鄒 虎

(唐山市熱力工程設計院，河北 唐山 063000)

1 固定墩現(xiàn)有樣式

當前，供熱管網(wǎng)規(guī)模隨著城市發(fā)展不斷擴大，直埋敷設仍是城市供熱管網(wǎng)的最主要敷設方式。直埋熱水管道固定墩隨著近年來集中供熱的發(fā)展,其設計樣式多種多樣,如圖1所示：經(jīng)典的板式(見圖1a))，從板式發(fā)展來的倒T式(見圖1b))、板凳式(見圖1c))、板肋式(見圖1d))、十字式(見圖1e))，以及特殊用途的箱式(見圖1f))，如何設計選型才能安全、有效、經(jīng)濟的達到設計預期目的,這是本文討論的主題，我們將從理論計算、施工組織、綜合效益三個方面來研究。

2 理論計算選型

根據(jù)CJJ/T 81城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術規(guī)程固定墩應進行抗滑移驗算和抗傾覆驗算。

2.1 抗滑移驗算

(1)

一般設計時，固定墩厚度經(jīng)結構計算確定，固定墩的寬和高都是先由直埋供熱管道管徑、覆土深度、規(guī)劃給予管位附近是否有地下障礙等，根據(jù)經(jīng)驗來初步確定，通過不斷試算調整最終確定固定墩墻板的高和寬。通常固定墩最小寬和高可初步由下式計算取整得來：

b>2R+L+1，

h>R+1。

其中，R為直埋保溫管直徑，m；L為直埋保溫管管間距，m；b，d，h分別為固定墩的寬、厚、高尺寸，m。

對經(jīng)典的板式固定墩，由式(1)可以看出，由于接觸面較小，f1,f2,f3也較小，砂土EP/Ea≈9，在固定墩承受的推力T和管道埋深確定后，增大固定墩垂直管道方向的寬、高尺寸才是加大抗滑移系數(shù)K的最有效方法，同時也是最經(jīng)濟的方法。

2.2 抗傾覆驗算

(2)

其中，Kov為抗傾覆系數(shù)；且σmax≤1.2f;X2為被動土壓力EP作用點至固定墩底面的距離,m；X1為主動土壓力Ea作用點至固定墩底面的距離,m；Gg為固定墩自重,N；G1為固定墩上部覆土重,N；σmax為固定墩底面對土壤的最大壓應力,Pa；f為地基承載力設計值,Pa；h1為固定墩頂面至地面的距離,m；h2為固定墩底面至地面的距離,m；H為管道中心線覆土深度,m；ρ為土密度,kg/m3，取為1 800；g為重力加速度,m/s2；φ為回填土內摩擦角(°)，砂土取30°。

在固定墩承受的推力T和管道埋深確定后，通過式(1)算出固定墩的寬、厚、高，再根據(jù)式(2)可以看出，KS，EP，Ea，X1，X2，T，h2，H都已固定，只有增加Gg，G1，d才能加大Kov，這就是固定墩出現(xiàn)底板的原因。其中，增設底板可同時加大Gg，G1，無疑效果是最佳的，而增加d固定墩厚度從式(2)看是事倍功半，效果次之。

所以，通常情況下設計固定墩，板式固定墩因受力明確、結構簡潔是最好的樣式；當無法加大固定墩寬度和高度時，倒T式固定墩可通過設置底板有效增加抗力；當?shù)筎式固定墩也無法設置足夠底板滿足需求時，通過設置底板下墻板的板凳式、板肋式固定墩，能進一步利用土壤剪切力增加抗力。

3 施工組織選型

1)直埋供熱管線屬市政工程，除熱源廠進市區(qū)主管線在人煙稀少的城市郊區(qū)，其余主管線、一二次管網(wǎng)都在房屋、道路密集的市區(qū)內，有管徑大、埋深深、雙管并行站位多的特點。規(guī)劃管位一般在人行便道下，靠近道路一側從地表往下依次是行道樹、路燈電纜、雨水、通訊電纜、燃氣、給水和消防管道，另一側則是燃氣管道、通訊光纜、國防光纜等等各類管線，給工程施工帶來極大困難。管線上的固定墩，其寬度一般都比管溝寬，尤其是大推力固定墩體形巨大，施工時往往造成行道樹、給水、通訊電纜光纜暴露在外，需要支護和吊掛，道路上過往車輛帶來的震動極易引起溝槽靠近道路一側塌方，一旦砸斷其他管線引起的損失難以估量，若支護和吊掛又會給管道吊裝和管溝回填增加困難，所以從施工可行性和安全性角度出發(fā)，因地制宜認真選型是十分必要的。直埋管溝斷面圖見圖2。

2)固定墩長、寬、高的選擇：以在人行便道下DN1 000直埋供熱管線為例說明。鋼管外徑1 020 mm，保溫外徑1 155 mm，管間距500 mm，根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術規(guī)程》4.1.3要求，DN1 000直埋供熱管線最小覆土深度1 300 mm,實際工程中因為供熱管線自身需要安裝放風和泄水進行排氣排污,沿管線縱向設計有向上或向下的坡度,并且為躲避各種橫穿供熱管線的障礙物,管頂覆土多在1 800 mm～2 200 mm區(qū)間,則:

