8.3　输水管、沟渠和水池结构设计

8.3.1　钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的设计应符合下列规定：

1　钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的设计使用年限应满足核电厂寿期的要求，且不应低于50年，耐久性应按现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的要求设计；易于更换的管道设计使用年限可适当降低；

2　钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物结构可分为抗震Ⅰ类，抗震Ⅱ类和非核抗震类；

3　钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的防水等级应按照现行国家标准《地下工程防水技术规范》GB 50108的规定确定。

8.3.2　非核抗震类级钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的设计应满足以下要求：

1　钢筋混凝土管、沟结构构件可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010、《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332及现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》DL/T 5057的规定进行设计。

2　管、沟及其附属建筑物混凝土强度及抗渗等级应根据设计使用条件选定，且不应低于表8.3.2-1要求。

3　输送海水的钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的水泥品种宜采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥，水泥熟料中铝酸三钙的含量宜控制在6％～8％。

4　钢筋混凝土压力管、沟及其附属建筑物所用的非预应力钢筋宜用HRB335级和HRB400级热轧钢筋；预应力混凝土压力管的环向预应力钢筋宜采用直径4mm～9mm的碳素高强钢丝；纵向预应力钢筋可采用刻痕高强钢丝或直径为8mm～12mm的热处理高强钢筋。

5　预应力钢筋混凝土压力管埋设在盐碱地、海水或对管体有侵蚀的地段应采取必要的附加防腐措施。

6　预制钢筋混凝土压力管柔性接头的圆形止水橡胶圈、现浇地下管、沟道的伸缩缝橡胶止水带和塑料止水的主要物理力学性能应符合现行相关标准的要求。

7　钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的设计应根据可能出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合。

8　作用在钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物结构上的荷载分类应按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行。垂直土压力标准值应按本规范第8.3.2条第9款的规定确定，其他永久荷载的标准值，以及可变荷载的标准值和准永久值系数可按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定确定。

9　地下钢筋混凝土管、沟的垂直土压力计算可按以下要求进行：

1）钢筋混凝土管道根据具体情况可按上埋式或沟埋式计算。当管径大于1000mm且管顶覆土小于管径时，应考虑上部拱顶腔内全部回填土的压力（图8.3.2）。当管顶覆土大于管径时，管顶上覆土压力的计算，可根据回填材料、压实系数、基槽宽度、施工周期等实际情况确定；

2）钢筋混凝土沟道的沟顶垂直土压力应乘以1.1～1.2的垂直土压力集中系数。

10　承载能力极限状态设计时，作用在钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物上荷载组合应符合下列要求：

1）基本组合荷载包括：结构自重、垂直和水平土压力、工作压力、地下水压力、温度作用、地面活荷载或通车地段的车辆荷载等。荷载基本组合设计值应按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行。当设计使用年限超过50年时，可变荷载的分项系数应根据有关基本变量的概率分布类型和统计参数，以及规定的目标可靠指标，通过计算分析，并根据工程经验确定；

2）偶然组合荷载包括：基本组合中的部分荷载以及偶然出现的某一荷载，如水压试验时的试验压力、水击压力或地震力等，偶然组合设计值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009及《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行；

3）计算时可根据当地的自然条件和构筑物的最不利工况，决定上述组合中的荷载项目；地面活荷载按实际情况确定，可采用10kPa；通车地段的车辆荷载按可能通过的车辆等级计算，并应根据具体情况与地面活荷载比较，取两者中的较大值进行计算。

11　钢筋混凝土压力管、沟及其附属建筑物结构构件安全等级应按二级设计。

12　钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物的正常使用极限状态计算应包括抗裂度和裂缝开展宽度，并应控制其计算值不超过相应的限定值，应符合下列规定：

1）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出现裂缝控制，应按荷载短期效应的标准组合进行计算。截面验算可按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行；

2）在组合作用下，计算截面的受力状态处于受弯、偏心受压或大偏心受拉时，截面允许出现的最大裂缝宽度不应大于0.2mm。结构构件的裂缝展开宽度应按作用在结构上荷载长期效应的准永久组合进行计算。

13　正常使用极限状态计算时，短期效应的标准组合以及荷载长期效应的准永久组合应按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行。结构稳定计算时各荷载分项系数取1.0。

