压力水管支墩计算

水锤压力增量……………………………………………………………△H=0.000 m 压力钢管镇墩抗滑稳定及地基应力计算1 设计依据和参考资料⑴ 设计依据：《泵站设计规范》GB/T 50265—97 1997年6月2日发布 1997年9月1日实施 《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332—2002⑵ 参考资料：《水泵和水泵站》 山西机械学院 栾鸿儒 主编 水利电力出版社 高等学校教材 《泵站》 取水输水建筑物丛书 丘传忻编著 中国水利水电出版社2 设计输入数据　伸缩接头内管内径……………………………………………………… D 2=0.400 m 0.400 m 管道断面中心计算水头………………………………………………… H p =　水的容重………………………………………………………………… γ=9.81kN/m³0.400 m 0.400 m 100.000 m 30.00 °2.000 m 2.000 m 60.00 °　管道和水的摩擦系数…………………………………………………… f H =　伸缩节填料宽度………………………………………………………… b K =0.130.10 m 管轴线立面转角…………………………………………………………α1=　管道内径………………………………………………………………… D 0=　闸阀内径………………………………………………………………… D F =　管轴线平面夹角…………………………………………………………α2=　水管直径变化时的最大内径…………………………………………… D 01=　水管直径变化时的最小内径…………………………………………… D 02=　伸缩接头外管内径……………………………………………………… D 1=　填料与管壁摩擦系数…………………………………………………… f k =　管壁与支墩接触面的摩擦系数………………………………………… f 0=0.150.60　综合影响系数…………………………………………………………… C Z =1.00　地震加速度分布系数…………………………………………………… a i =　重力加速度…………………………………………………………………g=9.81 m/s 0.100.25　水平向地震系数………………………………………………………… K H =计算公式：单位管长钢管自重　计算管长（上段）……………………………………………………… L 1=　计算管长（下段）……………………………………………………… L 2= 1.3 m 1.3 m 管壁厚度………………………………………………………………… δ=12.0 mm366.56 KN 0.231 m³/s 管道中水的平均流速………………………………………………………V=0.074 m/s 集中在i点的重量…………………………………………………………W i =　管道中流量…………………………………………………………………Q= 其中镇墩上下游垂直管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力Q c ；⑵钢管水重分力Q s ；3.1 单位管长钢管自重q c 和单位管长管内水得q s 计算单位管长钢管自重q c 和单位管长管内水重q s 计算表单位管长管内水重其中镇墩上下游管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力A 1；⑵弯管上的内水压力A 2；⑶作用在闸阀上的水压力A 3；⑷管道直径变化段的水压力A 4（本工程无该项作用力）；⑸在伸缩接头边缝处的内水压力A 5；3 荷载计算根据规范C.0.1条，作用于镇墩上的荷载包括：⑴镇墩自重G ；⑵镇墩上下游管轴方向作用力；⑶镇墩上下游垂直管轴方向作用力。

（四）镇支墩设计根据《水电站压力管道设计规范》计算作用在镇墩上的轴向力，取Ａ１Ａ３Ａ４Ａ７Ａ８Ａ９同时存在，关机计入Ａ２，求取上述各力的水平，垂直合力∑X ∑Y 取镇墩体容重rh=2.3t/m3,. f=0.45并满足镇墩的结构要求。

按式Ｋc＝f（∑Y+Ｇ）/∑X计算抗滑安全系数。

要求Ｋc大于１.５按式：Ｗ＝Ｋc∑X/ f－∑Y按式：Ｖ＝Ｗ/rh 计算体积即得每一个镇墩体积。

（满足设计要求），以上计算，考虑水击压力取最大水头的１。

２５*Ｈ设。

下面以５＃墩为例进行设计。

L=78.1-1.5=76.6m r g h=7.8*9.81=76.518KN/m3h=0.008m D内=0.3m D＇=0.308mH设=739.15-536.77=202.38m１作用在镇墩上轴向力的计算一：由上游管段（由伸缩接头至镇墩中心）传来的力a: 水管自重的轴向分力A1= g管L’sinag管=π* D＇* h* r g h＝３.１４１６*０.３０８*０.００８*７６.５１８＝０.５９２ＫＮ/ mA1=g管L’sin36。

=0.592*76.6*sin36。

=26.66851 kN↘a.b:水管转弯处的内水压力A3=3.1416*D2r*H设/43.1416*0.3*0.3*9.81*202.38/4=140.3363 kN↘c：温升时伸缩节边缘间的摩擦力A7=3.1416*Db填fH设r=3.1416*0.33*0.03*202.38*9.81*0.3=18.524 Kn ↘d:温升时管壁沿支墩的摩擦力A8=f(N管+N水)设水管与支墩的摩擦力系数f=0.6N管=0.592*76.6*cos36。

