给排水管道支墩设计.docx

1、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

2、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，

3、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=7850.423=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+T2 T总抵抗力（ KN ） T1被动土压力（ KN ） T2底面摩擦力（ KN ）经

4、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/m 3），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

5、系数，取 0.4支墩混凝土重：G1=0.75（LBH0.50.785D2L） 24=80.67（KN ） 注：混凝土密度按 24KN/m 3 计管道及水重 :G2=0.785D2L10+0.755L =4.42（KN ）注： DN400 球墨铸铁管道自重为 0.755 KN/m总重 GG1G280.674.4285.10（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=1.151.1 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 ）

6、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 Bh3） 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/ m 23）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

7、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) (BH 0.785 D2 0.5) 24=21.10(KN )管道及水重 :G2=0.785D2L10+0.755L =1.21

8、(KN )总重 GG1G221.11.2122.30(KN ) 所需地基承载力为N=1.1(G+SRy)/(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

9、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=(LBH0.785 D2L) 24=72.33(KN )管道及水重 :G2=0.785D2L10+0.755L =3.62（KN ）总重 GG1G272.333.6275.95（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

10、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 G75.95（KN） 垂直向上的分力 Ry=73.47（KN ） 所需地基承载力 N=34.11 KN/ 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=0.785D2610+0.7556 =12.07（KN ）其中： D管道内径（ m），此处为

11、 0.4m注：单根 DN400 球墨铸铁管道长度 6m管道下滑力：F=G(sin(a)fcos(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：6F cos( a)B其中： B支墩宽度( m)，取 DN+0.4m0.8m 支墩混凝土密度( KN/m 3)，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)/G10.9 tg( )其中： G1支墩重量（ KN）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。