埋地柔性给水管道支墩受力计算的步骤和方法
给水排水工程埋地承插式柔性接口钢管管道施工技术
给水排水工程埋地承插式柔性接口钢管管道施工技术（一）构造要求1、管道（1）钢管管道的设计厚度，应根据计算需要的厚度另加构造厚度，构造厚度不应小于2mm。
（2）钢管扩胀后承插口部位管壁厚度不应影响管壁受力要求。
（3）钢管制作的椭圆度不得大于0.01D1；在管节的安装端部不得大于0.005D1；承、插口不大于0.003D1，并应满足承插接口的间隙要求。
（4）扩胀承插口表面应光滑，不得有裂纹、褶皱及豁口等缺陷。
（5）承插式柔性接口钢管的长度应根据管线的土质和施工运输条件确定。
钢管的定尺长度宜为6m或12m，其全长偏差为±20mm，非定尺管长度及公差应由供需双方协商确定。
（6）对于柔性接口连接的管道，采用接口转角改变管道敷设方向时，单个接口可用转角值不得大于接口允许转角的1/2。
（7）承插式钢管管道上有闸阀、流量计等管件需法兰连接时，或者承插式钢管需要与其他类型的管道连接时，承插式钢管可一端制作成承口或插口，另一端焊法兰盘。
法兰盘按现行国家标准《板式平焊钢制管法兰》GB/T9119的平面、突面板式平焊钢制法兰和《钢制管法兰技术条件》GB/T9124的钢制管法兰的有关规定执行。
（8）管道防腐应根据管道的使用年限、环境、使用介质条件做好设计。
（9）钢管采用阴极保护时，应将导线在钢管接口的承口与插口采用铝热焊跨接，以保证钢管接口导电的连续性，并应满足现行国家标准《埋地钢质管道阴级保护技术规范》GB/T21448的有关要求。
（10）承插式涂层钢管上应有清晰、耐久性标志。
标志内容至少应包括生产企业名称（或代号）、钢管公称外径、壁厚、材质、长度、执行标准、管号、生产年月等，在插口部位应标记插入深度的标识。
2、沟槽（1）沟槽形式应根据施工地段的土质、地下水位、管道直径、埋设深度、施工季节及地面构筑物状况等进行选择。
（2）管线穿越河道时，其埋深应同时满足相应防洪标准的冲刷深度和规定疏浚深度，并预留安全埋深。
（3）管顶覆土厚度应满足下列条件：①管顶覆土厚度不宜小于0.70m；②道路下铺设的管道覆土厚度不宜小于1.0m；当覆土厚度小于1.0m时，在管顶覆土时应采取荷载分散的结构加强措施或加固管道；③管顶应在冰冻线以下，当无法实现时，应有可靠的防冻保护措施；④覆土厚度应保证管道放空时在地下水位最高的情况下不发生漂浮。
柔性接口镇墩计算
11.25
1.00
1.00
2.00
0.60
2.00
22.5
1.00
1.00
3.00
0.60
2.00
45
2.00
1.00
5.00
2.50
2.00
60
2.00
1.00
5.00
2.50
2.50
90
2.00
1.50
6.50
4.00
2.50
1.0Mpa 平面转角
B1(法向长边) B2(法向短边) L(轴向长边) L0(轴向短边) d(高度)
11.251.001.002.000.60
2.00
22.5
1.00
1.00
2.00
1.00
2.00
45
1.50
1.00
3.50
2.00
2.00
60
1.50
1.00
4.50
2.50
2.00
90
1.50
1.50
5.00
2.00
2.50
0.6Mpa 平面转角
B1(法向长边) B2(法向短边) L(轴向长边) L0(轴向短边) d(高度)
各层土的加权平均内聚力c
18
各层土的加权平均天然重度γ
18
管道镇墩底的埋深h
3.0
当等效内摩擦角为20°时，摩擦系数取f=0.25；
当等效内摩擦角为28°时，摩擦系数取f=0.30；
当等效内摩擦角为35°时，摩擦系数取f=0.35；
4、设计输入数据
1、管道接口设计内径与管内径的转换系数 aD
2、管道内径D
柔性接口给水管道镇墩抗滑稳定及地基应力计算
直埋柔性接口给水管道水平向支墩结构设计
直埋柔性接口给水管道水平向支墩结构设计摘要：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。
《柔性接口给水管道支墩》(10S505国标图集)概述
《柔性接口给水管道支墩》（10S505国标图集）简介赵彤王为陈曦（中国市政工程东北设计研究总院长春130021）（China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute，Changchun 130021）[摘要] 本文简要介绍《柔性接口给水管道支墩》国家建筑标准图集10S505的编写过程、主要内容、适用范围、选用说明、修编过程中重点讨论的问题，同时论述了本图集未列入水平叉管、管道变径等特殊支墩的原因，并提出了相应概念设计。