=36.69 KN ↙N水=3.1416*0.32*9.81*76.6*COS36。

=42.97 KN ↙A8=0.6* (N管+N水)=0.6*(36.69+42.97)=35.85 Kn ↘e:水管转弯时引起的离心力之轴向力A9= 3.1416*D2*V2*9.81/(4*9.81)=3.1416*0.32*0.712*9.81/(4*9.81)=0.036 KN ↘∑A=(A1+A3+A7+A8+A9)=221.414 KN ↘X=∑A*COS36。

给水管道之支墩（一）压力管道内的水体有一定的水压，其过水断面面向的对象要承担相应的压力（F=PA），比如末端管堵、转弯的弯头、分流的三通部位等。

如果没有坚强的后盾做支撑，那么阀门管件很容易受到冲击，造成松动、脱节、漏水等不利现象。

《柔性给水管道支墩》（10S505）中支墩就是一种很好的承压构件，就像高层屋面雨水经外立面落水管散排至地面，管道排水口位置设置水簸箕，防止直接冲刷地面（水滴石穿），支墩就有点类似于水簸箕。

1.工作压力/内水压力工作压力就是设计所需的压力，而内水压力这个概念也没找到确切定义，结合着施工验收规范来看，有点类似于试验压力，内水压力大于工作压力。

2.内摩擦角百度百科：抗剪强度线在σ-τ坐标平面内的倾角，用φ表示。

内摩擦角反映土或岩石内部各颗粒之间内摩擦力的大小，内摩擦角愈大，强度愈高。

无黏性土的内摩擦角通常在26-48°之间。

土的内摩擦角反映土的摩擦特性，包括土颗粒之间产生相互滑动时需要克服由于颗粒表面粗糙不平而引起的滑动摩擦，以及由于颗粒物的嵌入、连锁和脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。

地勘报告中，可根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）规范附录E分别对各部土层的直剪试验抗剪强度指标值进行统计计算，进而得出土层的平均内摩擦角，比如计算粉土约为20°。

《工程地质手册》（第五版）中给出了各种土类的内摩擦角参考值，见下表：《柔性给水管道支墩》（10S505）中支墩适用的土壤等效内摩擦角φ介于20-35°。

当等效内摩擦角为20°时，土与混凝土支墩底部的摩擦系数取0.25；当等效内摩擦角为28°时，摩擦系数取取0.30；当等效内摩擦角为35°时，摩擦系数取0.35。

内摩擦角按20°考虑算是最保守的数据了，抗剪切给我的感觉就是水平方向的抗力，仿佛就是在说摩擦力。

4.支墩受力1）支墩种类：水平弯头支墩、水平三通支墩、竖直向上弯头支墩、竖直向下弯头支墩，见下图：2）弯头角度：说实话，之前压根不知道弯头角度有几种，看了下这本图集才知道，原来有90°、45°、22.5°、11.25°四种角度的弯头，且是一半一半的。

支墩间距L=7 1.5
2.36 6.95
39.210.50.5
垂直作用于管轴线方向的钢管自重与管内水重的法向分力：
12.8002637.69568
25.24797
-177.619V=温度下降：-92.1631V=温度上升温度下降
X 51.4847412.35875Y
23.1651155.08685
0.224971 2.228657
支墩重Q 135 1.311068
V 5.625计算Kc 1.5360393.539725
宽2 1.5
长L 2 1.554.64
高h 1.40625 2.5
设计 1.5 2.5
判断10一）基本数据：
抗滑安全系数Kc=单位长管自重g 管=单位长管中水自重g 水=n 管=g 管*L*cos αn 水=g 水*L*cos α温度变化时,管壁沿支墩面的摩擦力:支墩自重Q (待求)
管道倾角α=管道沿支墩面摩擦系数f =支墩沿基础面摩擦系数f =
二）作用在支墩上的力：
Q =Kc （+a 3cos α-（n 水+n 管）sin α）/f-a 3sin α-（n 管+n 水）cos α说明：本例题采用封闭式镇墩，支承滑动式支墩。

a3=f*(n 管+n 水)三)支墩体积计算:
温度上升时：Q =Kc （-a 3cos α-（n 水+n 管）sin α）/f+a 3sin α-（n 管+n 水）cos α
-74.008 -38.4013。

污水管道支墩计算书设计原则及设计公式：1、管道截面计算外推力：考虑接口允许承受内水压后的管道截面计算外推力P：P＝0.00785D2（P0－k×P s）（公斤）＝0.00785×516.42（9.18×0.9×9.8）（K<1，K取0.9）＝753.6（公斤）2、截面计算外推力P对支墩产生的压力R：水平弯管：R＝2×P×sinα/2（公斤）＝2×753.6×sin45°＝1065.6（公斤）3、支墩计算原则及公式：水平弯管支墩截面外推力的合力R应小于后背被动土压力与支墩底面摩擦阻力之和：KR≤支墩总阻力T：T＝T1+T2（公斤）式中：K－安全系数，K≥1.1T1－被动土压力（公斤）T2－底面摩擦力（公斤）计算T1T1＝0.5tg2（45°+0.5φ）γ（h22－h12）＝0.5 tg2（45°+0.50×35°）1.8（6.6282－5.8622）＝15.9（公斤）计算T2T2＝G×f＝0.5（1+0.8）×1.22×2.4×103×0.4（f取0.4）＝1244.2（公斤）则：KR＝1.1×1065.6＝1172.2（公斤）（k取1.1）T＝T1+T2（公斤）＝1244.2+15.9＝1260（公斤）即：KR< T满足设计要求。

