何齊書，左超，2，尹長光，武月梅，2，劉安強

（1.新興鑄管股份有限公司，河北 邯鄲056300；2.河北省球墨鑄鐵管工程技術研究中心，河北 邯鄲056300）

1 汽車荷載對覆土層下物體壓力概述

影響汽車對管線頂部等效均布荷載的主要因素有動力系數和覆土層厚度。

1.1 動力系數

汽車荷載是指通過交通工具輪胎壓力作用在如公路、橋梁等構筑物上的動力荷載。根據土壤或者填充物本身構成和厚度的不同，可以分開來考慮其對構筑物的有益作用。當土壤或者填充物較為松散或者厚度較薄時，一般不作為有益于構筑物承受載荷的因素；當土壤或者填充物較為密實、強度高或者具有一定厚度時，可以引入動力系數對其作用進行量化計算。此外，當厚度超過一定值以后，輪胎壓力的荷載基本可以認定為通過填充物得到了充分的緩沖和擴散，此時，動力系數可取值為1.0。GB 50009—2001《建筑結構荷載規(guī)范》中列出了參考的車輛荷載已經考慮了荷載的動力系數（見表1），可以直接使用。

1.2 覆土層厚度

構筑物頂部的填充物對車輛輪胎壓力可以進行擴散。隨著填充物厚度增加，車輛輪胎壓力擴散愈加充分，在這種機制下，車輛輪胎壓力隨著深度的增加，其壓力經過擴散以及交替和重疊后，在某一深度平面內，壓力近似均勻分布，該填充物深度數值可以參考工程經驗來取值，也可以按照車輛后軸輪胎壓力的擴散面積大于或者等于按照車輛負重比例劃分的車輛投影區(qū)域面積來確定。

2 計算模型及相關公式

2.1 單個輪壓的作用模型

單個輪壓作用到管道頂部的豎向壓力標準值，按照GB 50332—2002《給水排水工程管道結構設計規(guī)范》[1]，其傳遞模型如圖1所示，地面汽車荷載傳遞到埋地管道頂部的豎向壓力標準值公式為：

式中，qvk為輪胎壓力作用到管頂的豎向壓力標準值，kN/m；Qvi,k為車輛的i個車輪承擔的單個輪壓標準值，kN；ai為i個車輪的地面接觸長度，m；bi為個車輪的地面接觸寬度，m；μd為動力系數，可按表1采用；H為車輛輪胎接觸的地面直管頂的高度，m。

圖1單個輪壓的傳遞分布圖

2.2 2個以上單排輪壓綜合作用模型

2個以上單排輪胎壓力綜合影響作用至管道頂部的豎向壓力標準值，其計算模型如圖2所示，計算公式見式（2）：

式中，n為車輪的總數量；dbj為沿車輪著地分布寬度方向，相鄰2個車輪間的凈距，m。

圖2 2個以上單排輪壓綜合影響的傳遞分布圖

2.3 多排輪壓綜合作用模型

多排輪壓綜合影響作用至管道頂部的豎向壓力標準值，可按式（3）計算：

式中，ma為沿車輪地面接觸寬度方向的車輪排數；mb為沿車輪地面接觸長度方向的車輪排數；daj為沿車輪地面接觸長度方向，相鄰2個車輪間的凈距，m。

3 計算實例

從以上計算模型可以推測出，當填充物厚度達到一定值，輪胎壓力擴散程度足夠時，車輛輪胎壓力荷載可以等同為均布荷載[2，3]。對于一級公路與二級公路，汽車的結構參數及其荷載布置按照JTG B01—2014《公路工程技術標準》，公路工程技術標準中的規(guī)定?？紤]到安全因素，并排停放或者行駛的車輛，同步經過管道上方地面為例，車輛重量級別為550kN級，如圖3所示。

假設車輛安全間距為每側0.6m，汽車在路面投影面積為（15m+0.6m）×（2.5m+0.6m）=48.36m2；車輛后部軸車輪壓力與整車重量的比值為280kN/550kN=0.51；計算后部軸車輪壓力的擴散面積0.51×48.36m2=24.66m2。

根據后部軸車輪壓力的擴散面積應大于或者等于按照車輛負重比例劃分的車輛投影區(qū)域面積的原則，即：

則：h≥2.27m，此時可確定為填充物厚度達到了可認定為均布載荷的厚度，車輛合理投影范圍內的平均重量為550kN/48.36m2=11.4kN/m2。

圖3足夠的覆土層厚度計算示意（單位：m）

按照圖1所示的汽車荷載布置形式及計算模型可以計算出重量為550kN的車輛在不同覆土厚度時對覆土層下管道頂部的豎直壓力大小，如表2所示。

表2 550kN對不同覆土厚度管頂的豎直壓力

4 結論

通過對汽車荷載對覆土層下管道頂部豎直壓力的計算模型的建立，按照一級、二級公路的汽車荷載形式，完成了汽車載荷對管頂壓力的近似計算，為管線過路的相關計算提供了參考。