答疑|HDPE纏繞結(jié)構(gòu)壁B型管環(huán)剛度你知多少？

HDPE纏繞結(jié)構(gòu)B型結(jié)構(gòu)壁管，業(yè)界俗稱“克拉管”，屬柔性管材。連接密閉性好、抗沉降能力強(qiáng)和綜合使用壽命長等優(yōu)勢，使克拉管在國外早已得到廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)也被建設(shè)部評為重點(diǎn)推廣產(chǎn)品。但是作為克拉管等柔性管材選型的重要技術(shù)指標(biāo)，環(huán)剛度仍然在市場上甚至業(yè)界人士的邏輯認(rèn)識里存在疑問。

疑問一：克拉管的環(huán)剛度不夠，會壓屈失穩(wěn)或“內(nèi)凹”等畸變吧？

解答：克拉管在埋地實(shí)踐中已有超過50年的使用時間，在達(dá)到回填要求且正常運(yùn)行后，在國際/國內(nèi)應(yīng)用中并未出現(xiàn)正常使用條件下的畸變現(xiàn)象。究其原因，并不是自身的環(huán)剛度比剛性管材（如鑄鐵管）高，而是基于管材與周圍回填土體的管土共同作用原理。

Spangler 模型土壤壓力分布

垂直作用的荷載使管道發(fā)生變形時，管道周圍土壤有水平支撐作用（如上圖），在管壁內(nèi)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。管道柔性越大，變形越大，側(cè)土壓力對管道反作用力越大，在某一階段會達(dá)到垂直和水平土壤壓力的平衡狀態(tài)。在管土共同作用下，管材自身承受承載力只占15%-20%，所以單純靠提高環(huán)剛度來增大管身的承載能力是不經(jīng)濟(jì)的。

疑問二：克拉管的埋深不會很深吧？

解答：克拉管目前最深的管頂覆土可以達(dá)到50米。克拉管為典型的異型結(jié)構(gòu)壁，通過改變管道截面的慣性矩（截面有效厚度）可是實(shí)現(xiàn)較高的環(huán)剛度。考慮動荷載破壞，正常管頂覆土厚不低于0.5米；隨著覆土厚度的增加，動荷載影響逐步降低（覆土厚土超過4米時，動荷載影響基本可以忽略），但是覆土壓力等靜荷載由于管土共同作用并未隨覆土厚度增長而出現(xiàn)線性增長趨勢。這是克拉管選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)剛度就可以實(shí)現(xiàn)較大覆土埋深的原因。

疑問三：克拉管埋地時會變形吧？

解答：在實(shí)際施工驗(yàn)收過程，由于靜荷載和偶然動荷載作用下，克拉管允許一定的徑向變形，但管道自身結(jié)構(gòu)必須是安全的。克拉管允許變形率須符合國標(biāo)GB50268-2008中“克拉管等化學(xué)建材管的變形率不超過5%”這個規(guī)定，比國際上施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值6%（美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為7.5%）要求要高。

疑問四：克拉管回填要求達(dá)不到密實(shí)度怎么辦？

解答：選擇合適的回填材料，對于柔性管道的正常運(yùn)行至關(guān)重要。回填要求如下圖：

管道設(shè)計(jì)允許徑向變形率為3%，但是由于施工地質(zhì)條件、回填材料等原因，施工回填質(zhì)量往往不能完全達(dá)到回填密實(shí)度要求。考慮以上因素，實(shí)際應(yīng)用中管道允許徑向變形率為5%。

疑問五：國際上環(huán)剛度標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)都統(tǒng)一嗎？

解答：國際上，對于環(huán)剛度的定義和測試方法不一，環(huán)剛度所代表的物理意義也不一樣。國際上主要有：德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN），國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）和美國標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）三大類。有別于德國標(biāo)準(zhǔn)DIN16961，國標(biāo)環(huán)剛度參考的是歐標(biāo)prEN13476，而這兩個標(biāo)準(zhǔn)里所述環(huán)剛度的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法依據(jù)都是ISO標(biāo)準(zhǔn)。因此，在管材選型確認(rèn)環(huán)剛度時，須明確環(huán)剛度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。