直埋柔性接口给水管道水平向支墩结构设计

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。

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。

《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。

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。

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。

浅谈大口径市政给水管道支墩的结构优化设计摘要：根据工作实践经验，指出了国家建筑标准设计图集《柔性接口给水管道支墩》(10S505)中有关支墩设置的局限性，并针对这一局限性提出了较好的解决办法。

关键词：给水管道；柔性接口；支墩在市政柔性接口给水管道工程设计中，支墩结构设计是不可缺少的设计内容之一。

国家建筑标准设计图集《柔性接口给水管道支墩》(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，而且还要结合现场实际情况确定支墩设计方案，使其具有实施和操作的可能性。

通过对管线上的弯头、三通、堵头以及叉管等节点在内水压通过时的受力分析可知，不论管径大小，其受力模型是一致的，只是受力大小不等。

其所受到的管道截面外推力的大小与管径的平方成正比关系。

对于管径小于DN1200的小口径管道，一般采用国家建筑标准设计图集《柔性接口给水管道支墩》(10S505)中的方式设置，而对于管径大于DN1600的大口径管道，若仍然采用这种方式设置支墩，则有可能在具体工程中，受某些条件的限制，而不能实施。

一、工程实例江苏省昆山市泾河水厂清水输水干管工程是昆山市区域供水规划的关键工程之一，工程全长约4公里，管径DN1800，采用预应力钢筒混凝土管，局部转弯、跨河采用钢管过渡。

管线由西向东敷设，绝大部分在老城区穿越，沿途经过五条河流，其中四个采用上跨式，一个采用倒虹吸，水平弯头共9处。

管道工作压力为0.4MPa，试验压力为0.6MPa。

管顶覆土1.40米，管线大部分处于淤泥质粉质粘土层中，综合分析，土体内摩擦角θ取15°。

现以α＝60°水平弯头为例，说明大口径管道支墩的结构设计。

二、受力分析1. 简图四、两种方式的对比将上述两计算结果进行对比，可知：第一种方式，支墩体量庞大（L×H=6.5×3.7），新增占地面积也大，对于在老城区穿越，管位较紧张的管线，支墩设置会受到限制；对于在淤泥中敷设的管线，由于土壤条件较差，支墩体量还将更大，给施工带来不便。