给水排水工程埋地矩形管管道结构设计规程 [附条文说明] CECS145：2002

3 材 料

3.1 砌 体

3.1.1 烧结普通机制砖的强度等级不应低于MU10。

3.1.2 石料的强度等级不应低于MU20。

3.1.3 砌筑砂浆应采用水泥砂浆。砂浆的强度等级不应低于M7.5。

3.1.4 砌体的物理力学性能指标，应按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的规定执行。

3.2 混凝土

3.2.1 混凝土的强度等级不应低于C25。

3.2.2 混凝土管道用的混凝土，密实性应满足抗渗要求。不同运行条件下，管道结构对混凝土的抗渗等级要求应按表3.2.2采用。

3.2.3 管道结构的混凝土，其含碱量最大限值应符合现行标准《混凝土碱合量限值标准》CECS 53的规定。

3.2.4 在混凝土配制中采用外加剂，应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119的规定，并应通过试验鉴定，确定其适用性及相应的掺含量。

4 管道结构上的作用

4.1 作用分类和作用代表值

4.1.1 管道结构上的作用，应分为永久作用和可变作用两类：
1 永久作用应包括结构自重、土压力（竖向和侧向）、重力流管道内的水重、预加应力、地基的不均匀沉降；
2 可变作用应包括地面人群荷载、地面堆积荷载、车辆荷载、压力管道内的静水压力（运行工作压力或设计内水压力）及真空压力、地下水压力。

4.1.2 结构设计时，对不同性质的作用应采用不同的代表值，作用标准值应为作用的基本代表值。
对永久作用，应采用标准值作为代表值；对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。
可变作用组合值，应为可变作用标准值乘以作用组合系数；可变作用准永久值，应为可变作用标准值乘以使用的准永久值系数。

4.1.3 当管道结构承受两种或两种以上可变作用时，按承载能力极限状态的作用效应基本组合进行设计或正常使用极限状态的作用效应标准组合进行设计时，可变作用应采用标准值和组合值作为代表值。

4.1.4 当按正常使用极限状态的作用效应准永久组合进行设计时，可变作用应采用准永久值作为代表值。

4.2 永久作用标准值

4.2.1 结构自重，可按结构构件的设计尺寸与相应的材料单位体积的自重计算确定。矩形管道的常用结构材料自重标准值，可按表4.2.1采用。

4.2.2 作用在地下管道上的竖向上压力，其标准值应根据管道埋设方式及条件按附录A确定。

4.2.3 作用在地下管道上的侧向土压力，应按主动土压力计算。

4.2.4 管道中的水重标准值，可按水的重力密度为10kN/m³ 计算。

4.2.5 预应力混凝土管道结构上的预加应力标准值，应为预应力钢筋的张拉控制应力值扣除相应张拉工艺的各项应力损失。张拉控制应力值应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定确定。
当对管道结构作承载能力极限状态计算，预加应力为不利作用的工况时，确定预加应力标准值不应扣除由钢筋松弛和混凝土收缩、徐变引起的应力损失。

4.2.6 当管道沿线地基土有显著变化时，需计算地基不均匀沉降对管道结构的影响。不均匀沉降标准值的确定，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定计算。

4.3 可变作用标准值、准永久值系数

4.3.1 埋地管道的地面可变作用，其标准值及相应的准永久值系数应按表4.3.1的规定采用。

4.3.2 压力管道的静水标准值，应按设计内水标准值确定。设计内水压力可按下式计算：

相应的准永久值系数可取ψ_p=0.7，但不得小于运行工作内水压力标准值。

4.3.3 埋设在地下水位以下的管道应计算作用在管道上的地下水压力（含浮托力）。地下水压力应按静水压力计算，相应的设计水位应根据勘察部门提供的数据采用。其标准值及准永久值系数的确定应符合下列规定：
1 地下水位应综合考虑近期内变化的统计数据及对设计基准期内发展趋势的变化分析判断，确定其可能出现的最高及最低地下水位。据此，按对管道结构的作用效应，选用最高或最低地下水位。
2 相应的地下水压力准永久值系数(ψ_p)，当采用最高地下水位时，可取平均水位与最高水位的比值；当采用最低水位时，应取1.0计算。