[关键词]柔性接口管道支墩土壤等效内摩擦角地下水水平叉管管道变径ABSTRACT：This article introduces the 《Buttress for Flexible interface of water supply pipeline》10S505 national standard drawings in the area of preparation process, main content, scope, selection description, key issues discussed on the process of revising, while discusses the reasons that the level fork tube, reducing pipeline and other special buttress are not included in the standard drawings , and put forward the corresponding conceptual design.KEYWORDS：Flexible interface Pipeline buttress Equivalent angle of internal friction of soil Groundwater The level fork tube Reducing pipeline1前言柔性接口给水管道支墩在给水排水管道工程中应用广泛，但其计算过程复杂，工程设计人员往往需要花费大量时间进行支墩的设计。
柔性接口给水管道支墩论述
L。 γ' ） Z W （ Z2 － Z1） ］ b． 支墩抗推力侧的被动土压力标准值 F pk 。
2 2 地下水低 于 支 墩 底 面 时： F pk = tg （ 45 ° + d / 2） ［γ s1 （ Z2 －
Z2 L。 1 ） / 2］
2 2 地下水高 于 支 墩 顶 面 时： F pk = tg （ 45 ° + d / 2） ［γ s ' （ Z2 －
2 1
1 ） 全包支墩— — —异形管四周用混凝土浇筑成一整体 。2 ） 侧 — —在异形管传导推力的一侧， 并按支墩传力角的要求设 向支墩— — —借 置侧向支墩。侧向支墩体积、 占地面积较大。3 ） 带桩支墩— 助摩擦桩或承压桩的形式用以缩小支墩体积尺寸， 在向上、 向下 选 用 带 桩 支 墩 较 多。4 ） 接 口 加 固 的 异 形 管 件 支 弯管支墩 中， — —利用金属卡箍将异形管的承插口间进行加固， 墩— 以减少支墩 尺寸， 同时也可采用卡箍、 钢筋和混凝土整体浇筑支墩， 以缩小支 墩尺寸。
2
支墩受力分析
在历年接触的工程实例中， 常见的多为水平异形管件支墩及
垂直弯管支墩， 因此本次主要分析给水管在正常埋设情况下， 一 般性土壤地区， 水平异形管件支墩及垂直弯管支墩的计算 。 对于 湿陷性黄土、 多年冻土、 膨胀土地区的支墩需特殊计 设置在淤泥、 算， 软土地区支墩的沉降问题应特殊考虑 。 1 ） 管道截面外推力标准值： P = 0 ． 785 d2 n F wd， k / 1 000 。 d n 为管道接口设计内径， mm， d n = α D D， 其中， α D 为管道接口 D 为管内径， mm； F wd， 设计内径与管内径的转换系数， k 为管道设计 MPa； P 为管道截面外推力标准值， kN。 内水压力， 2 ） 水平支墩承受截面外推力 P 对支墩产生的水压合力标准
埋地压力给水管道水平支墩设计计算
为支 墩 背 后 被 动 土 压 力 ， ｋ Ｎ； Ｖ 、 Ｖ 、 、 Ｖ 、 Ｖ ３ 分 别
为支墩 总 体 积 、 各部 分体积 ， ｍ ， 见各 图； Ｇ 为 支 墩 重
性角 ４ ５ 。 ， 支 墩 结构 不 安全 。
２ ． ２ 几 个 问题
（ １ ）文献 ［ ２ ］ 的ｈ 。 一般 不小 于 ０ ． ２ ５ ｍ。 笔 者建 议 机 动 车道 下及耕 地 下支 墩 宜 取 ｈ ，≥ ０ ． ５ ｍ； 管道 埋 深
由此 ， 本文 对 文 献 ［ ２］ 水 平 支 墩 的 型 式 及 尺 寸 进
行 了修 正 ， 并列 出其 计算 公 式 ， 同时举 例 进行 了说 明。
大时 ， ｈ 取 大值 ， 否则 取小 值 。
２ 水 平支墩的设计 计算
２ ． １ 各 符 号 意 义
设 ｒ 为 水 的重 度 ； ｒ 为土 的重度 ， 原状 土 ｒ ：＝ １ ８
（ ２ ）一般 Ｈ ＝ （ ０ ． ４ —０ ． ６ ） Ｈ， 即Ｈ ＝（ １ ． ６ ７～
第４ ５卷 第 ３期 ２ ０ １ ４年 ２ 月 Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４ ５． Ｎｏ． ３ Ｆｅ ｂ ．， ２ ０１ ４
