热力管道墙式固定墩设计探讨

张 生 兰

(太原市热力公司，山西 太原　030012)



热力管道墙式固定墩设计探讨

张 生 兰

(太原市热力公司，山西 太原030012)

介绍了热力管道系统内墙式固定墩的作用，从墙体厚度、整体尺寸、配筋计算三方面，比较分析了T型与板型两种墙式固定墩结构的经济性，结果表明：板型墙式固定墩比T型墙式固定墩更加经济合理。

热力管网，T型墙式固定墩，板型墙式固定墩，钢筋，配筋率

在热力管网工程结构设计中，计算墙式固定墩较为常见，工作量较大。在我国常见的固定墩有利用与土壤之间的摩擦力作为安全储备的，也有利用被动土压力当作安全储备，抵抗推力的。在墙式固定墩中常用的一般为T型墙式固定墩，即使用巨量混凝土来抵抗管道的推力。板型墙式固定墩可以减少固定墩占地大、耗工时、投资大等问题，能够大量节约混凝土使用量及土方量。

1　概述

热力工程中管线主要受力由工艺专业提供，有轴向力和侧向力。轴向力主要有热膨胀力、内力和热应力。侧向力由分支管产生。本文主要讨论轴向力作用下的墙式固定墩。墙式固定墩在外力(热管的轴向力)作用下，会产生位移，推动土体，使固定墩承受被动土压力，摩擦力来抵抗以上供热管道传来的轴向力，固定墩的位移量是有最大限制的，当位移量达到土的最大压缩极限时，如果继续移动，土体会开裂，为了安全我们取0.01H(H为固定墩高度)，但最大位移量不超过20 mm,同时也要考虑管道构件的允许量。

2　T型墙式固定墩与板型墙式固定墩计算比选

1)首先要确定两种形式固定墩墙体厚度。

设计依据：根据板受冲切承载力公式计算：

FL≤(0.7βhft+0.15бpc，m)ηumh0

(1)

因为墙体厚度不在比选范围，如果受力相同，墙体厚度一定相同，本文不再详细解读公式。根据本例受力F=100 t，要满足抗冲切需要，通过计算固定墙厚度最少1 400 mm，本例取1 500 mm。

2)确定T型墙式固定墩与板型墙式固定墩整体尺寸。墙式固定墩通常采用倒T型和板型，要使其安全运行且土建造价经济合理，就需要对固定墩抗滑移、抗倾覆验算。T型固定墩主要承受被动土压力和摩擦力，板型墙式固定墩主要承受被动土压力。验算时，抗力只计入永久作用;抗力和滑动力、倾覆力矩、浮托力均应采用作用的标准值。

a.抗滑移计算公式(本例不考虑有地下水)：

(2)

其中，Ks为抗滑移安全系数，本例按1.3；K为固定墩后背被动土压力折减系数，取0.4～0.7(本比选按0.6考虑)；Ep为被动土压力，N；kp为被动土压力系数，kp=tan2(45°+φ/2)= tan2(45°+30°/2)=3；f为固定墩底板及侧面与土壤产生的摩擦力，N；Ea为作用在墙体的主动土压力，N，当固定墩前后为粘性土时，Ea可略去；T为供热管道作用在固定墩上的轴向力，N。

条件：管中心受力单管100 t,管中心距地面2.0 m，按粉土考虑摩擦系数(0.35)。

通过计算固定墩尺寸见表1。

表1　T型固定墩与板型固定墩计算量比选表

因为是大体积混凝土，钢筋按最小配筋率计算ρ≥ρmin，ρ=AS/bh0。

ρmin=0.2和45ft/fy中取大值。45ft/fy=45×1.43/360=0.178,最小配筋率取0.2。

T型固定墩：

墙：AS=ρmin×bh0=0.2%×1 000×1 470=2 940 mm2。

底板：AS=ρmin×bh0=0.2%×1 000×970=1 940 mm2。

墙筋选用φ25@150，AS=3 272 mm2。

分布钢筋按受力钢筋的50%：

AS=2 940×0.5=1 470 mm2，φ18@150，AS=1 696 mm2。

低板筋选用φ20@150，AS=2 094 mm2。

分布钢筋按受力钢筋的50%:

AS=1 940×0.5=970 mm2，φ14@150,AS=1 026 mm2。

合计钢筋用量G=4 032 kg。

板型固定墩:

