张涛1 王玉2
1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司 陕西西安 710018；
2.中煤科工集团西安研究院有限公司 陕西西安 710054
摘要：以埋地有压柔性接口给水管道水平向支墩结构设计为内容，通过受力分析、解析计算过程、举例说明的方式从结构设计条件、过程、步骤等方面，全面的解析直埋有压管道支墩结构设计的特点和方法。以供初学人员参考。
关键词：给水管道；水平向；支墩；结构设计
引言
在做给水管道等有压管结构设计时，设计内容与雨污水管等无压管有很大区别。本文仅取有压给水管道为例来讲解其水平支墩的设置原则和结构设计。篇幅有限，本次不考虑有地下水的情况。
本文从水平支墩设置条件及受力分析开始入手，由浅入深直观的为大家展示一个完整的支墩结构设计计算全过程，以指导设计并予以相关人员参考。
1.水平向支墩设置原因及注意事项
给水管道中水的压力均匀作用于管壁上，当水流方向发生变化时，如通过承插接口的弯头、丁字支管顶端、管堵顶端等处时，将产生作用于管壁上的外推力。此外推力如大于接口能承受的内水压力，就会使管道在接口处松动脱节，发生渗、漏水事故。为了避免管道渗、漏，就必须抵抗上述外推力，因此才需要根据管内压力大小，土壤条件好坏，在管线的关键部位设置支墩。本文所指柔性接口的给水管道，是需要设置支墩的最典型代表。
2.水平向支墩种类及形式
支墩一般分为水平向支墩，垂直向支墩两类。其中垂直向支墩又包括垂直向上弯的弯头支墩与垂直向下弯的弯头支墩两种。而支墩的大小形状则取决于外推力大小，外推力又与管道接口允许承受的内水压力有关，内水压力又因管径、接口材料的不同而异。
支墩材料一般采用C15或C20素混凝土，是否配筋可根据情况而定，一般情况下不配筋。
常见的支墩形式，可以根据管道工作压力和试验压力，从国家标准图集《柔性接口给水管道支墩》（10S505）中选取。超出图集限定条件外的情况就需设计人员自行设计，一般可做成全包支墩形式。这种设计比较节省施工空间和土方开挖量，但难免会由于支墩体积过大时，将管道接口也包于混凝土内的情况，遇此情况时，被包在支墩内的管道直段及接口应内包玻璃布一层，外缠草绳两层，再包一层玻璃布，以避免自接口起的被包管段直接与混凝土粘接，以方便后续检修。施工空间开阔的地方也可以将支墩与管道脱离，具体形式应视实际情况而定。
3.水平向支墩结构设计理论和计算公式
水平向支墩设计的总原则是，在支墩承受管道截面外推力时，满足以下稳定验算：
Fpk+Ffk-Fep，k≥Ks?Fwp，k （1）
其中：Fpk为支墩抗推力侧的被动土压力标准值（KN）；Ffk为支墩底部摩擦力标准值（KN）；Fwp，k为管道对支墩产生的水压合力标准值（KN）；Fep，k为支墩迎推力侧的主动土压力标准值（KN）；Ks为抗滑稳定性抗力系数，取Ks=1.5。
简言之就是抗力要大于推力，知道了总的设计原则后，剩下的工作就是逐一计算出公式（1）各参数并调整到合适数值，即可得出最优支墩结构尺寸。
3.1管道截面外推力标准值P计算
P=0.785dn2Fwd，k/1000 （2）
其中：Fwd，k为管道设计内水压力，即管道的试验压力（MPa）；dn为管道接口设计内径（mm）；P为管道截面外推力标准值。
特别需注意的是，上式提及的管道接口设计内径所指并非管道内径，也不是字面意思所指在承口或接口处管道的内径，而是在管内径的基础上乘以一个设计内径转换系数得来的，以指导设计使用。根据管材、管径的不同，转换系数也不同。具体可参见《柔性接口给水管道支墩》（10S505）说明之5.8条。
3.2管道对支墩产生的水压合力标准值Fwp，k计算。
4.弯头处
其中，G为支墩混凝土自重（KN）；W为支墩顶部覆土重量（KN）；f为土对混凝土支墩底部摩擦系数，一般取0.3即可。
以上即完成了公式（1）中所有未知数的求解，最后根据支墩埋深、位置等具体情况来调节支墩结构尺寸以满足要求，达到最经济合理为止。
结语
随着科学技术的进步和建材工业的发展，各种新型给水管道正在大力推广和普及。不论管材如何发展，在需要支墩的情况下，计算原理是相通的。本例通过一个简单的支墩结构设计过程解析，为大家一步步剖析计算原理、过程及相关数据的取值方法及参考文献。希望对初学者起到一定启发和指导作用。
参考文献：
[1]柔性接口给水管道支墩 03SS505．北京：中国计划出版社，2003
[2]柔性接口给水管道支墩 10S505．北京：中国计划出版社，2010
[3]给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268-2008[S].北京：中国建筑工业出版社，2008
[4]给水排水工程结构设计手册（第一版）北京：中国建筑工业出版社，1984
[5]柳金海.不良条件管道工程设计与施工手册 河北：中国物价出版社，1992
论文作者:张涛1,王玉2
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/22
标签：管道论文; 推力论文; 接口论文; 结构设计论文; 水压论文; 内径论文; 柔性论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;