浅谈大口径市政给水管道支墩的结构优化设计

浅谈大口径市政给水管道支墩的结构优化设计

曾卫华

中国市政工程中南设计研究总院有限公司430010

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。另外若拐点处水平向支墩的后背土体最小厚度不能满足应大于墩底在设计地面以下深度的3倍的要求，也不能采用此方式设置支墩。

第二种方式，单个支墩体量较小（L×H=3.62×3.62），有效利用管道沟槽开挖断面，不占用新的土地，比较切合本工程的实际情况。缺点是钢管用量大，一定程度地影响了施工工期。对于大口径管道工程，由于大都采用预应力钢筒混凝土管，其价格与钢管相差不大，因此，多用的钢管并未使工程造价增加很多。

五、拖拉支墩的构造要求

１．为使拖拉支墩混凝土与钢管能成为整体，应在钢管上焊制翼环，并在翼环上沿环向加制钢肋，翼环的高度以保证支墩全体积产生被动土压力为准。

２．为防止支墩砼开裂，可在支墩边缘配置少量钢筋。

３．支墩底部宜换填碎石垫层，以增大其摩阻力。

４．由于支墩处于开挖的沟槽内，为确保支墩能充分发挥作用，在支墩后背沟槽段应采用工程性能良好的粘性土或砂夹石土分层压实回填。

５．若每侧需采用两个以上拖拉支墩，则其间距应大于墩底在设计地面以下深度的三倍。

六、设计体会

管道支墩设计是工程结构设计中一项较简单的设计工作。从本工程大口径管道支墩结构设计中，本人体会到对于结构设计，不论简单，还是复杂，只要充分掌握了结构的受力特征，结合具体情况，就一定能使自己的设计合理，更切合实际工程。尤其是对于特殊及重点部位的给水管道支墩设计，更需要在参考图集的基础上结合受力分析再根据现场的实际情况予以优化设计。

昆山泾河水厂清水输水干管工程自建成至今，运行情况良好。