给排水管道支墩设计.docx

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给排水管道支墩设计

给水管道支墩设计

一、设置要求及支墩种类

在敷设给水管道时，为防止管道内水压力通过弯头、三通、堵头及叉管等处产生拉力，以致接头产生松动脱节现象，应根据管内压大小，土壤条件好坏，考虑是否需要设置支墩。

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向下弯头三种情况。

1．推力的计算

承插接口断面分力为：

其中：

P——承插接口断面推力（KN）

D——管道内径（m）

P0——管道试验压力（MPa）

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

以下以管道试验压力3.0MPa的DN400的球墨铸铁管为例。

（1）水平弯头（以DN150管道45°弯头为例）

1）合推力计算

管道计算内径0.4m，试验压力按3.0MPa计，则承口断面推力P为：

P=785D2P0=785×0.4^2×3=376.8（KN）

合推力：

R=2Psin（a/2）=2×376.8×sin（45°/2）=288.25（KN）

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：

其中：

T=T1+T2T——总抵抗力（KN）T1——被动土压力（KN）T2——底面摩擦力（KN）

经试算（过程略），支墩尺寸采用L=2.2m，B=1.5m，H=1.4m，管顶覆土最小深度1.5m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：

其中：

T1——被动土压力（KN）

土壤内摩擦角，一般性土质按30°计算

支墩靠背土壤密度（KN/m3），按19KN/m3计

h1——支墩顶覆土，按最不利情况取1.0米

h2——支墩底埋深，按最不利情况取2.4米

l——支墩长度（m）

将计算数据代入公式，得T1=297.72（KN）

2支墩地面摩擦力T2按下式计算：

T2=Gf

其中：

T2——底面摩擦力（KN）

G——支墩混凝土、管道及水的总重（KN）

f——支墩与土壤间的摩擦系数，取0.4

支墩混凝土重：

G1=0.75×（L×B×H－0.5×0.785×D2×L）×24=80.67（KN）注：

混凝土密度按24KN/m3计

管道及水重:

G2=0.785×D2×L×10+0.755×L=4.42（KN）

注：

DN400球墨铸铁管道自重为0.755KN/m

总重G＝G1＋G2＝80.67＋4.42＝85.10（KN）

将数据代入公式，得T2=34.04（KN）

3总抵抗力T=T1+T2=331.76（KN）T/R=1.15>1.1满足要求。

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（KN/m2）

G——支墩混凝土、管道及水的总重（KN）

S——支墩上部回填土重（KN），根据管道埋深不同，取值1.0m

注：

1.1为安全系数

回填土重S采用下式计算

S=（L×B×h3）×19

其中：

S——支墩上部回填土重（KN）h3——支墩上部回填土高度，根据管道埋深不同，取值

1.0m

注：

回填土密度按19KN/m3计

将计算数据代入以上两式，N=49.27KN/m2

3）计算结果

总抵抗力T=331.76KN>计算推力1.1R1=317.08KN

所需地基承载力N=49.27KN/m2<实际地基承载力（一般土质取

120KN/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=73.83（KN）计算推力在水平方向的分力为RX=7.23（KN）计算推力在垂直方向的分力为Ry=73.47（KN）

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=0.6m，B=1.2m，H=0.7m，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）24=21.10（KN）

管道及水重:

G2=0.785×D2×L×10+0.755×L=1.21（KN）

总重G＝G1＋G2＝21.1＋1.21＝22.30（KN）所需地基承载力为

N=1.1（G+S＋Ry）/（（L+L×cos（a））×B）=109.75（KN）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=109.75KN/m2＜实际地基承载力（一般土质取

120KN/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（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=73.87（KN）

计算推力在水平方向的分力为RX=7.23（KN）

计算推力在垂直方向的分力为Ry=73.47（KN）

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=1.8m，B=1.2m，H=1.5m，详见下图：

支墩混凝土重：

G1=（L×B×H－0.785×D2×L）×24=72.33（KN）

管道及水重:

G2=0.785×D2×L×10+0.755×L=3.62（KN）

总重G＝G1＋G2＝72.33＋3.62＝75.95（KN）管道无压力时所需最大地基承载力经计算为N=34.11（KN）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＝75.95（KN）＞垂直向上的分力Ry=73.47（KN）所需地基承载力N=34.11KN/m2＜实际地基承载力（一般土质取120KN/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DN400，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×D2×6×10+0.755×6=12.07（KN）

其中：

D——管道内径（m），此处为0.4m

注：

单根DN400球墨铸铁管道长度6m

管道下滑力：

F=G×（sin（a）－f×cos（a））＝0.27（KN）

其中：

f——支墩、管道与土壤的摩擦系数，一般性土质取0.4支墩长度：

6Fcos（a）

B

其中：

B——支墩宽度（m），取DN+0.4m＝0.8m——支墩混凝土密度（KN/m3），按24KN/m3计

将数据代入公式，得L=0.28m，取0.3m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H=0.26m

详见下图：

立面图

校核条件：

F×cos（a）/G1≤0.9tg（φ）

其中：

G1——支墩重量（KN）

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。