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ４ｌ ０ ３— ０ ０ ５ １— ０ ４
５ ２
人
民
长
江
芙
ｂ ＝ ０ ． ２
卜 ＿ ＿ 旦
● 划 ● ●
● ｌ
图中单位为 ｍ：ｈ ｉ ＝ ０ ． ８ ， Ｈ＝ － ２ ． ２ ， ， ｌ ２ ＝ ０ ５ ． 硒＝ １ ． ５ ， 飓： ０ ７ ， 飓＝ １ ． ９ ， Ｄ ＝ ０ ８ ， ０ ＝ ４ ５ 。， 扣ｋ， Ｌ ＝ ２ ６ ； Ｉ — Ｉ 中阴影部份的斜线可取掉
埋地管道固定墩推力的计算方法
埋地管道固定墩推力的计算方法中国天辰工程有限公司天津 300400摘要:埋地的输油输气管道敷设温度与管道工作温度存在温差，管道膨胀产生位移造成管道弯头、三通变形破坏。
为防止事故，发生管道弯头、三通附近需设置固定墩。
结合工程实例介绍固定墩推力的计算方法。
关键词:埋地管道；固定墩；CAESAR II；1.概述:管道埋地敷设与架空敷设相比具有不受地形限制、节省地上空间、可长期稳定运行等优点，长距离输送管道尤其适合采取埋地敷设的方式。
埋地管道的应力状态与架空管道有很大不同，埋地管道与土壤存在相互作用，大多数情况下埋地管道敷设温度与管道工作温度存在一定温差，管道会产生热胀冷缩，而土壤对管道的摩擦力会限制管道的轴向位移，埋地管道在没有弯头、三通的长直管段由于受到土壤的连续约束，随着长度的增加，管道受到的土壤的约束力也越来越大，当土壤摩擦力能完全约束管道的轴向位移时，管道就出现了自然锚固点，该点后的管道与土壤完全锚固，这就是埋地管道的自然锚固现象，这部分管段管道状态是稳定的，但在非锚固段的弯头、三通处，由于温差应力产生较大位移，容易造成弯头、三通的破坏。
在工程中一般采取在位移较大的弯头、三通附近的直管段上合理设置固定墩限制管道的热位移，以保证管道的安全运行。
为了有效地限制埋地管道的轴向位移，随着管径、温度的增大，固定墩的推力也越来越大，从而造成固定墩的尺寸也越来越大，需要消耗大量的混凝土，在保证管道安全的情况下，尽量减小固定墩的推力，对降低施工难度，节省投资至关重要。
1.埋地管道固定墩推力的计算方法:固定墩设计的关键是计算出管道对固定墩的推力。
崔孝秉的理论计算公式比较全面的考虑了埋地管道的情况，计算结果比较接近于实际情况，但涉及参数过多，计算过于复杂，不太适合工程应用。
2.1 利用简化公式计算固定墩的推力现在工程上普遍采用的是潘家华推荐的固定墩推力的计算公式：F=A(E α ∆T - μ σh+ 0.5 σh) (2-1)式中： F --- 固定墩承受的推力，N；A --- 钢管截面积，mm2；E --- 钢材弹性模量，MPa；α --- 钢材线膨胀系数，mm/mm 0C；∆T --- 温差，0Cμ --- 泊松比；σh --- 管道的环向应力，MPa；σh =Pd/2t (2-2)p --- 管道内压，MPa；d --- 管道内径，mm；t --- 管道壁厚，mm。
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：P=785D2P0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 ： T=T1+T2其中：T ——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：l h h tg T )()245(21121222-+︒=γϕ其中：T1——被动土压力（KN ）ϕ——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h——支墩顶覆土，按最不利情况取1.0米1h——支墩底埋深，按最不利情况取2.4米2l——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0.755 KN/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。
《柔性接口给水管道支墩》(10S505国标图集)简介分析
《柔性接口给水管道支墩》（10S505国标图集）简介赵彤王为陈曦（中国市政工程东北设计研究总院长春130021）（China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute，Changchun 130021）[摘要] 本文简要介绍《柔性接口给水管道支墩》国家建筑标准图集10S505的编写过程、主要内容、适用范围、选用说明、修编过程中重点讨论的问题，同时论述了本图集未列入水平叉管、管道变径等特殊支墩的原因，并提出了相应概念设计。