4.3.4 压力管道在运行过程中可能产生的真空压力（F_vk） ，其标准值可取0.05MPa计算；相应的准永久值系数可取ψ_p＝0。

5 基本设计规定

5.1 一般规定

5.1.1 本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，除对管道整体稳定验算外，均采用分项系数设计表达式进行设计。

5.1.2 矩形管道结构设计应核算下列两种极限状态：
1 承载能力极限状态：管道结构达到最大承载能力，管体构件因材料强度被超过而破坏；管道结构作为刚体失去平衡（横向滑移、上浮）。
2 正常使用极限状态：管道结构出现超过使用期耐久性要求的裂缝宽度限值。

5.1.3 管道结构内力分析，均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所产生的内力重分布。

5.1.4 下列运行条件的矩形管道，不宜采用砌体混合结构：
1 非重力流的压力管道；
2 位于地下水位以下的管道；
3 排放污水包括雨、污水合流的管道。
5.1.5 最冷月平均气温低于-℃的地区，管道与明渠或河道连接处，不得采用砖砌结构，其长度不应小于10m。

5.2 承载能力极限状态计算规定

5.2.1 管道结构按承载能力极限状态进行强度计算时，结构上的各项作用均应采用作用设计值。作用设计值应为使用分项系数与作用代表值的乘积。

5.2.2 对管道结构进行强度计算时，应满足下式要求：

γ₀S≤R （5.2.2）
式中γ₀——管道的重要性系数，应根据现行国家标准《给水排水工程音道结构设计规范》GB 50332的规定采用，对给水输水管道取1.1或1.0（当双线敷设时).对污水或合流管道取1.0.雨水管道取0.9；
S—作用效应组合的设计恒；
R—结构构件抗力的设计值，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《砌体结构设计规范》GB 50003的规定确定。

5.2.3 对管道结构进行强度计算时，作用效应的基本组合设计值，应按下式确定：

注：作用效应系数为结构在相应作用下产生的效应（内力、应力等）与该作用的比值，

5.2.4 强度计算时的作用组合工况，应按表5.2.4的规定采用。

5.2.5 对埋设在地下水位以下的矩形混凝土管道，应根据最高地下水位和管顶覆土条件验算抗浮稳定。
抗浮验算时，备项作用均应取标准值，并应满足抗浮稳定抗力系数不低于1.10。

