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答疑|HDPE缠绕结构壁B型管环刚度你知多少？

HDPE缠绕结构B型结构壁管，业界俗称“克拉管”，属柔性管材。连接密闭性好、抗沉降能力强和综合使用寿命长等优势，使克拉管在国外早已得到广泛应用，在国内也被建设部评为重点推广产品。但是作为克拉管等柔性管材选型的重要技术指标，环刚度仍然在市场上甚至业界人士的逻辑认识里存在疑问。

疑问一：克拉管的环刚度不够，会压屈失稳或“内凹”等畸变吧？

解答：克拉管在埋地实践中已有超过50年的使用时间，在达到回填要求且正常运行后，在国际/国内应用中并未出现正常使用条件下的畸变现象。究其原因，并不是自身的环刚度比刚性管材（如铸铁管）高，而是基于管材与周围回填土体的管土共同作用原理。

Spangler 模型土壤压力分布

垂直作用的荷载使管道发生变形时，管道周围土壤有水平支撑作用（如上图），在管壁内产生压缩应力和弯曲应力。管道柔性越大，变形越大，侧土压力对管道反作用力越大，在某一阶段会达到垂直和水平土壤压力的平衡状态。在管土共同作用下，管材自身承受承载力只占15%-20%，所以单纯靠提高环刚度来增大管身的承载能力是不经济的。

疑问二：克拉管的埋深不会很深吧？

解答：克拉管目前最深的管顶覆土可以达到50米。克拉管为典型的异型结构壁，通过改变管道截面的惯性矩（截面有效厚度）可是实现较高的环刚度。考虑动荷载破坏，正常管顶覆土厚不低于0.5米；随着覆土厚度的增加，动荷载影响逐步降低（覆土厚土超过4米时，动荷载影响基本可以忽略），但是覆土压力等静荷载由于管土共同作用并未随覆土厚度增长而出现线性增长趋势。这是克拉管选择适当的环刚度就可以实现较大覆土埋深的原因。

疑问三：克拉管埋地时会变形吧？

解答：在实际施工验收过程，由于静荷载和偶然动荷载作用下，克拉管允许一定的径向变形，但管道自身结构必须是安全的。克拉管允许变形率须符合国标GB50268-2008中“克拉管等化学建材管的变形率不超过5%”这个规定，比国际上施工验收标准的规定值6%（美国ASTM标准规定值为7.5%）要求要高。

疑问四：克拉管回填要求达不到密实度怎么办？

解答：选择合适的回填材料，对于柔性管道的正常运行至关重要。回填要求如下图：

管道设计允许径向变形率为3%，但是由于施工地质条件、回填材料等原因，施工回填质量往往不能完全达到回填密实度要求。考虑以上因素，实际应用中管道允许径向变形率为5%。

疑问五：国际上环刚度标准和设计都统一吗？

解答：国际上，对于环刚度的定义和测试方法不一，环刚度所代表的物理意义也不一样。国际上主要有：德国标准（DIN），国际标准（ISO）和美国标准（ASTM）三大类。有别于德国标准DIN16961，国标环刚度参考的是欧标prEN13476，而这两个标准里所述环刚度的计算和设计方法依据都是ISO标准。因此，在管材选型确认环刚度时，须明确环刚度设计标准。