[关键词]柔性接口管道支墩土壤等效内摩擦角地下水水平叉管管道变径ABSTRACT：This article introduces the 《Buttress for Flexible interface of water supply pipeline》10S505 national standard drawings in the area of preparation process, main content, scope, selection description, key issues discussed on the process of revising, while discusses the reasons that the level fork tube, reducing pipeline and other special buttress are not included in the standard drawings , and put forward the corresponding conceptual design.KEYWORDS：Flexible interface Pipeline buttress Equivalent angle of internal friction of soil Groundwater The level fork tube Reducing pipeline1前言柔性接口给水管道支墩在给水排水管道工程中应用广泛，但其计算过程复杂，工程设计人员往往需要花费大量时间进行支墩的设计。
对市政给水管道柔性接口支墩优化设计方法
对市政给水管道柔性接口支墩优化设计方法作者：何健文来源：《城市建设理论研究》2013年第20期摘要: 在市政给水管道工程中，球墨铸铁管被广泛应用，常规的接口形式为承插式橡胶圈止水柔性接口，管道支墩对稳定管道通水作用是不可低估的。
在实际工程中有些情况不能直接套用支墩图集，需根据实际情况对给水管道的支墩予以优化设计，为此通过两个工程实例，详细介绍了支墩的优化设计方法。
关键词: 给水管道; 柔性接口; 支墩中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：自20世纪90年代以来，一直以球墨铸铁管作为主要的市政给水管材，公称直径一般在DN100及以上，其综合性能良好。
球墨铸铁管采用橡胶圈接口，该柔性连接方式除了施工方便外，胶圈接口的受力性能既保证了管件和管道相连的密封性，也方便了日后的维修工作。
在工程实施过程中，发现直接套用管道支墩通用图集(国标柔性接口给水管道支10S505)不能完全满足现场的实际要求，应该说10S505已经详细地阐述了支墩的受力分析和适用范围等，同时对不同的土壤内摩擦角、不同的试压等级和是否有地下水情况下各类胶圈接口承插式管件( 如弯头、三通和管堵) 支墩都有详细的分类，但是作为设计人员不但要选用合适的支墩，而且要结合现场实际确定支墩设计方案，使其具有实施和操作的可能性。
1、现状支墩设计难点给水管道中的水压力均匀作用于管壁上，当充水进行压力试验时，管内各点水压是均布的，但当水流方向改变( 如通过承插接口的水平弯管、水平三通、水平管堵、垂直向上、向下弯管顶端等处) 或水流受阻时，水压失去平衡，管件接口就有拉脱的趋势，发生跑水、漏水事故。
为了抵抗上述外推力同时保证管道安全运行( 特别是在管道试压时) ，该处必须设置支墩来传递水压合力。
管道水压合力由支墩传到土体，借助土壤的反作用力来平衡，因此土壤的反作用力和支墩底面的摩擦力就成了支墩设计的两个主要因素。
笔者目前碰到的支墩设计难点如下:①在改造工程中新建管道与现状管道兜接后管道需立即投入使用，常规的支墩实施需要一定时间的养护，不满足试压兜口立即通水的工程进度要求。
《柔性接口给水管道支墩》(10S505国标图集)简介
《柔性接口给水管道支墩》（10S505国标图集）简介赵彤王为陈曦（中国市政工程东北设计研究总院长春 130021）（China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute，Changchun 130021）[摘要] 本文简要介绍《柔性接口给水管道支墩》国家建筑标准图集10S505的编写过程、主要内容、适用范围、选用说明、修编过程中重点讨论的问题，同时论述了本图集未列入水平叉管、管道变径等特殊支墩的原因，并提出了相应概念设计。
