管道支墩支墩图刘奕版参考zxf1

球墨铸铁管道支墩设计一、设计目的支墩设计分为两类，一是抵抗水压推力的支墩，二是埋地爬坡管道防滑支墩。其作用分别阐述如下：1．抵抗水压推力的支墩：由于管道中水流压力作用于管线上弯头、三通、堵头等管件的各承插接口断面上，而各接口分力作用方向又不同（均垂直于接口断面指向管件内部），管件所受各分力组合将产生一合推力，此推力如大于靠背土壤及管件自身的抵抗力，则管件将沿合力方向移动，最终使接口松脱，破坏管道系统正常运行。为此须在上述管件的合力方向上设置支墩，以防止管件移动。2．埋地爬坡管道防滑支墩：由于管线敷设坡度过大，管道及水的自重产生的下滑力大于土壤对管道的摩擦抵抗力，导致管道沿其轴线方向向下滑动，最终将使承插接口松脱，破坏管道系统正常运行。为此须在上述管道上设支墩，防止管道下滑。二、抵抗水压推力的支墩设计按管件类型不同分为弯头支墩、三通支墩和堵头支墩三种，其中弯头支墩又分为水平弯头、垂直向上弯头和垂直先下弯头三种情况。1．推力的计算承插接口断面分力为：P=7.85D2P0其中：P——承插接口断面推力（t）D——管道内径（m）P0——管道试验压力（bar）注：采用柔性接口管道不计接口的抵抗力根据管件类型不同，其合推力大小及方向如下图所示(R为合力)：2．支墩尺寸设计以下以三廊道供水项目实例说明支墩计算过程（1）水平弯头（以DN1600管道45°弯头为例）1）合推力计算管道计算内径1.6122m，试验压力按30bar计，则承口断面推力P为：P=7.85D2P0=7.85×1.6122×30=612.1(t)合推力：R=2Psin(a/2)=2×612.1×sin(45°/2)=468.5(t)推力计算安全系数取1.5，则计算推力R1=468.5×1.5=702.75(t)2）支墩尺寸设计采用试算法，先确定支墩尺寸，再根据支墩尺寸计算总抵抗力T：T=T1+T2其中：T——总抵抗力（t）T1——被动土压力（t）T2——底面摩擦力（t）经试算（过程略），支墩尺寸采用L=13.5m，B=6m，H=4m，详见下图：按上述支墩尺寸计算总抵抗力：①被动土压力T1按下式计算：lhhtgT)()245(21121222其中：T1——被动土压力（t）——土壤内摩擦角，一般性土质按30°计算——支墩靠背土壤密度（t/m3），按1.6t/m3计1h——支墩顶覆土，按最不利情况取0.1米2h——支墩底埋深，按最不利情况取4.1米l——支墩长度（m）将计算数据代入公式，得T1=543（t）②支墩地面摩擦力T2按下式计算：T2=Gf其中：T2——底面摩擦力（t）G——支墩混凝土、管道及水的总重（t）f——支墩与土壤间的摩擦系数，取0.3支墩混凝土重：G1=0.75×(L×B×H－0.5×0.785×D2×L)×2.4=559（t）注：混凝土密度按2.4t/m3计管道及水重:G2=0.785×D2×L+0.87×L=40（t）注：DN1600球墨铸铁管道自重为0.87t/m总重G＝G1＋G2＝559＋40＝599（t）将数据代入公式，得T2=180（t）③总抵抗力T=T1+T2=723（t）3）所需地基承载力计算N=1.1(G+S)/(L×B)其中：N——地基承载力（t/m2）G——支墩混凝土、管道及水的总重（t）S——支墩上部回填土重（t），根据管道埋深不同，取大值2.0m注：1.1为安全系数回填土重S采用下式计算S=(L×B×h3)×1.6其中：S——支墩上部回填土重（t）h3——支墩上部回填土高度，根据管道埋深不同，取大值2.0m注：回填土密度按1.6t/m3计将计算数据代入以上两式，等N=11.64t/m23）计算结果总抵抗力T=723t计算推力R1=702.75t所需地基承载力N=11.64t/m2实际地基承载力（一般土质取12t/m2）以上两结果均满足设计要求，支墩尺寸设计合理。