5.3 正常使用极限状态验算

5.3.1 管道结构的钢筋混凝土构件按正常极限状态验算时，作用：效应均应采用作用代表值计算。

5.3.2 钢筋混凝土结构构件在组合作用下，计算戳面的受力状态处于受弯、大偏心受压或受拉时，戳面允许出现的最大裂缝宽度不应大子0.2mm。

5.3.3 钢筋混凝土结构构件在组合作用下，计算截面的受力状态处于轴心受拉或小偏心受拉时，截面设计应按不允许裂缝出现控制。

5.3.4 当构件的截面设计按不允许裂缝出现控制时，应取作用效应标准组合计算。作用效应的组合设计值应按第5.2.3条的规定确定，但均不应计入作用分项系数。

5.3.5 当验算构件截面的裂缝展开宽度时，应按作用效应准永久组合计算。作用效应的组合设计值应按下式确定：

5.3.6 正常使用极限状态验算时，作用组合工况应按表5.2.4所列工况中控制构件截面设计的组合工况采用。

5.3.7 钢筋混凝土结构构件，在组合作用下，验算截面的控制裂缝出现，应按下列规定进行：
1 当验算截面处于轴心受拉状态时，应满足下式要求：

2 当验算截面处于小偏心受拉状态时，应满足下式要求：

5.3.8 预应力混凝土结构构件，在作用效应标准组合下，验算截面的控制裂缝出现，应满足下式要求：

5.3.9 钢筋混凝土结构构件在作用效应准永久组合下，验算截面处于受弯、大偏心受压或大偏心受拉状态时，最大裂缝宽度可按附录C计算，并应符合5.3.2的要求。

6 静力计算

6.1 砌体混合结构矩形管道

6.1.1 砌体混合结构矩形管道一般可由三种构件组成：钢筋混凝土顶板、砌体墙、混凝土或钢筋混凝土底板。顶板可为整体现浇或分块预制装配；底板应为现浇整体板。
对雨水管道，当位于地下水位以上且地基土质较好时，管道底板可采用分离式结构：侧墙下为条形基础，中间为构造底板。

6.1.2 混合结构矩形管道的结构计算简图，可按下列规定确定：
1 顶板与侧墙的连接可视为铰支承；
2 侧墙与底板的连接，当管道的净宽不大于3.0m时，侧墙可按固定支承于底板或条形基础计算；当管道的净宽大于3.0m时，侧墙与底板两者宜视为连续支承，按节点变形协调进行计算。
3 当管道净宽不大于3.0m时，底板的地基反力可视作均匀分布，条形基础下的地基反力可视作直线分布；当管道的净宽大于3.0m时，底板直按弹性地基上的平面变形截条进行计算。

6.1.3 混合结构矩形管道的静力计算，当管道净宽不大于3.0m时，可按下列规定进行：
1 应按5.2.4的规定，确定相应工况的组合作用；对结构截面进行强度计算时，有利的作用的分项系数应取1.0；
2 顶板可按两端铰支计算；顶板的计算跨度宜为净跨的1.05倍；
3 侧墙的内力，可按下列公式计算（图6.1.3）：

4 整体式底板的弯矩，可按下列公式计算:

6.1.4 对混合结构管道的侧墙，尚应验算当回填土至墙顶时恻墙顶端和底端的抗剪强度，并应按下列规定计算：

6.1.5 对于管道净宽大于3.0m的结构静力计算，可按下列规定进行：
1 根据6.1.2的规定，结构计算简图可取图6.1.5所示。
2 墙与底板连接处的节点弯矩，可按下式计算：

3 底板在M_AA其他组合作用下的内力，应按弹性地基上的平面变形截条进行计算。

6.1.6 对双孔混合结构矩形管道，其结构静力分析可按单孔的计算原则进行；对中隔墙尚应验算在组合作用下墙顶端的承压强度。

6.2 钢筋混凝土结构矩形管道

6.2.1 钢筋混凝土结构矩形管道，其构造可为整体浇筑，亦可将顶板做成预制构件装配。

6.2.2 钢筋混凝土结构矩形管道的结构计算简图，可按下列规定确定：
1 当顶板为预制装配结构时，顶板与侧墙的连接可视为铰支承；侧墙与底板的连接应视为连续支承，按节点变形协调计算。
2 当管道结构为整体浇筑时，应按闭合框架计算，顶板与墙、墙与底板的连接均应视为连续支承。
3 管道净宽不大于3.0m时，地基反力可按均匀分布计算；当净宽大于3.0m时，管道结构应视为弹性地基上的闭合框架或排架计算。

6.2.3 对净宽大于3.0m的管道，在组合作用下的内力，应按下列规定计算：
1 应根据式（6.1.5-1 ）及式（6.1.5-2）计算上部框、排架与底板连接处的节点弯矩。此时SAB 应为SABBA，表示上部框、排架的抗挠劲度，可按下式计算：
当顶板与墙铰接时

