給排水管道支墩設(shè)計

1、給水管道支墩設(shè)計一、設(shè)置要求及支墩種類在敷設(shè)給水管道時，為防止管道內(nèi)水壓力通過彎頭、三通、堵頭及 叉管 等處產(chǎn)生拉力，以致接頭產(chǎn)生松動脫節(jié)現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)管內(nèi)壓大小，土壤條件好 壞，考慮是否需要設(shè)置支墩。支墩設(shè)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(nèi)部），管件所受各分力組合將產(chǎn)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(shè)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(shè)坡度過大，管道及水的自重產(chǎn) 生的下滑力大于土壤對管道的摩擦抵抗力，導(dǎo)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(shè)支 墩，防止管道下滑。二、抵抗水壓推力的支墩設(shè)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(nèi)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(jù)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(shè)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(nèi)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(shè)計采用試算法，先確定支墩尺寸，再根據(jù)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(jīng)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(jù)管道埋深不同，取值1 .Om注：1.1為安全系數(shù)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(jù)管道埋深不同，取值1 .Om注：回填土密度按19KN/m3計將計算數(shù)據(jù)代入以上兩式，N=

5、49.27KN/ m 23 ）計算結(jié)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(zhì)取120KN/ m2）以上兩結(jié)果均滿足設(shè)計要求，支墩尺寸設(shè)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(shè)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(dǎo)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(shè)計的尖

6、鍵指標。經(jīng)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(gòu)成影響3）計算結(jié)果所需地基承載力N=10975KN/my實際地基承載力（一般土質(zhì)取120KN/ m2）結(jié)果均滿足設(shè)計要求，支墩尺寸設(shè)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(shè)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(dǎo)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(shè)計的尖鍵指標。經(jīng)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(jīng)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(gòu)成影響。3)計算結(jié)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(zhì)取1

9、20KN/ m2) 結(jié)果均滿足設(shè)計要求，支墩尺寸設(shè)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(shè)計計算過程與水平彎頭相同。埋地爬坡管道防滑支墩設(shè)計 采用穆松橋設(shè)計手冊中的經(jīng)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(nèi)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(shù)，一般性土質(zhì)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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