（2）垂直向上的弯头（以DN1600管道11.25°弯头为例）1）合推力计算计算方法与水平弯头相同，得计算推力R1=180（t）计算推力在水平方向的分力为RX=17.62（t）计算推力在垂直方向的分力为Ry=179（t）2）支墩尺寸设计因小角度垂直向上的弯头合推力在垂直方向的分力占主导作用，且方向向下，因此控制支墩所需的地基承载力是支墩尺寸设计的关键指标。经试算，支墩尺寸采用L=3.5m，B=5m，H=1.05m，详见下图：按上述支墩尺寸计算所需地基承载力：支墩混凝土重：G1=(L×2－H×tg(a/2))×(B×H－0.785×D2×0.5)×2.4=70（t）注：混凝土密度按2.4t/m3计管道及水重:G2=0.785×D2×L+0.87×L=10.2（t）注：DN1600球墨铸铁管道自重为0.87t/m总重G＝G1＋G2＝70＋10.2＝80.2（t）所需地基承载力为N=1.1(G+S＋Ry)/((L+L×cos(a))×B)=11.75（t）另外，对大角度（45°以上）垂直向上的弯头还需补充校核水平推力的抵抗力，本例水平推力影响很小，不对支墩安全构成影响。3）计算结果所需地基承载力N=11.75t/m2实际地基承载力（一般土质取12t/m2）结果均满足设计要求，支墩尺寸设计合理。（3）垂直向下的弯头（以DN1600管道11.25°弯头为例）1）合推力计算计算方法与水平弯头相同，得计算推力R1=180（t）计算推力在水平方向的分力为RX=17.62（t）计算推力在垂直方向的分力为Ry=179（t）2）支墩尺寸设计因小角度垂直向下的弯头合推力在垂直方向的分力占主导作用，且方向向上，因此控制支墩的重量以抵抗上推力是支墩尺寸设计的关键指标。经试算，支墩尺寸采用L=5m，B=5m，H=3.2m，详见下图：支墩混凝土重：G1=(L×B×H－0.785×D2×L)×2.4=167.5（t）注：混凝土密度按2.4t/m3计管道及水重:G2=0.785×D2×L+0.87×L=14.5（t）注：DN1600球墨铸铁管道自重为0.87t/m总重G＝G1＋G2＝167.5＋14.5＝182（t）管道无压力时所需最大地基承载力经计算为N=11.53（t）另外，对大角度（45°以上）垂直向下的弯头还需补充校核水平推力的抵抗力，本例水平推力影响很小，不对支墩安全构成影响。3）计算结果总重G＝182（t）垂直向上的分力Ry=179（t）所需地基承载力N=11.53t/m2实际地基承载力（一般土质取12t/m2）结果均满足设计要求，支墩尺寸设计合理。（4）水平三通水平三通除合推力R=P与水平弯头不同之外，其支墩设计计算过程与水平弯头相同。三、埋地爬坡管道防滑支墩设计采用穆松桥设计手册中的经验公式计算，以DN1400，竖向角度a=23°爬坡管道为例计算如下：单根管道及水重：G=0.785×D2×8.19×ρ+5.64=18.42（t）其中：D——管道内径（m），此处为1.41mρ——水的密度（t/m3）注：单根DN1400球墨铸铁管道自重为5.64t，长度8.19m管道下滑力：F=G×(sin(a)－f×cos(a))＝2.16（t）其中：f——支墩、管道与土壤的摩擦系数，一般性土质取0.3支墩长度：BaFL)cos(6其中：B——支墩宽度（m），取DN+0.4m＝1.8m——支墩混凝土密度（t/m3），按2.2t/m3计将数据代入公式，得L=1.74m，取1.8m支墩高度：H=0.5×L×tg(a)+A其中：A——支墩底座高度（m），最小0.1m，此处取0.2m将数据代入公式，得L=0.58m详见下图：校核条件：F×cos(a)/G1≤0.9tg(φ)其中：G1——支墩重量（t）φ——土壤内摩擦角，一般性土质按30°计算经校核，满足要求。四、支墩施工注意事项1.支墩不应修筑在松土上，支墩底座和靠背（利用被动土压力的受力面）必须为原状土，并保证支墩和土体紧密接触，如有空隙需用与支墩相同材料填实。2.水平支墩靠背土壤最小厚度应大于支墩底面埋深的3倍。