2 应按M_AB值调整计算上部框、排架内力。
3 应对底板按弹性地基上的平面形截条，计算在M_AA其他组合作用下的内力。

6.2.4 对双孔或多孔钢筋混凝土矩形管道，其结构静力计算可按单孔的计算原则进行，但采用的结构分析方法可视具体条件确定。

7 构造要求

7.1 混合结构矩形管道

7.1.1 顶板和底板内钢筋的混凝土净保护层厚度，应符合下列规定：
1 顶板上层筋不应小于30mm，下层筋对雨水管道不应小于40mm，对污水或合流 管道不应小于45mm；
2 底板下应设垫层；上层筋不应小于40mm，下层筋不应小于35mm。

7.1.2 预制顶板安装时，应做好下列构造：
1 墙顶应做1：3水泥砂浆座浆，厚20m；
2 预制顶板间应采用1：2.5水泥砂浆填缝，压实并抹带或勾缝；
3 顶板两端与墙顶间，应采用1：2.5水泥砂浆抹三角灰。

7.1.3 顶板上开设直径不大于1.0m的人孔时，孔口沿受力钢筋方向的两侧应配置加强钢筋，其钢筋截面积，孔口每侧不应小于开孔切断的受力钢筋截面积的75％；并在孔口处尚应加设直径不小于12mm的环筋。

7.1.4 顶板在砌体墙顶的搁置长度，应按表7.1.4的规定采用。

7.1.5 砌体墙体的构造应符合下列规定：
1 墙厚不应小于240mm；
2 内墙面应采用1：2水泥砂浆抹面，厚度对砖砌体不应小于15mm，对石砌体不应小于20mm；
3 外墙面应采用1：2.5水泥砂浆勾缝。

7.1.6 墙体开洞处的构造应符合下列要求：
1 当支线为圆管接入时，管顶应发券加强；圆管直径小于1.0m时，券高可采用120mm；管径大于1.0m时，券高宜采用240mm。
2 当支线为矩形管道接入，侧墙洞口上下均应设置钢筋混凝土梁，予以加固。
3 对石砌墙体的开洞处，宜采用局部浇筑混凝土加强。

7.1.7 钢筋混凝土底板应分段浇筑，每段长度不宜超过30m；或可设置后浇带，宽度可为1.0m，后浇带混凝土内应掺加适量微膨胀外加剂。先后浇筑的混凝土间隔时间不宜少于30d。

7.1.8 砌体管道的侧墙应分段间隔砌筑，每段长度：对砖砌体不宜超过40m；对石砌体不宜超过15m；侧墙每段砌筑长度宜与底板分段浇筑长度相协调。

7.2 钢筋混凝土结构矩形管道

7.2.1 钢筋混凝土结构构件的厚度，不应小于200mm。

7.2.2 对压力管道、位于软土地基或地基上质不均匀地段的管道，应采用整体浇筑的钢筋混凝土阈合框架结构，并应在顶、底板与墙连接处设置腋角。腋角的边宽不宜小于150mm，内配置八字斜筋的直径宜与侧墙的受力筋相同，间距可为侧墙受力筋间距的两倍（即间隔配置）。

7.2.3 预制顶板与侧墙或中隔墙的连接，应符合下列规定：
1 预制顶板在墙上的搁置长度，不应小于顶板厚度。当中隔墙顶端不能满足要求时，可将墙顶扩大，作为垫梁；
2 安装顶板时，墙顶应做1：3水泥砂浆座浆，厚度可为20mm：
3 当墙顶抗侧力强度不足时，可将墙内外侧钢筋伸出墙顶预留，待安装顶板后再浇筑二期混凝土，作为顶板的横向支承。

7.2.4 钢筋混凝土结构矩形管道应沿长度设置伸缩缝；缝距不宜超过25m；缝宽宜采用30mm；缝内应设置止水构造（止水带、填缝材料及嵌缝材料）。
当管道沿线地基土质有较显著变化时，该处应设置变形缝。变形缝构造可同伸缩缝；当差异沉降较大时，可连续设置2～3道变形缝，缝距不宜大于10m。

