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常见问题

排水管道的桥管管道伸缩节渗漏处理方案选择

发布时间:2017-03-18

针对绍兴市某泵站排水管道的桥管伸缩器出现渗漏的情况,对现状桥管道伸缩节结构、所处位置以及桥管受力情况进行了分析。之处管道伸缩节出现渗漏的主要原因是桥管托脚沉降和管道伸缩节受斜管拉力所致,可通过补偿沉降量来应对桥管托脚沉降问题,采取管道伸缩节移位来避免其承受斜管拉力。工程实践表明,采取的措施科学合理,处理效果达到预期目标,对类似工程具有借鉴意义。

绍兴市排水公司管辖的侧水泵站至7#泵站连接管线作为侧水泵站的出水管,一直承担着城东污水排放的重任,2009年排污第三通道通水后,该段管线沟通第二、第三通道,是保证排污安全的重要环节。该段管道管径为DN1000,全长约3.4KM,排污能力为7*104m3/d,沿线设桥管6座,桥管全长约1km,每座桥管设两只双法兰限位管道伸缩节

该管线自2004年以来,先后发生7次桥管伸缩节渗漏事故。2009年第三通道开通后该管线停水,绍兴市排水公司在巡视中发现3只伸缩节拉出,桥管伸缩器渗漏问题严重影响到管线的安全运行。

渗漏原因分析

现状桥管伸缩器的情况    该工程桥管伸缩器采用双法兰限位伸缩器,在桥管两侧外挑段悬空设置。该类伸缩器是由松套和一个法兰限位短管组合而成,能放置管道因超量位移导致补偿接头的泄漏和损坏,主要用于在允许位移范围内吸收轴向位移和承受轴向压力推力的管道松套连接。该种伸缩器伸缩量大(DN1000管的伸缩量为130mm)、安装方便,在绍兴区给水排水项目中得到广泛应用。

该类伸缩器主要是在规定的伸缩范围内补偿管道因温差引起的轴向伸缩量,不能承受非轴向伸缩(轴线偏移、竖向变形等),在剪切力(非轴向力)作用下容易拉开而致渗漏。

桥管伸缩器拉出原因分析桥桩与托脚基础不均匀沉降,导致伸缩器拉裂该工程伸缩器在桥管两侧外挑段,位于桥桩与斜管段之间,桥管托脚上设置检修井,井内设置检修孔和橡胶伸缩节。从结构来看,由于桥管伸缩器和托脚橡胶伸缩节的存在,将桥管斜管段与两端管线脱离。从受力沉降来看,桥管水平段采用φ800mm灌注桩支撑,沉降量较小,而桥管托脚上弯支墩采用素土夯实基础素混凝土支墩,沉降量较大,不均匀沉降导致桥管水平段与桥管斜管管段错位,以致拉开伸缩器。以E2#桥为例,桥管东侧伸缩器拉出后,绍兴市排水公司对该伸缩器进行了更换处理。伸缩器螺栓被放开后桥管斜管段立即弹开,最终测定桥管斜管段下沉约5-6cm

桥管伸缩器受结构剪力作用而拉出

由于伸缩器设置在桥管两侧外挑段,伸缩器两侧没有固定管托支撑,且桥管采用单托架支撑,桥桩桩头直接设置托架(无承台),托架宽度为250mm,长度为820mm。桥管抱箍为一条钢带,故桥管托架仅能作为活动铰支架进行受力分析。按照这种结构状况,参照杠杆原理,桥管伸缩器必然受到斜向下的拉力。伸缩器在拉伸量较小的情况下,抵抗剪切力(非轴向力)的能力较强,勉强能够承受该力作用。随周边环境温度的降低,桥管收缩量增大,伸缩器拉伸量逐渐达到极限,抵抗剪切力(非轴向力)的能力减弱,桥管伸缩器拉出。

改造方案

桥管伸缩器改造方案     换用其他允许承受非轴向力伸缩器

从原因分析可见,桥管伸缩器拉开的主要原因是竖向受力,因此提出可采取其他允许承受非轴向力伸缩器来替换双法兰限位伸缩器。目前市面上常见的允许承受非轴向力伸缩器主要有RS型柔性伸缩器、不锈钢波纹补偿器和可曲挠橡胶接头等。

