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土弧基础在管道工程各相关规范或规程中出现比较频繁，还有经常出现的“人工土弧基础”、“砂石基础”等。各规范或规程又多单独对上述基础进行定义，且不尽相同，这与行业内术语定义的唯一性相冲突，也困扰本人很久了。
本文从现行各规范对土弧基础的术语定义及条款要求谈起，结合工程实际，提出土弧基础的做法及计算时各参数的选取。
1. 市政、水利行业的相关规范要求
✔《管道工程结构常用术语》（CECS 83-96）的术语部分：
4.4.9土弧基础：指圆管敷设在挖成弧形或用料粒填成弧形的槽底上，其基础中心角一般不小于60°，是管道结构的一种支承形式。
✔《城镇给水预应力钢筒混凝土管管道工程技术规程》（CJJ 224-2014）的术语部分：
2.1.6土弧基础：用砂砾回填或原土开挖而形成的，用于支撑管道结构的弧形基础。由管底基础层和管下腋角两部分组成。
✔《埋地排水用钢带增强聚乙烯螺旋波纹管管道》（CECS 223-2007）、《聚乙烯塑钢缠绕排水管管道工程技术规程》（CECS248-2008）的术语部分：
2.1.6土弧基础：圆形管道敷设在用砂砾回填成弧形基础上的管道结构支承形式。土弧基础由砂砾回填的管底基础层和管下腋角两部分组成。
✔《埋地塑料排水管管道工程技术规程》（CJJ143-2010）的术语部分：
2.1.23 土弧基础：圆形管道敷设在用砂砾回填成弧形基础上的管道结构支承形式。
✔《纤维增强聚乙烯给水排水管道工程技术标准》（DB22/T 5007-2023）的术语部分：
2.1.23 人工土弧基础：圆形管道敷设在用砂砾回填成弧形基础上的管道结构支承形式。人工土弧基础由砂砾土回填的管底基础层和管下腋角两部分组成。
✔《给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计标准》（T/CECS 143—2022）的“术语和符号”第2.1.5和第2.1.6条、“管道结构设计计算”章节第6.1.1条规定：
2.1.5土弧基础：圆管敷设在采用专用设备挖成的弧形槽底上，与管道完全贴合的基础中心角不小于60°，是管道结构的一种支承形式。
2.1.6砂垫层基础：在管道底部一定支承角度范围内设置达到一定密实度的砂石类垫层的基础形式，砂垫层的材料可选用中砂、粗砂、级配碎石、卵石或砾石，其最大粒径不大于25mm。
6.1.1……管道基础形式一般可分砂垫层基础、土弧基础及混凝土基础三类（图6.1.1）。
图1 管道基础的分类图示（摘自T/CECS 143）
✔《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》（CECS 141:2002）的“基本设计规定”章节第5.1.4条、“基本构造要求”章节的第8.0.6条规定：
5.1.4土弧基础设计和施工采用的土弧中心角度，应按下列规定确定：1 应在结构计算采用的土弧中心角的基础上增加15°~20°；2 对素土平基铺设的管道，可按土弧中心角为20°计算。
8.0.6当钢管管道采用人工土弧基础时，人工土弧基础应采用中粗砂或细碎石铺设。……
✔《市政排水管道工程及附属设施》的《混凝土排水管道基础及接口》（06MS201-1）的“总说明”部分：
2.1 本图集适用于开槽法施工采用砂石基础（土弧基础）、混凝土基础和顶进法施工（顶管）的室外埋地雨水、污水及合流等重力流无压混凝土排水管管道工程。
✔《给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（CECS 140:2002）的“构造规定”章节第7.2.1条规定：
7.2.1管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管宜采用土弧基础。
✔《预应力钢筒混凝土管道技术规程》（SL702-2015）的“构造规定”章节第7.4.1条规定：
7.4.1 预应力钢筒混凝土管宜采用土弧基础。
✔《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）的“开槽施工管道主体结构”章节第5.2.3条条文解释如下：
5.2.3 本条对砂石基础施工做出了具体规定，近些年来给排水管道圆管符号，包括钢管、球墨铸铁管、化学建材管、钢筋混凝土管、预（自）应力混凝土管道工程已广泛采用弧形土基；开槽施工的弧形土基做法通常都用砂石回填，所以国内通称为“砂石基础”；砂石也属于岩土类，因此砂石基础实际上也是土基础。
上述标准中圆管符号，《纤维增强聚乙烯给水排水管道工程技术标准》为水利口东北院参与，《预应力钢筒混凝土管道技术规程》为水利口北京市院、中国水科院主编，其余均为市政、城建行业规范。
2. 对土弧基础的理解
根据上述描述，从不可能存在自然的弧形基础的角度来分析，人工土弧基础和土弧基础应属同一术语，也就是说土弧基础都是人工做出来的。