[关键词]柔性接口管道支墩土壤等效内摩擦角地下水水平叉管管道变径ABSTRACT：This article introduces the 《Buttress for Flexible interface of water supply pipeline》10S505 national standard drawings in the area of preparation process, main content, scope, selection description, key issues discussed on the process of revising, while discusses the reasons that the level fork tube, reducing pipeline and other special buttress are not included in the standard drawings , and put forward the corresponding conceptual design.KEYWORDS：Flexible interface Pipeline buttress Equivalent angle of internal friction of soil Groundwater The level fork tube Reducing pipeline1前言柔性接口给水管道支墩在给水排水管道工程中应用广泛，但其计算过程复杂，工程设计人员往往需要花费大量时间进行支墩的设计。
柔性接口镇墩计算
寸:
底面积A
体积M
重量G
d(高度)
m²
m³
kN
2.50
10.00
25.00
575.00
水平弯管镇墩类型计算
2.0Mpa 平面转角
B1(法向长边) B2(法向短边) L(轴向长边) L0(轴向短边) d(高度)
11.25
1.00
1.00
2.00
1.00
2.00
22.5
1.00
1.00
4.00
2.00
2.00
45
1.50
1.00
5.80
4.00
2.50
60
2.00
1.50
6.00
4.00
2.50
90
2.00
2.00
6.50
5.00
3.00
1.6Mpa 平面转角
B1(法向长边) B2(法向短边) L(轴向长边) L0(轴向短边) d(高度)
3、管道接口设计内径dn
4、平面弯管转角a
5、管道设计内水压力
6、地下水位以上的原状土重度γ1 7、镇墩顶部覆土重度γ2
° ° kpa kN/m3 m
1.12 900.0 m 1008.0 m 40.0度 1.80 MPa 18.00 kN/m³ 16.00 kN/m³
8、主动土压力计算采用的回填土重度γ3 9、地下水位以下土的有效重度γ"
计算公式：
W=γ2×Z1×A
5.6、镇墩及其顶部覆土所受浮托力标准值
80.00 kN
计算公式：
FfwK=γw×A×(Z2-Zw)
《柔性接口给水管道支墩》(10S505国标图集)简介-国标10s505
《柔性接口给水管道支墩》（10S505国标图集）简介赵彤王为陈曦（中国市政工程东北设计研究总院长春130021）（China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute，Changchun 130021）[摘要] 本文简要介绍《柔性接口给水管道支墩》国家建筑标准图集10S505的编写过程、主要内容、适用范围、选用说明、修编过程中重点讨论的问题，同时论述了本图集未列入水平叉管、管道变径等特殊支墩的原因，并提出了相应概念设计。
[关键词]柔性接口管道支墩土壤等效内摩擦角地下水水平叉管管道变径ABSTRACT：This article introduces the 《Buttress for Flexible interface of water supply pipeline》10S505 national standard drawings in the area of preparation process, main content, scope, selection description, key issues discussed on the process of revising, while discusses the reasons that the level fork tube, reducing pipeline and other special buttress are not included in the standard drawings , and put forward the corresponding conceptual design.KEYWORDS：Flexible interface Pipeline buttress Equivalent angle of internal friction of soil Groundwater The level fork tube Reducing pipeline1前言柔性接口给水管道支墩在给水排水管道工程中应用广泛，但其计算过程复杂，工程设计人员往往需要花费大量时间进行支墩的设计。
