移、豎向變形等),在剪切力(非軸向力)作用下容易拉開而致滲漏。

橋管伸縮器拉出原因分析橋樁與托腳基礎不均勻沉降,導致伸縮器拉裂該工程伸縮器在橋管兩側外挑段,位于橋樁與斜管段之間,橋管托腳上設置檢修井,井內設置檢修孔和橡膠伸縮節。從結構來看,由于橋管伸縮器和托腳橡膠伸縮節的存在,將橋管斜管段與兩端管線脫離。從受力沉降來看,橋管水平段采用φ800mm灌注樁支撐,沉降量較小,而橋管托腳上彎支墩采用素土夯實基礎素混凝土支墩,沉降量較大,不均勻沉降導致橋管水平段與橋管斜管管段錯位,以致拉開伸縮器。以E2#橋為例,橋管東側伸縮器拉出后,紹興市排水公司對該伸縮器進行了更換處理。伸縮器螺栓被放開后橋管斜管段立即彈開,最終測定橋管斜管段下沉約5-6cm。

橋管伸縮器受結構剪力作用而拉出

由于伸縮器設置在橋管兩側外挑段,伸縮器兩側沒有固定管托支撐,且橋管采用單托架支撐,橋樁樁頭直接設置托架(無承臺),托架寬度為250mm,長度為820mm。橋管抱箍為一條鋼帶,故橋管托架僅能作為活動鉸支架進行受力分析。按照這種結構狀況,參照杠桿原理,橋管伸縮器必然受到斜向下的拉力。伸縮器在拉伸量較小的情況下,抵抗剪切力(非軸向力)的能力較強,勉強能夠承受該力作用。隨周邊環境溫度的降低,橋管收縮量增大,伸縮器拉伸量逐漸達到極限,抵抗剪切力(非軸向力)的能力減弱,橋管伸縮器拉出。

改造方案

橋管伸縮器改造方案     換用其他允許承受非軸向力伸縮器

從原因分析可見,橋管伸縮器拉開的主要原因是豎向受力,因此提出可采取其他允許承受非軸向力伸縮器來替換雙法蘭限位伸縮器。目前市面上常見的允許承受非軸向力伸縮器主要有RS型柔性伸縮器、不銹鋼波紋補償器和可曲撓橡膠接頭等。

RS型柔性伸縮器的工作原理與套管式伸縮器基本相同,但與球墨管承插口類似,允許有一定的偏轉。針對DN1000管道而言,該種伸縮器安裝尺寸為440mm,伸縮量為100mm,最大偏轉角度為4°-5°。該種伸縮器在紹興地區使用較少,具體效果未能考證。不銹鋼波紋補償器由波紋管(一種彈性元件)和端管、支架、法蘭、導管等附件組成。利用其工作主體波紋管的有效伸縮變形,以吸收管線,導管,容器等因熱脹冷縮而產生的尺寸變化,或補償管線、導管、容器等的軸向、橫向和角向位移,也可用于降噪減振。在燃氣壓力管道工程中較常使用,紹興市人民東路排污壓力管工程中也有使用。該種伸縮器伸縮量較小,受金屬疲勞強度限制,廠商標明疲勞壽命大多為1000次??汕鷵舷鹉z接頭(俗稱避震喉),大口徑管道大多為單球。因其伸縮量小,明露安裝易老化等原因,不適宜作橋管伸縮器,現已逐漸退出紹興市場。

針對該工程,橋管伸縮器受結構剪力和不均勻沉降的雙重作用,按照搶修情況來看,豎向受力變形量較大,超出幾種常用允許承受非軸向力伸縮器變形范圍,故不推薦直接換用其他伸縮器的方式。

伸縮器移位以消除承受的非軸向力

從伸縮器拉開原因分析可知,現狀橋管伸縮器所處的位置不合理,故將伸縮器從原位置移到中間橋樁,抵消不均勻沉降;伸縮器兩端設置大抱箍,使抱箍由活動鉸支架變位固定鉸支架,消除伸縮器所受結構剪力。具體設置方式如圖1所示。

針對該公稱橋管跨距大、橋管多的特點,結合紹興及周邊縣市自來水、排污橋管伸縮器的使用形式,推薦伸縮器仍然采用雙法蘭限位伸縮器,以伸縮器移位,消除承受非軸向力的方式來解決橋管伸縮器拉出的問題。

伸縮器兩端抱箍設置方案

按照伸縮器兩端設置鋼支架和抱箍的形式,參照同類型其他公稱橋管托架抱箍設計,采用下部均為400mm的橋管托架抱箍。橋管伸縮器仍然采用雙法蘭限位伸縮器,DN1000伸縮器安裝長度為590mm,按照托架和伸縮器安裝尺寸:590+400*2+300*2+200*2=2390mm300mm為托架與伸縮器法蘭間距,200mm為托架距離承臺外緣的凈距)。橋樁樁頭尺寸僅為φ1000mm,無法滿足雙托架和伸縮器的安裝尺寸要求,故必須設置安裝承臺。根據現場實際和參照周邊橋管設置情況,可采用以下兩種方案設置承臺。

方案一 以現狀橋樁為支撐,樁頂現澆鋼筋混凝土承臺方式(見圖2)。該方案優點:現澆鋼筋混凝土承臺澆注簡單,抗腐蝕性好,使用時間長。該方案缺點:施工時需截斷現狀橋管,對橋樁兩側管道做臨時支撐,施工難度較大;同時鋼筋混凝土承臺的質量大,本方案混凝土承臺體重為1.04m³,質量為2.5t,橋樁增加壓力達25KN,對橋樁穩定性的影響較大。

方案二以現狀橋樁為支撐,樁頭套設D820mm*14mm封頭鋼管作為支架與橋樁連接件,托架外圍設置鋼板維護承臺(見圖3),該方案優點:1.各部分配件可在室內加工、防護完成,現場安裝,有利于保證配件的質量;2.承臺可采用兩片包夾安裝,施工時不必截斷現狀橋管,施工方便,高空作業少,有利于提高施工的安全性。該方案缺點:1.鋼制配件多,防腐要求高;2.焊縫多,對工藝和質量檢查的要求高;3.鋼支架總質量約為0.9t,橋樁荷載增加約9KN。

綜合考慮施工難度、投資及使用要求,推薦采用方案一,設置現澆鋼筋混凝土承臺的方式來達到伸縮器兩端設置抱箍的目的。

橋管不均勻沉降處理方案

橋管兩側上彎支墩經過多年的沉降已基本沉降到位,橋管兩端伸縮器拆除后,根據橋管與斜管段的實際情況,參照E2#橋東側橋管斜管段處理方式,伸長斜管段,使之與橋管水平外挑部分接順,消除不均勻沉降對橋管的影響。

改造效果   20105約,側水泵站至7#泵站段6座橋管改造全部完成,經過一年的運行,未發生伸縮器滲漏現象,處理效果完全達到預期目標。

通過此次改造,今后在管橋設計和施工中應注意以下問題:1.雙法蘭限位伸縮器由于其結構限制不能承受非軸向力,而橋管外側橋樁與斜管段之間外挑管易受斜管拉力,故雙法蘭限位伸縮器不宜設置于橋管外調段。2.橋管托腳若基礎不穩定將會導致較大的沉降量,該沉降將通過斜管傳遞至橋管架空管段,易導致焊縫拉裂。故在橋管設計及施工過程中要加強橋管托腳管道基礎處理,降低橋管發生不均勻沉降,以保證橋管安全。

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