14　计算现浇钢筋混凝土压力管的纵向应力时，应考虑纵向拉应力及纵向挠曲应力的总和。各项纵向内力可按下列因素确定：

1）由温度影响产生的纵向拉力标准值应按下式计算：

式中：F1k——由温度影响产生的纵向拉力标准值（kN）；

γav——管的平均半径（m）；

δ——管壁厚度（m）；

αc——混凝土线胀系数，可取10-5℃-1；

Ec——混凝土弹性模量（kPa）；

Δt——闭合温度和施工期可能遇到的最低温度与运行期温度的温差较大值（℃）。

2）由内水压力产生的纵向拉力标准值应按下式计算：

式中：F2k——由内水压力产生的纵向拉力标准值（kN）；

νc——混凝土的泊松比，取0.2；

P0——管道计算内压力，包括工作压力或水击压力（kPa）；

d——管内径（m）。

3）因温度影响管道纵向变形时回填土对管壁的摩擦力标准值应按下式计算：

式中：Fk——摩擦力标准值（kN）；

μ——管壁与土壤的摩擦系数；

L——柔性接口间距（m）；

q1——侧向单位土压强度（kPa）；

q2——垂直单位土压强度（kPa）；

G2——管道单位长度上总垂直土压力（kN/m）；

G——管道单位长度的自重及水重之和（kN/m）；

n0——因摩擦系数选用不当和其他难于估计到的不利因素而考虑的过载系数，n0≥1.5。

4）当F1k+F2k＞Fk时，应按F计算纵向拉力；当F1k+F2k＜Fk时，应按F1k+F2k计算纵向拉力。

5）由不均布的地面荷载或填土压力所产生的纵向挠曲应力可按弹性地基梁进行计算。

15　在钢筋混凝土压力管的转弯处，内压使管道产生的纵向拉力标准值应按下式计算：

若管道本身不能承受此内力时则应设置固定支墩，支墩的作用力标准值应按下式计算：

式中：F3k——管道承受的力（kN）；

F4k——支墩承受的力（kN）；

α——管道转弯处的转角。

当土质较好且有可靠措施时，支墩的稳定计算可考虑被动土压力。

16　现浇钢筋混凝土沟道伸缩缝的间距应根据当地气温条件、地基特性、沟道材料、断面尺寸、覆土高度、施工方法与施工季节等因素确定，宜采用20m～30m。当采取措施经论证后，伸缩缝间距可以增大。

17　建在岩石地基上的沟道宜采用隔离层将沟道与垫层隔开。

18　现浇钢筋混凝土沟道每侧的纵向钢筋最小配筋率不宜小于0.2％，宜优先采用小直径钢筋。

19　对现浇钢筋混凝土管柔性接口的间距，按纵向应力计算确定，不宜大于25m。当有可靠措施减小纵向应力时，间距可适当加大。纵向钢筋的最小配筋率每侧不宜小于0.2％，并宜在管段中部1/3范围内适当增加纵向钢筋面积。现浇钢筋混凝土管与其混凝土垫层之间宜设隔离层。

20　现浇钢筋混凝土管、沟在可能产生不均匀沉降的两种地基土壤交界处或通过铁路、公路、堤坝和其他固定建筑物的两端，应设置柔性接口或沉降缝。钢筋混凝土管沟伸缩缝柔性接口的构造形式可采用本规范附录C规定的形式。

21　预制钢筋混凝土压力管在转角及分叉处宜采用钢管配件或铸铁管配件，并根据需要设置固定支墩。当水平转角小于管节允许相对转角时可不设支墩，但应将管受力一边的土壤仔细分层夯实，预应力管的允许相对转角可按照表8.3.2-2的规定确定。

22　选择工厂生产的承插式预应力钢筋混凝土管，其承载能力应与实际使用条件相符。当需要时，可调整其工作条件，如增加管基包角，采用混凝土管基和严格控制胸腔回填土质量等，以提高管体的承载能力，并应通过计算论证。

23　预制钢筋混凝土压力管的基础应根据地质条件，经论证后，可敷设在粗砂、砂砾石垫层上或其他形式的刚性圆弧基础上。

24　管道水压试验方法与验收标准应按现行国家标准《给水排水工程施工及验收规范》GB 50268的规定执行。

25　钢筋混凝土管、沟试验压力应按下列要求确定：

1）钢筋混凝土压力管工作压力小于或等于600kPa时，应为工作压力的1.5倍；工作压力大于600kPa时，应为工作压力加300kPa；

2）钢筋混凝土无压管、沟应作闭水试验，试验水头宜灌至井顶为止。如有可能承受一定水压时，应根据实际压力值选择灌水高度。

26　大直径钢筋混凝土压力管水压试验前应回填一半，即回填至管中心标高，待水压试验合格后，再全部回填。钢筋混凝土无压管、沟道闭水试验前，不宜回填土。

27　对管道两侧的回填土应对称填筑，分层夯实，并不得掺有混凝土碎块、石块和大于100mm的坚硬土块。在管顶以上1.0m范围内回填土时，应注意不损坏管道。沟、井等建筑物的回填土，亦应对称填筑，分层夯实。

28　管、沟施工完毕应及时试压回填，以免积水出现浮管等问题。

8.3.3　抗震Ⅰ类、Ⅱ类钢筋混凝土管、沟及其附属建筑物结构设计应满足如下要求：

1　管、沟的抗震设计应根据其类别按照现行国家标准《核电厂抗震设计规范》GB 50267的规定执行；

2　荷载组合及分项系数应按本规范表7.5.7的规定执行；

3　管、沟宜修建在均匀、密实的地基上，应确保地震作用下地下结构周边岩土的稳定性。

8.3.4　管、沟应进行横向和纵向地震作用计算，具体计算方法应按照现行国家标准《核电厂抗震设计规范》GB 50267的规定执行。横向计算宜采用反应位移法或反应加速度法、有限元法。管、沟沿线的地形和地质条件有明显变化时，应进行专门的地震反应计算，可按结构—地基偶联系统的有限元分析，也可按弹性地基梁计算其轴向和弯曲应力分析。