埋地压力给水管道水平支墩设计计算
埋地压力给水管道水平支墩设计计算支墩是给水管道系统中最重要的部件之一，它们的设计必须满足足够的强度，使给水管道的安全性和可靠性得到保证。
考虑到实际情况，支墩的给水管道一般是埋在地面，且通常遭受地下水压力的影响。
因此，支墩的设计应该考虑到埋地压力，确保设计的支墩能够处理压力，从而保证整个给水管道系统的稳定和可靠性。
在计算埋地压力给水管道水平支墩的设计时，首先要考虑的是地下水压力的作用方式和大小。
受到埋地压力的影响，支墩的设计一般采用三种方法：弹性支撑、地基深度和桩的设计。
考虑到支墩上部的压力分布特点，在设计给水管道水平支墩时，应注意以下几点：（1）确定本次设计所需要考虑的各种因素，并综合考虑支墩的容许应力、变形量、埋深等参数。
（2）计算支撑面积，以确定支墩土层承受压力的位置，以便设计支墩的深度。
（3）计算支墩的安装深度，根据受地压力的特点，采用最佳的尺寸。
（4）确定支墩的类型，根据地下水压力的大小，选择适当的支墩类型。
（5）确定支墩材料，根据压力的大小，选择适当的支墩材料。
（6）计算支墩的抗压强度，采用有限元法计算支墩的受压应力、变形和刚度，以确保支墩的设计能够满足要求。
（7）确定施工方案，根据支墩材料、型号、尺寸以及工程地质条件，形成完整的施工方案，以保证工程的施工质量。
以上就是埋地压力给水管道水平支墩的设计计算的基本步骤，此外还应考虑支墩端部的抗剪加固措施和支墩的导热性能问题。
如果受地下水压力影响较大，则需要采用土支护系统，以增加支墩的抗压强度和可靠性。
因此，给水管道水平支墩的设计是一个系统工程，必须综合考虑各种因素，确保整个给水管道系统的可靠性和安全性。
在设计和施工中，应当特别注意支墩受地下水压力的影响，以确保满足抗压要求，为改善城市给水建设服务。
埋地压力给水管道水平支墩设计计算
埋地压力给水管道水平支墩设计计算雒望余【摘要】埋地压力给水管道支墩标准图集给出了一般支墩的标准图及其尺寸,但实际使用时,发现水平支墩标准图集存在某些不完善之处:当设计参数超出标准图集范围时,从图中查不出支墩尺寸,当实际参数不等于图中参数时,只能从图中得到支墩尺寸的近似值;图集中支墩扩大基础刚性角大于混凝土允许刚性角45°,导致支墩结构不安全.鉴于此,对标准图集中水平支墩的型式及尺寸进行了修正,列出了计算公式,并举例进行了说明.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2014(045)003【总页数】4页(P51-54)【关键词】水平支墩;标准图集;埋地压力;给水管道【作者】雒望余【作者单位】西安市水利规划勘测设计院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TV671 问题的提出文献［1］介绍了埋地压力给水管道水平弯管及叉管支墩的设计计算方法，文献［2］为支墩的标准图集，可供设计人员查用。
本文研究的“支墩”在水工上通常称为镇墩。
笔者研究文献［2］后，发现其存在以下不完善的地方:(1)标准图集所列出的管径、弯管角度、叉管分叉角、管道试验压力、管道埋深、土壤内摩擦角、支墩允许抗滑等参数范围有限，且其值分级为跳跃式、不连续，当参数不在标准图范围时，支墩尺寸就查不到，设计者需自己设计计算;当参数不等于图中参数时，支墩尺寸只能取近似值，误差较大。
(2)一般支墩扩大基础刚性角大于混凝土允许刚性角45°，支墩结构不安全。
由此，本文对文献［2］水平支墩的型式及尺寸进行了修正，并列出其计算公式，同时举例进行了说明。
2 水平支墩的设计计算2.1 各符号意义设r1为水的重度;r2为土的重度，原状土r2=18 kN/m3，回填土r2=16N/m3;r3为混凝土的重度;φ为土壤等效内摩擦角，(°);f为混凝土支墩与地基土的摩擦系数;D为管道内径，mm;α为弯管或叉管角度，(°);H1为管内径顶部埋深，m;H2为管内径下部支墩高度，m;H3为管中心埋深，m;h1为支墩顶埋深，m;H 为支墩高度，m;H'为管中心线以上支墩高度，m;L为支墩宽度，m;θ为支墩竖向扩散角，(°);b为支墩台形体宽度，m;B、B1、L1、L0见图1;h3见图2和图3;P0为管道试验压力，MPa;P为管道截面外推力标准值，kN;R为水平支墩承受的管道内水压力的合力标准值，kN;Ep为支墩背后被动土压力，kN;V、V1、V2、V'2、V3 分别为支墩总体积、各部分体积，m3，见各图;G为支墩重量，kN;Kc为支墩抗滑稳定安全系数;K0为支墩抗倾稳定安全系数。
柔性接口给水管道支墩计算程序(基于《10S505》)beta2