RS型柔性伸缩器的工作原理与套管式伸缩器基本相同,但与球墨管承插口类似,允许有一定的偏转。针对DN1000管道而言,该种伸缩器安装尺寸为440mm,伸缩量为100mm,最大偏转角度为4°-5°。该种伸缩器在绍兴地区使用较少,具体效果未能考证。不锈钢波纹补偿器由波纹管(一种弹性元件)和端管、支架、法兰、导管等附件组成。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形,以吸收管线,导管,容器等因热胀冷缩而产生的尺寸变化,或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移,也可用于降噪减振。在燃气压力管道工程中较常使用,绍兴市人民东路排污压力管工程中也有使用。该种伸缩器伸缩量较小,受金属疲劳强度限制,厂商标明疲劳寿命大多为1000次。可曲挠橡胶接头(俗称避震喉),大口径管道大多为单球。因其伸缩量小,明露安装易老化等原因,不适宜作桥管伸缩器,现已逐渐退出绍兴市场。

针对该工程,桥管伸缩器受结构剪力和不均匀沉降的双重作用,按照抢修情况来看,竖向受力变形量较大,超出几种常用允许承受非轴向力伸缩器变形范围,故不推荐直接换用其他伸缩器的方式。

伸缩器移位以消除承受的非轴向力

从伸缩器拉开原因分析可知,现状桥管伸缩器所处的位置不合理,故将伸缩器从原位置移到中间桥桩,抵消不均匀沉降;伸缩器两端设置大抱箍,使抱箍由活动铰支架变位固定铰支架,消除伸缩器所受结构剪力。具体设置方式如图1所示。

针对该公称桥管跨距大、桥管多的特点,结合绍兴及周边县市自来水、排污桥管伸缩器的使用形式,推荐伸缩器仍然采用双法兰限位伸缩器,以伸缩器移位,消除承受非轴向力的方式来解决桥管伸缩器拉出的问题。

伸缩器两端抱箍设置方案

按照伸缩器两端设置钢支架和抱箍的形式,参照同类型其他公称桥管托架抱箍设计,采用下部均为400mm的桥管托架抱箍。桥管伸缩器仍然采用双法兰限位伸缩器,DN1000伸缩器安装长度为590mm,按照托架和伸缩器安装尺寸:590+400*2+300*2+200*2=2390mm300mm为托架与伸缩器法兰间距,200mm为托架距离承台外缘的净距)。桥桩桩头尺寸仅为φ1000mm,无法满足双托架和伸缩器的安装尺寸要求,故必须设置安装承台。根据现场实际和参照周边桥管设置情况,可采用以下两种方案设置承台。

方案一 以现状桥桩为支撑,桩顶现浇钢筋混凝土承台方式(见图2)。该方案优点:现浇钢筋混凝土承台浇注简单,抗腐蚀性好,使用时间长。该方案缺点:施工时需截断现状桥管,对桥桩两侧管道做临时支撑,施工难度较大;同时钢筋混凝土承台的质量大,本方案混凝土承台体重为1.04m³,质量为2.5t,桥桩增加压力达25KN,对桥桩稳定性的影响较大。

方案二以现状桥桩为支撑,桩头套设D820mm*14mm封头钢管作为支架与桥桩连接件,托架外围设置钢板维护承台(见图3),该方案优点:1.各部分配件可在室内加工、防护完成,现场安装,有利于保证配件的质量;2.承台可采用两片包夹安装,施工时不必截断现状桥管,施工方便,高空作业少,有利于提高施工的安全性。该方案缺点:1.钢制配件多,防腐要求高;2.焊缝多,对工艺和质量检查的要求高;3.钢支架总质量约为0.9t,桥桩荷载增加约9KN

综合考虑施工难度、投资及使用要求,推荐采用方案一,设置现浇钢筋混凝土承台的方式来达到伸缩器两端设置抱箍的目的。

桥管不均匀沉降处理方案

桥管两侧上弯支墩经过多年的沉降已基本沉降到位,桥管两端伸缩器拆除后,根据桥管与斜管段的实际情况,参照E2#桥东侧桥管斜管段处理方式,伸长斜管段,使之与桥管水平外挑部分接顺,消除不均匀沉降对桥管的影响。

改造效果   20105约,侧水泵站至7#泵站段6座桥管改造全部完成,经过一年的运行,未发生伸缩器渗漏现象,处理效果完全达到预期目标。

通过此次改造,今后在管桥设计和施工中应注意以下问题:1.双法兰限位伸缩器由于其结构限制不能承受非轴向力,而桥管外侧桥桩与斜管段之间外挑管易受斜管拉力,故双法兰限位伸缩器不宜设置于桥管外调段。2.桥管托脚若基础不稳定将会导致较大的沉降量,该沉降将通过斜管传递至桥管架空管段,易导致焊缝拉裂。故在桥管设计及施工过程中要加强桥管托脚管道基础处理,降低桥管发生不均匀沉降,以保证桥管安全。