Ep=1/2rh2Kp=0.5×18×42×3=432 kN/m。

F抗=8.75×432=3 780 kN。

F摩=V混凝土×r×μ=52.5×25×0.35=459 kN。

K=(F抗×0.6+F摩)/F=(3 780×0.6+459)/2 000=1.36≥1.3。

板型固定墩：

墙：AS=ρmin×bh0=0.2%×1 000×1 470=2 940 mm2。

墙筋选用φ25@150,AS=3 272 mm2。

水平钢筋同受力钢筋:AS=2 940 mm2,φ25@150。

合计钢筋用量G=3 985 kg。

b.抗倾覆计算公式(本例按1.5)：

(3)

Ep=1/2ρgbh(H+h1)tg2(45°+φ/2)

(4)

其中,Kov为抗倾覆安全系数；X1为被动土压力Ep作用点至固定墩底面距离，m；X2为主动土压力Ea作用点至固定墩底面距离,m；G为固定墩自重，N；G1为固定墩底板上部覆土自重，N；σmax为固定墩底面对土壤的最大压应力，Pa；f为地基承载力设计值，Pa；b，d，h分别为固定墩宽、厚、高几何尺寸，m；h1为固定墩顶面距路面的距离，m；h2为管孔中心距路面的距离，m；H为底板底面距路面的距离，m；φ为回填土内摩擦角，砂土取30°。

经过计算只要满足抗滑移验算，抗倾覆就满足要求，因为管位位于地下2 m。这里就不做详细计算阐述。

T型墩、板型墩平面图及剖面图见图1，图2。

3)配筋计算。根据工艺专业提供的管道受力条件，通过计算求得弯矩值后，进行相应的配筋计算。钢筋面积采用公式法计算，利用现行钢筋混凝土设计规范GB 50010—2010 中公式：M=a1fcbx(ho-x/2)(本公式为简化公式，不考虑受压区钢筋承受的压应力)。

Ac=fcbx/fy。

根据上面公式求出x后即可得到钢筋面积As。确定钢筋直径和根数。根据多年的计算经验，大体积混凝土刚度大，满足最小配筋率，基本符合计算要求，受力较小的要经过计算确定钢筋面积。计算结束后进行后续绘图工作。固定墩混凝土强度及配筋计算应符合现行国家标准GB 50010—2010混凝土结构设计规范的规定。浇筑混凝土固定墩时，混凝土强度等级不应低于C30，钢筋直径不应小于12，其间距不应大于200 mm。钢筋应采用双层布置，保护层不应小于30 mm。供热管道穿过固定墩处，穿墙洞口周边应设置圆形加强筋来补强切断受力筋。

3　结论及建议

经过计算板型墩比T型墩经济，混凝土用量可减少28%，土方开挖量可减少64%，钢筋用量可减少1%，管位宽度增加45.7%，如果局部占道可以满足12 m，应优先使用板型固定墩，否则用T型固定墩。由于固定墩发生位移的情况下可以减少管道所产生的伸缩力，还能增加固定墩所承受的被动土压力，供热管道位移有具体要求，应严格控制，DN1 000管径不能超过20 mm,因此要采取措施提高回填土的密实度，用级配良好的粗砂(内摩擦角φ>30°)分层回填，压实系数不小于0.97，务求振实，确保质量，密实度大，可以大大提高固定墩承受的被动土压力来减少固定墩的混凝土用量，减少土建工程造价。

4　结语

在今后的设计工作中，随着工作加深进行，专业技术水平逐步提高，以前的固定墩具有体积大，消耗材料多，道路管网密集，施工难度大，成本高等缺点，因此必须进行改良。随着设计实践经验的积累和理论学习深入，让我们的设计成果更具先进性、科学性、经济性、合理性、实用性。

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[5]王飞，张建伟,王国伟，等.直埋供热管道工程设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

On wall-type anchor block design for heat distribution pipelines

Zhang Shenglan

(TaiyuanThermalPowerCompany,Taiyuan030012,China)

The paper introduces the role of the wall-type anchor block in the heat distribution system, compares and analyzes the money-saving features of the T-shaped and block-type anchor blocks from the wall depth, whole sizes, and reinforcement calculation, and proves by the result that the block-wall anchor block is more economical and reasonable than the T-shaped wall anchor block.

thermal pipe network, T-shaped wall-type anchor block, plate wall-type anchor block, reinforcement, reinforcement ratio

1009-6825(2016)08-0150-02

2016-01-05

张生兰(1966- )，女，工程师

TU832

A