7.2.5 管道上开孔处，应按下列规定进行加强：
1 顶板上开设直径不大于1.0m的人孔时，顶板内的加强钢筋构造，可同混合结构管道的规定；
2 在支线接人侧墙处，墙体洞口应按设置暗梁配置加强钢筋，钢筋截面积不应小于切断钢筋截面积的1.5倍；当开洞的直径或长度大于墙高的1/3时，应在洞口设置加肋梁，梁内配筋应按计算确定；
3 当双孔管道的中隔上开设连通洞时，洞口处的加筋与侧墙相同；当洞口宽度大于管道单孔净宽时，洞口处的底板应设反梁，梁内配筋应按计算确定。

7.2.6 管道的纵向配筋，对每一构件的每一侧均应配置不少于0.15％配筋率的钢筋量。对敷设于软弱地基上的管道，顶板上层及底板下层的纵向配筋率应适当提高。

7.2.7 钢筋的净保护层厚度，顶、底板除应符合本规程第7.1.1条的要求外.侧墙内墙处，对输水或雨水管道不应小于30mm ，对污求（含合流）管道不应小于40mm ；侧墙外壁处不应小于30mm 。

6 静力计算

6.1 砌休混合结构矩形管道

6.1.1 本条除对混合结构管道的一般做法作了规定外，针对雨水管道规定了底板可采用分离式结构，但应具有合适的环境条件：管道位于地下水位以上，并且地基土质较好，即地基土的承载力较高，例如不低于100kpa。主要是考虑到雨水管道并非经常流水，水密性要求相对比较容易满足。

6.1.2～6.1.5 条文对混合结构矩形管道的计算简图、内力分析方法及截面强度核算等作了规定，基本上保持了原规范的要求，仅就以下几点进行了修改和补充：
1 对底板下地基反力的分布及考虑结构与地基共同工作模型的界限条件，作了适当的修订。原规范以矩形管道宽度为4m作为限界指标，修订后改为3m，使结构受力状态更符合实际情况，可能产生的误差更小一些。
2 对规定计算模型的内力计算，给定了具体计算公式，便于工程技术人员掌握应用。
3 对管道净宽大于3.0m，需按弹性地基上框（排）架计算的方法，条文给出了分析方法，并配以附录口列出相关计算参数，方便应用，减少失误。

6.2 钢筋混凝土结构矩形管道

本节内容主要针对钢筋混凝土结构单孔矩形管道的静力计算简图及分析方法，给出了具体规定。对于双孔或多孔矩形管道的分析方法，可遵照单孔的原则进行，其具体的结构分析方法可视具体条件确定，本规程中不宜列入过多篇幅详细列出。

7 构造要求

7.1 混合结构矩形管道

7.1.1 条文对顶、底板钢筋混凝土构件内的钢筋净保护层厚度，作出了规定。钢筋的净保护层厚度，对钢筋混凝土结构的耐久性 十分重要，有关钢筋保护层整体碳化的时间，国外相关规范均颇为重视，一般都要求不小于一又四分之三英寸。本条考虑到国情和原规范的规定，结合各部位构件所处的环境条件，对顶板内的下层筋净保护层厚度，作了适量调整，将污水及合流管道的顶板下层筋保护层厚度，提高到45mm，主要考虑了污水逸散的硫化氢气体，其腐蚀性更甚于直接接触液体。

7.1.2～7.1.6 条文基本上保持了原规范的规定，仅对双孔（或多孔）矩形管道，当顶板为预制安装结构时，其在中间墙上的搁置长度不足时，应予采取的构造措施作出了补充规定。

7.1.7、7.1.8 条文对混合结构矩形管道的温度变形缝间距作出了规定，这项规定系在原规范的基础上进一步具体化。例如对设置后浇带时的一些要求、砌体侧墙的施工要求以及强调了砌体侧墙的变形缝问距应与顶、底板的变形缝协调一致等，以确保避免出现温度裂缝。

7.2 钢筋混凝土结构矩形管道

本节内容基本上保持了原规范的要求，仅对个别条文的规定作了进一步具体化。