1、城市供热管道直埋固定墩设计初探高 亮 房永岩 吴继昌（沈阳市热力工程设计研究院，辽宁 沈阳 110014）摘 要：本文介绍了城市供热管道直埋固定墩的样式及计算方法，分析了直埋固定墩的受力情况，并对特殊环境下固定墩的设计及选择进行了一些探讨。关键词：固定墩；受力；样式。Preliminary Study for The Design of Fixed Buttress of The City Heat-Supply PipelineGao Liang Fang Yongyan Wu Jichang(Shenyang Thermol Design Institute,Shenyang110014,
2、China)Abstract:The article introduces the pattern and the calculation method of the fixed buttress.Analysis is made for the condition of the stress of the pipeline fixed buttress and carried out the discussion to its design method.Key words:fixed buttress;stress;pattren.0 引言管道支墩是管道的支撑结构，根据管道的运行性能和布置
3、来确定管道支墩的位置，管道有地面敷设和地下敷设，管道支墩也分地上和地下两种，设计原理基本相同。通过近几年在我国大面积应用实践，在热力工程中，直埋已成为最普遍采用的敷设方式。供热管道直埋技术具有热损耗低、能耗低、工程造价低、防腐绝缘性好、使用寿命长、占地少、施工快等方面的优点，产生了可观的的社会效益与经济效益，然而直埋敷设方式的推力较大(尤其是大直径管)，固定墩的体积较大，相应的也带来了占地大，一次性浇筑困难(固定墩原则上不允许留施工缝)等问题。本文针对此问题对固定墩的设计及样式的选择进行了初步探讨。1 固定墩受力分析固定墩主要承受管道的水平推力，同时，作用于固定支墩上的水平外力还有主动土压力、
4、被动土压力、支墩与土的摩擦力；垂直外力有管道自重及管道内介质的重量、支墩及支墩上的土重量。固定墩上土压力的大小及分布规律受到固定墩可能的移动方向、周围填土多少、填土面形式、固定墩的截面刚度和地基变形等一系列因素的影响。土压力一般可分为三种：主动土压力 Ea，即固定墩向离开土体方向偏移，达到极限平衡状态，作用在固定墩上的土压力，与管道推力方向相同；被动土压力 Ep，即固定墩向土体方向偏移，达到极限平衡状态，作用在固定墩上的土压力；静止土压力 Eo，当固定墩静止不动，土体处于弹性平衡状态，作用在固定墩上的土压力。土压力计算理论主要有古典的朗肯(Rankin,1857)理论和库伦(Coulonb,1
5、773)理论。实验研究表明，在相同的条件下主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，即 EaEoEP。而且产生被动土压力所需的位移大大超过产生主动土压力所需的位移。但是设计中工艺允许的位移量不能超过 25 mm。 因此不可能达到最终的被动土压力。故设计中必须进行折减，折减系数 K=0.40.7，所以能抵抗管道推力的重要因素大大减少了。固定墩与地基土接触面产生的擦力也是抵抗管道推力的重要因素。因此，当管道水平推力很大，固定墩周围有建筑物使支墩尺寸受限时，可利用回填土与固定墩的摩擦系数不同，采用换填的方法减小固定墩的大小使其不致影响周围的构建筑物。2 固定墩外力计算（1） 土压力计算
6、公式粘性土：p a=htan(45-/2)-2ctan(45-/2)pp=htan(45+/2)+2ctan(45+/2)砂土等无粘性土: p a=htan(45-/2)pp=htan(45+/2)式中:p a-主动土压力,kPa；-土的重度,水土分算时,取浮重度;水土合算时,取天然重度,kN/m 3；h-固定墩埋深,m；-土的内摩擦角,( )；c-土的粘聚力,kPa；pp-被动土压力,kPa。（2）地面荷载产生的侧压力的计算公式pqa=qtan(45-/2)pqp=qtan(45+/2)式中: p qa-地面荷载产生的主动土压力，kPa；q-地面荷载，kPa；pqp-地面荷载产生的被动土压力
7、，kPa。（3）摩擦力计算公式 F f=G式中: F f-摩擦力，kN；-土与固定墩的摩擦系数；对粘土。=0.250.45；对砂土，=0.400.50；对碎石土，=0.6；G-固定墩自重及上面的覆土重，kN。3 固定墩结构验算（1）抗滑移验算公式 K s=（KF p+Ff）/（F a+F）1.3式中: K s-抗滑移系数；K-固定支墩后背土压力折减系数,取 0.40.7；Fp-被动土压力作用力，kN；Fa-主动土压力作用力，kN。（2）抗倾覆验算 K ov=（F pd2+GL/2）/（F ad1+Fd3）1.5式中: K ov-抗倾覆系数；d2-被动土压力作用点至固定墩底面的距离，m；L-固定
8、墩长度，m；d1-主动土压力作用点至固定墩底面的距离，m；d3-管道推力作用点至固定墩底面的距离，m。在管道推力达到最大推力的瞬间，支墩产生微小的位移，此时主动土压力还没有达到最大，所以上述两式的计算结果是偏于安全的。（3）强度验算管道固定支墩的偏心受压、受弯、受剪、受冲切验算按现行混凝土结构设计规范进行验算。此外，还应进行地基承载力的验算。4 固定墩的样式根据建设单位要求和现场实际情况，可以通过改变固定墩的样式来满足设计要求。在工程实践中，我们经常使用的固定墩样式主要有以下几种：矩形固定墩、倒 T 形固定墩、单井室固定墩、双井室固定墩、梯形固定墩、板凳形固定墩等。其中，矩形和倒 T 形固定墩
9、比较常见，单井室和双井室固定墩多用于固定墩与管道井室组合的设计， 板凳形固定墩能利用土的抗剪强度，但是要求施工开挖基槽时用人工挖土，保证两腿之间土不被扰动，灌筑混凝土时两腿内满浇混凝土，不设模板。这样，管道的推力将由被动土压力及土的抗剪强度来平衡，而土的抗剪强度则大大超过固定墩与土的摩擦力值。利用了这一重要因素，不仅节约了占地面积，使混凝土用量大大减小，而且减小了一次浇筑混凝土的困难，提高了施工速度，解决了直埋敷设管道推力所带来的许多问题。5 结语综上所述，直埋管道固定墩设计应结合现场实际环境，综合分析考虑其多种受力方式，灵活应用各种设计方法，以期在安全合理倒 T 形固定墩矩形固定墩 单井室固定墩双井室固定墩 梯形固定墩 板凳形固定墩的前提下降低工程造价，提高经济效益。