圆管的弧形支承可以通过开挖形成（挖弧）、也可以通过回填而成（填弧），因此，本人更认同《管道工程结构常用术语》和《城镇给水预应力钢筒混凝土管管道工程技术规程》对土弧基础的定义。
土弧基础：指圆管敷设在挖成弧形或用料粒填成弧形的槽底上，其基础中心角一般不小于60°，是管道结构的一种支承形式。
（1）挖弧（挖成弧形）。挖弧应用在有适宜的砂性土地基条件，为保证使土弧与管外壁良好地贴合，宜采用专门的施工机械成弧。对于局部缺陷处可在弧形槽内铺40mm~60mm厚的中、粗砂，以保证施工质量。
笔者查阅了相关资料，在给水排水管道工程中，开槽铺设的管道已很少采用挖弧施工。敞口式顶管（人工掏土）采用挖弧施工，06MS201-1图集（P15）和GB 50268（P80）的要求如图2所示。
（a）06MS201-1做法
（b）GB 50268要求
图2 人工顶管挖弧施工的技术要求和做法
（2）填弧（填成弧形）。个人认为，用填料填弧是更普遍的做法，这也是主要规范对土弧基础的定义。填弧也可称为砂石基础（砂垫层基础）。
（3）素土平基
《管道工程结构常用术语》（CECS 83-96）对“素土平基”的定义如下：
4.4.8素土平基：指圆管敷设在平的原状土或铺粒料层的槽底上，是管道结构的一种支承形式。
钢管、混凝土管等管道结构设计规程都规定：对素土平基，其土弧基础中心角2α取20°计算（钢管规程141的5.1.4条、混凝土管规程143的6.1.5条、铸铁管规程142的5.1.4、缠丝预应力管规程140的7.2.3条）。《给排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）的管道基础章节中，“5.2.1 管道基础采用原状地基时，施工应符合以下规定……”笔者认为，管道基础采用原状地基应该被称为素土平基。素土平基不是最终状态，也需要埋起来（上述的四本规范都是埋地的管道规程）。
对于“素土平基”，存在回填料不同而影响的结构计算的不同。以钢管为例：
（a）回填土做法
（b）回填中粗砂做法
图3 素土平基的回填方案
图3（a）为回填土方案，结构计算时，按2α=20°取弯矩系数k；由于回填土和原状土基本一致，综合变形模量Ed取原状土的变形模量；
图3（b）为回填中粗砂方案，结构计算时，按2α=20°取弯矩系数k；综合变形模量Ed按照中粗砂和原状土的比较确定。
对比增加管底基础持力层200mm中粗砂的做法，如图4所示：
图4填弧方案（砂石基础或砂垫层基础）
结构计算时，图4应按实际的2α度数取弯矩系数k；综合变形模量Ed按照中粗砂和原状土的比较确定。以2α=120°为例，其竖向土压力的弯矩系数kvm由图3b中20°的0.255变成了图4中120°的0.128，弯矩M变化较大，直接影响管道壁厚的计算结果，因此：看似省了一些中粗砂，其实增加了钢管的壁厚。
算例：φ1620×12mm输水钢管，材质Q235B，工作压力0.5MPa，管顶覆土厚度5.5m，回填土重度18kN/m³，开挖边坡1:1，工作空间0.7m，管侧土综合变形模量Ed=4.18MPa。试计算工况二（不考虑温度变化，只组合堆积荷载）强度。方案一：素土平基回填中粗砂；方案二，中粗砂填弧，基础层200mm。主要计算结果如表1所示：
表1 素土平基回填砂和砂石基础主要计算结果
方案
方案一
（N/mm2）
方案一
与许用值对比
方案二
（N/mm2）
方案二
与许用值对比
轴力设计值N
1010.52kN
1010.52kN
弯矩设计值M
9.401kN.m
4.965kN.m
最大环向应力[σθ]=238.9
360
+50.7%
224.2
-6.2%
折算应力[σ]=195.5
287.9
+47.3%
179.3
-8.3%
注：计算结果由GateAPP 4.0完成。
由上表可知，当土弧中心角采用120°计算时，钢管应力满足要求；而当按照20°计算时，钢管应力超许用值约50%，如果不改变上述条件，则要增加壁厚。
因此，如果素土平基的话，不建议回填中粗砂（前提是管道结构能算得住）。如果回填中粗砂，提高管周的持力层性质，建议一并考虑管底的基础层。
3. 结论
（1）根据上述理解，建议市政各规范修订时将土弧基础的术语修改如下：
土弧基础：指圆管敷设在挖成弧形或用砂砾石料粒填成弧形的槽底上，是管道结构的一种支承形式。填弧的土弧基础又可称为砂石基础或砂垫层基础，由管底基础层和管下腋角两部分组成。
（2）鉴于市政的排水管大都采用填弧的砂石基础，水利工程的输水管道基础推荐采用砂石基础，即管底铺设一层中粗砂，作为管道支承的一部分。
计算时的弯矩系数按照实际的2α角度选取，管侧土的综合变形模量根据中粗砂和原状土的比较确定。当然，也可用规范规定的其他材料回填（如砾石等），相应的回填土的变形模量根据实际回填料确定。
（3）如果铺设在原状土上（即素土平基），弯矩系数按照20°取值，管侧土的综合变形模量根据回填土材料、原状土情况综合确定。
以上为个人理解，请谨慎参考，欢迎讨论。
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