張 生 蘭

(太原市熱力公司，山西 太原　030012)

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熱力管道墻式固定墩設(shè)計(jì)探討

張 生 蘭

(太原市熱力公司，山西 太原030012)

介紹了熱力管道系統(tǒng)內(nèi)墻式固定墩的作用，從墻體厚度、整體尺寸、配筋計(jì)算三方面，比較分析了T型與板型兩種墻式固定墩結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明：板型墻式固定墩比T型墻式固定墩更加經(jīng)濟(jì)合理。

熱力管網(wǎng)，T型墻式固定墩，板型墻式固定墩，鋼筋，配筋率

在熱力管網(wǎng)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算墻式固定墩較為常見(jiàn)，工作量較大。在我國(guó)常見(jiàn)的固定墩有利用與土壤之間的摩擦力作為安全儲(chǔ)備的，也有利用被動(dòng)土壓力當(dāng)作安全儲(chǔ)備，抵抗推力的。在墻式固定墩中常用的一般為T(mén)型墻式固定墩，即使用巨量混凝土來(lái)抵抗管道的推力。板型墻式固定墩可以減少固定墩占地大、耗工時(shí)、投資大等問(wèn)題，能夠大量節(jié)約混凝土使用量及土方量。

1　概述

熱力工程中管線主要受力由工藝專(zhuān)業(yè)提供，有軸向力和側(cè)向力。軸向力主要有熱膨脹力、內(nèi)力和熱應(yīng)力。側(cè)向力由分支管產(chǎn)生。本文主要討論軸向力作用下的墻式固定墩。墻式固定墩在外力(熱管的軸向力)作用下，會(huì)產(chǎn)生位移，推動(dòng)土體，使固定墩承受被動(dòng)土壓力，摩擦力來(lái)抵抗以上供熱管道傳來(lái)的軸向力，固定墩的位移量是有最大限制的，當(dāng)位移量達(dá)到土的最大壓縮極限時(shí)，如果繼續(xù)移動(dòng)，土體會(huì)開(kāi)裂，為了安全我們?nèi)?.01H(H為固定墩高度)，但最大位移量不超過(guò)20 mm,同時(shí)也要考慮管道構(gòu)件的允許量。

2　T型墻式固定墩與板型墻式固定墩計(jì)算比選

1)首先要確定兩種形式固定墩墻體厚度。

設(shè)計(jì)依據(jù)：根據(jù)板受沖切承載力公式計(jì)算：

FL≤(0.7βhft+0.15бpc，m)ηumh0

(1)

因?yàn)閴w厚度不在比選范圍，如果受力相同，墻體厚度一定相同，本文不再詳細(xì)解讀公式。根據(jù)本例受力F=100 t，要滿足抗沖切需要，通過(guò)計(jì)算固定墻厚度最少1 400 mm，本例取1 500 mm。

2)確定T型墻式固定墩與板型墻式固定墩整體尺寸。墻式固定墩通常采用倒T型和板型，要使其安全運(yùn)行且土建造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，就需要對(duì)固定墩抗滑移、抗傾覆驗(yàn)算。T型固定墩主要承受被動(dòng)土壓力和摩擦力，板型墻式固定墩主要承受被動(dòng)土壓力。驗(yàn)算時(shí)，抗力只計(jì)入永久作用;抗力和滑動(dòng)力、傾覆力矩、浮托力均應(yīng)采用作用的標(biāo)準(zhǔn)值。

a.抗滑移計(jì)算公式(本例不考慮有地下水)：

(2)

其中，Ks為抗滑移安全系數(shù)，本例按1.3；K為固定墩后背被動(dòng)土壓力折減系數(shù)，取0.4～0.7(本比選按0.6考慮)；Ep為被動(dòng)土壓力，N；kp為被動(dòng)土壓力系數(shù)，kp=tan2(45°+φ/2)= tan2(45°+30°/2)=3；f為固定墩底板及側(cè)面與土壤產(chǎn)生的摩擦力，N；Ea為作用在墻體的主動(dòng)土壓力，N，當(dāng)固定墩前后為粘性土?xí)r，Ea可略去；T為供熱管道作用在固定墩上的軸向力，N。

條件：管中心受力單管100 t,管中心距地面2.0 m，按粉土考慮摩擦系數(shù)(0.35)。

通過(guò)計(jì)算固定墩尺寸見(jiàn)表1。

表1　T型固定墩與板型固定墩計(jì)算量比選表

因?yàn)槭谴篌w積混凝土，鋼筋按最小配筋率計(jì)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：

墻：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。

墻筋選用φ25@150，AS=3 272 mm2。

分布鋼筋按受力鋼筋的50%：

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

低板筋選用φ20@150，AS=2 094 mm2。

分布鋼筋按受力鋼筋的50%:

