給排水管道支墩設計

1、給水管道支墩設計一、設置要求及支墩種類在敷設給水管道時，為防止管道內水壓力通過彎頭、三通、堵頭及 叉管 等處產生拉力，以致接頭產生松動脫節(jié)現象，應根據管內壓大小，土壤條件好 壞，考慮是否需要設置支墩。支墩設計分為兩類，一是抵抗水壓推力的支墩，二是埋地爬坡管道防滑支墩。其作用分別闡述如下：1 抵抗水壓推力的支墩：由于管道中水流壓力作用于管線上彎頭、三通、堵頭等管件的各承插接口斷面上，而各接口分力作用方向又不同（均垂直 于接口斷面指向管件內部），管件所受各分力組合將產生一合推力，此推力 如大于靠背土壤及管件自身的抵抗力，則管件將沿合力方向移動，最終使接口 松脫，破壞管道系統(tǒng)正常運行。為此須在上述管

2、件的合力方向上設置支墩，以 防止管件移動。2埋地爬坡管道防滑支墩：由于管線敷設坡度過大，管道及水的自重產 生的下滑力大于土壤對管道的摩擦抵抗力，導致管道沿其軸線方向向下滑動， 最終將使承插接口松脫，破壞管道系統(tǒng)正常運行。為此須在上述管道上設支 墩，防止管道下滑。二、抵抗水壓推力的支墩設計按管件類型不同分為彎頭支墩、三通支墩和堵頭支墩三種，其中彎頭支 墩又分為水平彎頭、垂直向上彎頭和垂直向下彎頭三種情況。1 推力的計算承插接口斷面分力為：P=785D2Po其中：P 承插接口斷面推力（KN）D管道內徑（m）Po管道試驗壓力（MPa）注：采用柔性接口管道不計接口的抵抗力根據管件類型不同，其合推力大小

3、及方向如下圖所示（R為合力）：2支墩尺寸設計以下以管道試驗壓力3.0MPa的DN400的球墨鑄鐵管為例。（1）水平彎頭（以DN150管道45彎頭為例）1 ）合推力計算管道計算內徑0.4m，試驗壓力按3.0MPa計，則承口斷面推力P為:P=785D2Po=785xO.4A2x3=376.8 （KN）合推力:R=2Psin （a/2） =2x 376.8x sin （45/2） =288.25 （KN ）2）支墩尺寸設計采用試算法，先確定支墩尺寸，再根據支墩尺寸計算總抵抗力T:其中：T=T1+T2T總抵抗力（KN ） T1被動土壓力（KN ） T2一底面摩擦力（KN ）經試算（過程略），支墩尺寸采

4、用L=2.2m，B=1.5m，H=1.4m，管 頂覆土最小深度1 -5m詳見下圖：按上述支墩尺寸計算總抵抗力： 被動土壓力T1按下式計算：T112 tg 2 1.1 滿足要求。3)所需地基承載力計算N=1.1 (G+S) / (LxB)其中：N地基承載力(KN/ m2)G支墩混凝土、管道及水的總重(KN )S支墩上部回填土重(KN )，根據管道埋深不同，取值1 .Om注：1.1為安全系數回填土重S采用下式計算S= （Lx Bxh3） x 19其中：S一一支墩上部回填土重（KN） ha支墩上部回填土高度，根據管道埋深不同，取值1 .Om注：回填土密度按19KN/m3計將計算數據代入以上兩式，N=

5、49.27KN/ m 23 ）計算結果總抵抗力 T= 331.76KN 計算推力 1.1 R1=317.08KN所需地基承載力N=49.27KN/m2實際地基承載力（一般土質取120KN/ m2）以上兩結果均滿足設計要求，支墩尺寸設計合理。2）垂直向上的彎頭（以11.25彎頭為例）1 ）合推力計算計算方法與水平彎頭相同，得計算推力R1 =73.83 （KN ）計算推力在水平方向的分力為Rx=7.23 （ KN ）計算推力在垂直方向的分力為Ry=73.47 （KN ）2）支墩尺寸設計因小角度垂直向上的彎頭合推力在垂直方向的分力占主導作用，且方向向下，因此控制支墩所需的地基承載力是支墩尺寸設計的尖

6、鍵指標。經試算，支墩尺寸采用L=0.6m，B=1.2m，H=0.7m，詳見下圖按上述支墩尺寸計算所需地基承載力：支墩混凝土重：G1= (Lx 2 - Hx tg(a/2) x (BxH- 0.785x D2 x 0.5)24=21.10( KN )管道及水重：G2=0.785xD2xLx1 0+0.755xL =1.21 (KN )總重G = G1 +G2 = 21.1 +1.21 =22.30(KN )所需地基承載力為N=1.1 (G+S + Ry)/(L+L xcos(a)xB) =109.75( KN )另夕卜對大角度(45。以上)垂直向上的彎頭還需補充校核水平推力的抵抗力，本例水平推力

7、影響很小，不對支墩安全構成影響3）計算結果所需地基承載力N=10975KN/my實際地基承載力（一般土質取120KN/ m2）結果均滿足設計要求，支墩尺寸設計合理。3）垂直向下的彎頭（11.25彎頭為例）1 ）合推力計算計算方法與水平彎頭相同，得計算推力R1 =73.87 （KN ）計算推力在水平方向的分力為Rx=7.23 （KN ）計算推力在垂直方向的分力為Ry=73.47 （KN ）2）支墩尺寸設計因小角度垂直向下的彎頭合推力在垂直方向的分力占主導作用，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設計的尖鍵指標。經試算，支墩尺寸采用L=1.8m，B=1.2m，H=1.5m，詳見下

8、圖：支墩混凝土重:G1=(LxBxH-0.785x D2xL) x24=72.33(KN )管道及水重：G2=0.785xD2xLx10+0.755xL =3.62 (KN )總重 G = G1 +G2 = 72.33 + 3.62 = 75.95 (KN )管道無壓力時所需最大地基承載力經計算為N=3411 （KN ）另外，對大角度（45。以上）垂直向下的彎頭還需補充校核水平推力的抵抗力，本例水平推力影響很小，不對支墩安全構成影響。3)計算結果總重G = 75.95 (KN) 垂直向上的分力Ry=73.47 (KN )所需地基 承載力N=34.11 KN/ m2V實際地基承載力(一般土質取1

9、20KN/ m2) 結果均滿足設計要求，支墩尺寸設計合理。(4)水平三通水平三通除合推力R=P與水平彎頭不同之外，其支墩設計計算過程與水平彎頭相同。埋地爬坡管道防滑支墩設計 采用穆松橋設計手冊中的經驗公式計算，以DN400，豎向角度a=23爬坡管道為例計算如下:單根管道及水重：G=0.785xD2x6x10+0.755x6 =12.07 (KN )其中：D管道內徑(m )，此處為0.4m注：單根DN400球墨鑄鐵管道長度6m管道下滑力：F=Gx(sin(a) fxcos(a) = 0.27(KN)其中：f一一支墩、管道與土壤的摩擦系數，一般性土質取0.4支墩長 度：I6F cos( a)L B其中：B支墩寬度(m)，取DN+0.4m = 0.8m 支墩混凝土密度(KN/m 彳)，按 24KN/m3 計將數據代入公式，得L=0.28m，取0.3m支墩高度：H=0.5x L xtg(a)+A其中：A 一支墩底座高度(m)，最小0.1m，此處取0.2m將數據代入公式，得H=0.26m詳見下圖：管徑校核條件：Fx cos(a)/G10.9 tg(p )其