管道接口设计内径dn（mm）210支墩长度L（m）管道设计内水压力Fwdk（MPa）1.1支墩高度H（m）管道截面外推力标准值P（kN）38.08支墩宽度B（m）混凝土重度γc （kN/m 3）支墩底面积（m 2）弯管角度α（均为管道中心与另一管道中线延长线的夹角）90支墩顶在设计地面下深度Z1（m）管中心标高（m）3.643支墩底在设计地面下深度Z2（m）土壤等效内摩擦角φd20地下水位在地面以下深度Zw（m）土对混凝土支墩底部摩擦系数f0.25水平支墩水压合力标准值Fwpk（kN）地下水位标高（m）6垂直支墩承受垂直力标准值N（kN）设计地面标高（m）11垂直支墩承受水平力标准值Fh（kN）地下水位以上原状土重度γs1（kN/m 3）18支墩迎推力侧主动土压力标准值Fapk（kN）支墩、管件顶部覆土重度γs2（kN/m 3）16支墩抗推力侧被动土压力标准值Fpk（kN）主动土压力用回填土重度γs3（kN/m 3）18支墩重量G（kN）地下水位下土的有效重度γs'（kN/m 3）10支墩顶部覆土重量W（kN）地下水重度γw（kN/m 3）10支墩及覆土浮力标准值Ffwk（kN）修正后的地基承载力特征值fa（kPa）120滑动面摩擦力标准值Ffk（kN）地基承载力A*fa（kN）480水平推力合力标准值（kN）竖向合力标准值（kN）216水平抗力合力标准值（kN）验算结果（竖向合力小于承载力时满足）满足水平抗推力稳定系数Ks 验算结果（Ks>1.5时满足要求）竖向合力标准值（kN）216竖向抗力合力标准值（kN）38钢筋强度设计值（N/mm 2）竖向稳定抗力系数Kf5.67所需钢筋总面积As（mm 2）验算结果（Kf>1.1时满足要求）满足所需钢筋根数n （假设钢筋直径为8mm）3、管道接口设计内径不是管道内径，需按右侧表格转换；4、弯管类型只能填入相应数字，否则会报错；5、地下水位高度不限于图集要求，可以是任意标高；6、表中黑色字体为原始输入参数，其它均为计算数值不能修改。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
埋地柔性给水管道支墩受力计算的步骤和方法
作者：徐瑞珺
来源：《科技创新导报》2017年第18期
摘要：该文针对给水管道设计中经常遇到的给水管道需在管道三通、弯头或管道末端处设置支墩，以保证管道运行安全的问题进行了探索研究，对于给水管道不同部位处设置的管道支墩的受力计算以及相关的经验数据、计算公式和注意事项等方面，该文结合日常的实际工作进行了总结。
关键词：给水管道支墩常用数据计算公式验算
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0060-02
在给水管道设计中，常在三通、弯头或末端设置支墩，以保证管道运行安全。
支墩设计是否合理，直接影响管道运行安全和工程造价。
在工作中设计人员常花费大量时间找计算公式和参考数据，故该文将工作中查找的资料和经验数据进行了分类总结，并得出：管道与土壤间的摩擦力大于水压对三通、弯头的作用力，可不设支墩；反之则需设支墩，其计算方法可参考以下步骤和方法。
1 计算中常用数据
（1）安全等级为二级，设计使用年限50年，结构构件重要性系数γ=1.0。
（2）管道工作压力Fwk=0.4 MPa，管道设计内压FWd.k=0.9 MPa。
（3）管道口径：DN100～DN2000。
（4）管道覆土深度：0.7～2.5 m。
（5）根据计算结果选取土壤对支墩底部摩擦系数：①当等效内摩擦角为20°时，摩擦系数f=0.25；②当等效内摩擦角为28°时，摩擦系数f=0.30；③当等效内摩擦角为35°时，摩擦系数f=0.35。
实际计算结果介于两档之间，按土壤等效内摩擦角较小值选用。
（6）材料重度及地基承载力特征值按地勘资料取；若无相关地勘资料，可参见以下资料计算：①地下水位以上原状土重度γs1=18 kN/m3；②支墩、管件基础顶部覆土重度
γs1=16 kN/m3；③主动土压力计算采用回填土重度γs3=18 kN/m3；④地下水位以下土有效重度γs/=10 kN/m3；⑤地下水重度γW=10 kN/m3；⑥混凝土重度γC=23 kN/m3；⑦地基承载力特征值Fak为80 kPa、100 kPa、150 kPa。
（7）抗滑稳定性抗力系数Ks=1.5。
（8）参看《柔性接口给水管道支墩》（10S505）P7表5.8.1铸铁管接口设计内径转换。
2 计算中常用公式及计算步骤
2.1 土壤等效内摩擦角取地勘数据
其计算公式：￠d=arctg（tg￠+c/（γ×h）），式中：￠为各层土的加权平均内膜擦角（°）；C为各层土的加权平均内聚力；γ为各层土的加权平均天然重度（kN/m3）；h为管道支墩底的埋深。
2.2 管道截面外推力标准值