地质条件差需要另行基础处理，本图只是按造已经进行过基础处理的条件下设计的，如还有问题建议咨询岩土工程方面的设计人员该如何做基础处理，对于不同管径、不同管材大家可根据我的计算书，查相关参数另行设计。

谢谢大家的支持！！！！。

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。

关于室外直埋管固定墩选择的计算室外直埋保温管热胀冷缩补偿工艺中，《施-S-04-02市政管线设计说明5.3附件》要求：敷设在市政管沟内的热水管每隔75米设复式拉杆式轴向型不锈钢波纹补偿器；组团内热水管道在地下室外边沿设不锈钢球形伸缩器；其工作压力应与所在管道工作压力一致。

其它部位热水管道采用“门”形补偿器和管道敷设的自然弯曲吸收管道的自然变形。

直埋管道的“门”形补偿器设置时需同时配合设置固定支架、固定墩，可据各直埋管的规格，计算各单管推力后，依据《05R410 热水管道直埋敷设》确定固定墩尺寸。

下面以“不锈钢无缝管57*3”为例，进行单管推力计算。

根据《CJJ ／T81-98城镇直埋供热管道工程技术规程》附录E 确定，单管推力以max H=F l N +计算。

其中：max F ——轴线方向每米管道的摩擦力（N/m ）；N ——管道工作循环最高温度下，锚固段内的轴向力（N/m ）；一、 抗外压稳定临界压力Pcr （Mpa ） 依据《水电站压力钢管设计规范 DL t5141-2001》，1.70.25612t P cr s r δ=（）其中：Pcr ——抗外压稳定临界压力，Mpa ； t ——钢管壁计算厚度，mm ；r ——钢管内半径，mm ；s δ——钢材屈服点，Mpa ；查《水电站压力钢管设计规范 DL t5141-2001》中表6.1.4-1可知，s δ=235 Mpa 。

故：323563.0225.51.70.25612MPa P cr ⨯==⨯（）（） 二、 径向均布外压力标准值ok P （Mpa ）依据《水电站压力钢管设计规范 DL t5141-2001》，K P P c cr ok= 其中：K c ——抗外压安全稳定系数，1.8；则：P ok =35.01（Mpa ）三、 钢管管壁环向应力t σ（Mpa ）依据《水电站压力钢管设计规范 DL t5141-2001》，ok P r tt σ∙=- 其中：Pcr ——抗外压稳定临界压力，Mpa ； t ——钢管壁计算厚度，mm ；r ——钢管内半径，mm ；P ok ——径向均布外压力标准值。

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。

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。

钢管的直径和管壁厚度原始数据区：引用流量管内流速设计水头机组额定出力符号Q V 0H N取值0.292 2.5120500范围4<=V0<=5一、按经验的经济流速值选择管径（原则上低水压力段用小流速值，高水压力段用大流速值） 单位：毫D 0=385.5二、几个估算经济管径的经验公式和实例1、“彭德叙”经验式：D 0=377(H>100m)D 0=387(H<101m)2、“法尔布施”经验式：D 0=4843、国内经验式：D 0=367三、按技术经济比较选择管径小水电站钢管管径方案选择列表计算3774843673005566063771m 151515151515152m 3/s 0.2920.2920.2920.2920.2920.2920.2923m/s 2.62 1.59 2.76 4.13 1.2 1.01 2.620.2620.07690.2984450.801370.038980.02560.261614m 0.290.080.330.980.040.020.295kw 0.7140.19710.8129512.414220.098540.04930.714416kw.h 2500689.782845.3288449.76344.888172.442500.447元425.1117.26483.70571436.4658.63129.315425.0758mm 66666669t 0.84 1.070.810.67 1.23 1.340.8410410041004100410041004100410011元344443873321274750435494344412元1000010000100001000010000100001000013元14元总年计算费用单管单主管直一管多机方案主管直径（mm）一管两机方案主管直径（mm）计算项目管道钢材总重管道的年运行费水头损失(小水电站）年电量损失电能损失费用及替代电能年计算费用管道平均厚度钢管投资出力损失水头损失制安费设计流速序号单位管道总长设计流量圬工结构投资速值） 单位：毫米单管单机方案主管直径（mm）48436715150.2920.2921.592.760.076910.2980.080.330.197080.813689.7762845117.262483.7661.070.8141004100438733211000010000。