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

杜年夫

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司    浙江省杭州市    311122

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

Abstract:Inthemunicipalwatersupplypipelineengineering，ductileironpipesarewidelyused，

andthesocketrubberringsealingflexiblejointisaconventionalform．Buttressaremostimportanttosta-bilizepipeline．Butinactualprojects，standardatlasforbuttressescannotbedirectlyappliedinsomecases．Theoptimizeddesignofthewatersupplypipelinebuttressshouldbeconductedaccordingtotheactualsituation．Theoptimizeddesignmethodofthebuttressisintroducedthroughtwoengineeringcases．

Keywords:watersupplypipeline;flexiblejoint;buttress

近年来，球墨铸铁管作为主要的市政给水管材其综合性能良好。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墩》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连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。②在现状道路上敷设给水管，管位相对紧张，现状管线较多，支墩没有图集需要的施工空间。

2工程实例

管道内水压力导致的对支墩的推力F:

对于水平弯管，F=2Psin(θ/2)×A(1)对于三通和管堵，F=P×A(2)

对于水平叉管，F=Psinθ×A(3)式中P———内水压力

θ———弯管、叉管角度

A———管道过水截面积

根据朗肯土压力理论计算粘性土被动土压力。

2.1改造管道与现状管道兜口支墩设计

某地市区连接段管道建成，系向市区供水的主要通道。管道主要采用两根DN1400的球墨铸铁管，总长约5km。该地市区生态园区开始建设，供水一期市区连接段管道位于园区一期建设范围，由于管道建设先于园区规划，致使管道斜穿园区部分地块，为不影响市区供水安全，改造工程对生态园区段从镇西路至迎宾路长约3．3km横穿地块的管道进行迁移改造，确定采用两根DN1400球墨铸铁管替换，管道沿现状道路(镇西路、鲁迅东路、迎宾路)15m或30m的绿化带敷设。新建管道在起止点与旧管有两处兜接。管道连接以后必须立即通水运行，而连接处的支墩无法按常规方法制作，即在支墩强度达到设计要求时进行试压。改造管道与现状运行管道的连接是整个工程的设计施工难点。施工方案见图1。

图1锚固支墩设置示意

Fig．1Locationofbuttressanchorage

在管道转角的反向受力点处先于管道施工设置锚固支墩，锚固支墩通过DN300的钢管拉杆与管道连接，解决了管道兜口后常规支墩浇筑尚未达到设计强度时管道转角的受力问题，管道常规支墩施工完毕并达到设计强度后，再截断锚固支墩与管道的连接。工程完成兜口并安全运行至今。

2.2管道位于现状道路管位空间狭窄支墩设计

某地市区应急备用水厂及配套管网一期工程(越东路临海路DN1000管线)管线全长约2．2km。此工程是该地应急备用水厂向县工业用户供水的主管，采用球墨铸铁管。如果套用图集(P0=1．1MPa)直径为1000mm的管道覆土厚为1．0m，支墩

的宽度为1．9m，而与现状管道净距1．5m处有一根雨水总管，因此按图集设计显然不符合现场实际，支墩的后背也没有原状土。因此，在支墩后背增设永久性木桩来增加支墩后背，同时也减少了支墩的宽度，设计为0．9m(见图2)。

图2狭窄空间支墩设计

Fig．2Designofbuttressinnarrowspace

目前该工程已完成试压冲洗和兜口投入正常运行。

3结论

对于特殊及重点部位的给水管道支墩设计，需要在参考图集的基础上根据现场的实际予以优化设计，以上两个工程实例不但使工程能符合试压的要求，同时也使支墩施工符合工程进度和操作要求，其经验可供参考。

参考文献:

［1］白建国，陈丽芳，王昭．给水管道支墩的设计［J］．河北工程技术高等专科学校学报，2001，(4):36－37．