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

合計(jì)鋼筋用量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：

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

墻筋選用φ25@150,AS=3 272 mm2。

水平鋼筋同受力鋼筋:AS=2 940 mm2,φ25@150。

合計(jì)鋼筋用量G=3 985 kg。

b.抗傾覆計(jì)算公式(本例按1.5)：

(3)

Ep=1/2ρgbh(H+h1)tg2(45°+φ/2)

(4)

其中,Kov為抗傾覆安全系數(shù)；X1為被動(dòng)土壓力Ep作用點(diǎn)至固定墩底面距離，m；X2為主動(dòng)土壓力Ea作用點(diǎn)至固定墩底面距離,m；G為固定墩自重，N；G1為固定墩底板上部覆土自重，N；σmax為固定墩底面對(duì)土壤的最大壓應(yīng)力，Pa；f為地基承載力設(shè)計(jì)值，Pa；b，d，h分別為固定墩寬、厚、高幾何尺寸，m；h1為固定墩頂面距路面的距離，m；h2為管孔中心距路面的距離，m；H為底板底面距路面的距離，m；φ為回填土內(nèi)摩擦角，砂土取30°。

經(jīng)過(guò)計(jì)算只要滿足抗滑移驗(yàn)算，抗傾覆就滿足要求，因?yàn)楣芪晃挥诘叵? m。這里就不做詳細(xì)計(jì)算闡述。

T型墩、板型墩平面圖及剖面圖見(jiàn)圖1，圖2。

3)配筋計(jì)算。根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的管道受力條件，通過(guò)計(jì)算求得彎矩值后，進(jìn)行相應(yīng)的配筋計(jì)算。鋼筋面積采用公式法計(jì)算，利用現(xiàn)行鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010—2010 中公式：M=a1fcbx(ho-x/2)(本公式為簡(jiǎn)化公式，不考慮受壓區(qū)鋼筋承受的壓應(yīng)力)。

Ac=fcbx/fy。

根據(jù)上面公式求出x后即可得到鋼筋面積As。確定鋼筋直徑和根數(shù)。根據(jù)多年的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，大體積混凝土剛度大，滿足最小配筋率，基本符合計(jì)算要求，受力較小的要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定鋼筋面積。計(jì)算結(jié)束后進(jìn)行后續(xù)繪圖工作。固定墩混凝土強(qiáng)度及配筋計(jì)算應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。澆筑混凝土固定墩時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，鋼筋直徑不應(yīng)小于12，其間距不應(yīng)大于200 mm。鋼筋應(yīng)采用雙層布置，保護(hù)層不應(yīng)小于30 mm。供熱管道穿過(guò)固定墩處，穿墻洞口周邊應(yīng)設(shè)置圓形加強(qiáng)筋來(lái)補(bǔ)強(qiáng)切斷受力筋。

3　結(jié)論及建議

經(jīng)過(guò)計(jì)算板型墩比T型墩經(jīng)濟(jì)，混凝土用量可減少28%，土方開(kāi)挖量可減少64%，鋼筋用量可減少1%，管位寬度增加45.7%，如果局部占道可以滿足12 m，應(yīng)優(yōu)先使用板型固定墩，否則用T型固定墩。由于固定墩發(fā)生位移的情況下可以減少管道所產(chǎn)生的伸縮力，還能增加固定墩所承受的被動(dòng)土壓力，供熱管道位移有具體要求，應(yīng)嚴(yán)格控制，DN1 000管徑不能超過(guò)20 mm,因此要采取措施提高回填土的密實(shí)度，用級(jí)配良好的粗砂(內(nèi)摩擦角φ>30°)分層回填，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，務(wù)求振實(shí)，確保質(zhì)量，密實(shí)度大，可以大大提高固定墩承受的被動(dòng)土壓力來(lái)減少固定墩的混凝土用量，減少土建工程造價(jià)。

4　結(jié)語(yǔ)

在今后的設(shè)計(jì)工作中，隨著工作加深進(jìn)行，專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平逐步提高，以前的固定墩具有體積大，消耗材料多，道路管網(wǎng)密集，施工難度大，成本高等缺點(diǎn)，因此必須進(jìn)行改良。隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累和理論學(xué)習(xí)深入，讓我們的設(shè)計(jì)成果更具先進(jìn)性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性、實(shí)用性。

[1]史華.城市供熱管網(wǎng)直埋敷設(shè)固定墩設(shè)計(jì)[J].硅谷，2012(8)：98-99.

[2]史有剛,張立松,閆相禎,等.能量法分析管道固定墩推力的平巷長(zhǎng)度影響規(guī)律[J].油氣田地面工程，2010(5)：126-127.

[3]徐中堂.六十年發(fā)展中的城市集中供熱[J].區(qū)域供熱，2010(2)：49-50.

[4]張曉松,郭旭.城市集中供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀和問(wèn)題分析[J].煤氣與熱力，2009(11)：165-166.

[5]王飛，張建偉,王國(guó)偉，等.直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)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

張生蘭(1966- )，女，工程師

TU832

A