P=0.785dn2FWd.k/1 000，式中：dn为管道接口设计内径（mm），dn=αDD；其中αD为管道接口；D为管内径（mm）；FWd.k为管道设计内水压力；P为管道截面外推力标准值（kN）。
2.3 水平向支墩承受截面外推力P对支墩产生的水压合力标准值FWd.k
（1）弯管处：Fwp.k=2Psin（α/2），其中α为弯管的角度。
（2）三通及管堵处：FWp.k=P。
2.4 垂直向支墩承受水压合力产生的垂直力N及水平力Fh标准值
（1）垂直向上弯的弯管：垂直向下分力：N=Psinα；水平分力：Fh=P（1-cosα）。
（2）垂直向下弯的弯管：垂直向上分力：N=Psinα，水平分力：Fh=P（1-co sα）。
式中：α为垂直向上（下）弯的弯管中心线与水平线的夹角。
2.5 支墩所承受土压力的计算
2.5.1 支墩迎推力侧的主动土压力标准值Fep.k
（1）地下水低于支墩底面时：Fep.k=1/3（γs3×（Z22-Z21）/2）× L。
（2）地下水位高于支墩顶面时：Fep.k=1/3{γ’s×（Z22-Z21）/2+（γs3-γ’s）×Zw×（Z2-Z1）}×L。
2.5.2 支墩抗推力侧的被动土压力标准值Fpk
（1）地下水低于支墩底面时：Fpk=tg2（45+（￠d/2））×（γs1×（Z22-Z21）/2）×L。
（2）地下水位高于支墩顶面时：Fpk=tg2（45+（￠d/2））×{（γs1×（Z22-Z21）/2+（γs1-
γ's）Zw×（Z2-Z1）}×L；式中：Fep.k为支墩迎推力侧的主动土压力标准值（kN）；Fpk为支墩抗推力侧的被动土压力标准值（kN）；Z1为支墩顶在设计地面以下的深度（m）；Z2为支墩底在设计地面以下的深度（m）；Zw为地下水位在设计地面以下的深度（m）；L为支墩长度（m）；￠d为土壤等效内摩擦角（°）。
2.6 支墩底部滑动平面上摩擦力标准值Ffk
（1）支墩的重量G=γc×Vc。
（2）支墩顶部覆土的重量W=γs2×Vs。
（3）支墩及其顶部覆土所受浮托力标准值FFW.K =γW×A（Z2-ZW）。
（4）水平向支墩滑动平面上摩擦力标准值FFK=（G+W-FFW.K）f。
（5）垂直向上弯的弯管支墩滑动平面上摩擦力标准值：FFK=（G+W+N-FFW.K）f。
（6）垂直向下弯的弯管支墩滑动平面上摩擦力标准值：FFK=
（G+W+N-FFW.K）f；式中：N为支墩承受的水压力合力的垂直向上（下）分力（kN）；Vc 为支墩混凝土体积（m3）；VS为支墩顶部覆土的体积（m3）；A为支墩底面积（m3）；FFW.K为支墩及其顶部覆土所受浮托力标准值（kN）；FFK为支墩滑动平面上摩擦力标准值（kN）；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察系数。
2.7 支墩抗推力稳定验算
（1）水平向支墩抗推力稳定验算：Fpk-Fep.k+Ffk≥ Ks×Fwp.k；式中：Ks为抗滑稳定性抗力系数，取Ks=1.5。
（2）垂直向上弯的弯管支墩抗推力稳定验算：Fpk-Fep.k+ Ffk≥Ks×Fh。
（3）垂直向下弯的弯管支墩抗推力稳定验算：Ffk≥Ks×Fh。
2.8 地基承载力验算
（1）水平向支墩地基承载力验算：G+W≤A×fa；式中：fa为修正后的地基承载力特征值（kPa）。
（2）垂直向上弯的弯管支墩地基承载力验算：G+W+N≤A×fa。
（3）垂直向下弯的弯管支墩地基承载力验算：G+W≤A×fa；不考虑地下水引起浮力和水压合力的垂直向上分力偏于安全。
2.9 垂直向下弯的弯管支墩垂直向稳定验算
G+W≥Kf（N+Ffw.k），式中：Kf为垂直向稳定性抗力系数，取1.1。
通过以上公式，结合地勘相关数据，反复试算，确定最佳支墩尺寸。
3 其他注意事项及要求
（1）支墩在地面车辆荷载作用下，仅考虑管道工作压力，安全系数取1.3。
（2）混凝土强度等级建议采用C15以上。
当强度达到设计强度后方可做管道试压试验。
（3）钢筋采用HPB235级钢筋。
（4）水平支墩抗推力侧必须是原状土，并保证支墩和土体紧密接触，否则应以C15以上素混凝土填实；垂直向下弯管支墩必须在管道压力试验前回填土并分层夯实，且回填土应满足覆土深度要求。
（5）垂直向上弯管支墩，弯管被支墩包入部分的中心角不得小于135°。
（6）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，再包玻璃布一层。
（7）有地下水时，施工降水后，应在支墩底部铺设100 mm厚碎石层。
参考文献
[1] 柔性接口给水管道支墩（10S505）[Z].
[2] 给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程（CECS： 142-2002）[Z].。