管溝底寬=2×1 155+500+2×250=3 310 mm；

管溝最小深度=200+1 155+(1 800～2 200)=3 150 mm～3 560 mm；

管溝上口寬(放坡系數(shù)0.33)=3 310+2×(3 150～3 560)×0.33=5 390 mm～5 660 mm；

固定墩寬>2×1 155+500+1 000取4 000 mm，高>1 150+1 000取2 500 mm。

從以上數(shù)據(jù)不難看出在固定墩截面范圍內，必然會和兩側管道發(fā)生交叉，其中有的路燈電纜、小管徑燃氣和給水管道可以在取得管理單位同意后，通過局部改線騰出施工空間，而其他管線尤其是城市給水、燃氣主干管和國防通訊電纜、光纜無法改線。

通過我們多年的工程實踐總結，認為固定墩的寬度最大以不超過兩側障礙物之間的寬度為宜；因為兩側管線部位都是回填土，如果溝槽太深會引起塌方，所以固定墩總高度不能太高，一般以2 000 mm～4 000 mm為宜，固定墩處溝槽深度控制在5 000 mm以內；固定墩長度方向與管溝方向相同，一般不存在障礙，所以不受限制。簡單來說就是固定墩越矮、越窄，越有利于施工。

3)固定墩形狀的選擇。板式、箱式因為結構簡單，現(xiàn)場綁筋、支模、澆筑混凝土容易，工期短、安全性高，深受施工單位歡迎；板肋式、板凳式、十字式因為形狀復雜，溝槽深度大，開挖后需現(xiàn)場檢測土壤抗剪強度，綁筋支模時間長，敞開時間長容易塌方，不可測因素較多，施工難度大；倒T式的施工難度和工期居于二者之間。

4 綜合效益選型

1)現(xiàn)在評價工程效益的好壞已不僅限于工程自身，還要必須考慮市容、衛(wèi)生、交通等其他方面，尤其是環(huán)保、安全意識深入人心的今天，比如渣土外運時路面清理不及時就會立即接到市容管理部門的罰單，一起人身傷亡事故就會吞噬項目的大部分利潤，甚至有的項目只能夜間開挖下管焊接，白天必須先回填晚上再挖，所以一個項目要綜合考慮設計、施工、市政管理等多方面，才會取得良好的綜合效益。

2)例如某供熱工程DN1 000管道，規(guī)劃紅線管位在人行便道下，管頂覆土2 260 mm，某處固定墩推力2 900 kN，原設計為倒T式，底板7 000 mm×5 000 mm×1 000 mm(長×寬×高)，墻板5 000 mm×1 800 mm×900 mm(寬×高×厚)，需要修槽放坡加局部支護。后因國防光纜障礙無法處理改為箱式固定墩10 000 mm×3 200 mm×4 000 mm(長×寬×高)，與溝同寬，不需要另外增加放坡支護，但是使用材料大幅增加。事后我們對兩種形式固定墩成本做了對比如表1，表2所示。

表2 固定墩材料表

表1 固定墩用工表

a.增加部分：倒T式固定墩26 550.6元，箱式固定墩43 182元，箱式比倒T形高出16 631.4元。

b.節(jié)省部分：

節(jié)約工期2.5 d，一個項目組大約20人，按工序分批進場、出場平均每日出場10人，每人日平均工資按205元算，人工費節(jié)省約2.5×10×205=5 125元。

節(jié)省開挖面積(以便道面積計算)。

(5.2+0.5×2-3.2)×(7.2+0.5×2+4.74×0.3×2)=3×11.1=33.3 m2。

市政占地費1元/(d·m2)，節(jié)省33.3×2.5×1=83.25元。

節(jié)省道路挖掘修復收費(河北省城市道路挖掘修復收費標準)。

彩色環(huán)保便道磚:33.3 m2×243元/m2=8 091.9元。

石質路緣石:11.1 m×93元/m=1 032.3元。

回填土深0 m～1 m:33.3 m2× 82元/m2=2 730.6元。

回填土深1 m～2 m:33.3 m2×173元/m2=5 760.9元。

合計:17 615.7元。

總計節(jié)省費用5 125+83.25+17 615.7-16 631.4=6 192.55元。

3)此例中箱式固定墩雖然用料比倒T式固定墩多，但節(jié)省用工和市政費用，總費用不僅沒增加還略有節(jié)約，特別適用于Z形彎臂長不夠和規(guī)避通常方法無法繞過的障礙等工況。此種固定墩因不方便維護檢修，只在特殊地段考慮使用。我們認為直埋供熱管道固定墩的選型，應具體問題具體分析，綜合考慮理論計算、工程特點和現(xiàn)在建筑市場變化的要求。在城市郊區(qū)等場地不受限制、障礙少的地區(qū)，溝槽開挖時能充分放坡保證安全的，應以理論計算選型為主，小推力的選板式，大推力的選板式、倒T式和十字式，推力特別大的選板凳式；而在道路旁邊或市區(qū)內等操作面狹窄、工期要求緊地區(qū)，以理論計算同時兼顧施工的可操作性，固定墩宜選倒T式；在障礙物多、支撐困難的特別狹窄地段可選箱式等特殊樣式固定墩，可降低施工難度縮短工期。

5 結語

固定墩的設計，應綜合考慮理論計算、工程特點和現(xiàn)在建筑市場變化的要求選用固定墩的樣式，才能達到整個工程的最佳綜合效益。