城市供熱管網(wǎng)固定墩受力狀態(tài)及其直埋敷設(shè)設(shè)計(jì)探討

孫哲

（天津市熱電有限公司，天津 300161）

冬天來(lái)臨后，越來(lái)越多的城市都開(kāi)始采用供暖的方式度過(guò)寒冷的冬天。城市集中供暖不僅能夠度過(guò)寒冷的冬季，還能夠促進(jìn)能源的節(jié)約高效消耗，推動(dòng)和保障城市供暖熱系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，現(xiàn)在人們對(duì)供暖系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大，為了更好地為人民服務(wù)，保障能源的節(jié)約高效利用，推動(dòng)城市供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，本文對(duì)城市供熱管網(wǎng)固定墩的受力狀態(tài)及其直埋敷設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究。

1 城市供熱管網(wǎng)的直埋敷設(shè)

城市的供熱系統(tǒng)具有降低能源消耗、廢棄排放、減少對(duì)空氣的污染等優(yōu)點(diǎn)。城市集中供暖與原來(lái)的家庭燒煤用碳等增暖方式相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，集中供暖能夠從鍋爐的煙囪設(shè)計(jì)等方面入手盡最大可能將資源充分利用，提供能源的燃燒利用率，使能源能夠高效利用，從而有效地減少環(huán)境污染、能源浪費(fèi)的問(wèn)題。本次分析的是城市供熱管網(wǎng)的直埋敷設(shè)。

地下敷設(shè)長(zhǎng)輸供熱管線的方式，是當(dāng)前階段最為常見(jiàn)、應(yīng)用范圍最廣泛的方式。其中直埋的敷設(shè)方式，需要采取一系列措施保障長(zhǎng)輸供熱管線的防腐性和防水性等。直埋敷設(shè)是一種城市供熱管網(wǎng)的固定設(shè)計(jì)，這種方式主要是利用固定墩實(shí)現(xiàn)，所以最重要的就是要對(duì)固定墩設(shè)置，然后將固定墩之間的距離計(jì)算出來(lái)。另外，直埋式的供熱管道所使用的抵償功能，需要對(duì)兩個(gè)固定點(diǎn)之間的管道熱伸長(zhǎng)量有效滿足。所以在對(duì)城市供熱管網(wǎng)進(jìn)行直埋敷設(shè)時(shí)需要進(jìn)行核算，不斷優(yōu)化城市供熱管網(wǎng)的直埋敷設(shè)。

在采用直埋敷設(shè)時(shí)最好采用聚氨酯夾克、氰聚塑起到保溫和防腐的作用的材料。如可以選擇聚氨酯作為熱管保溫層的主要材料，因?yàn)榫郯滨サ闹亓勘容^輕而且吸水性也比較差，能夠很完整地在管道的外層包裹，達(dá)到比較好的防水效果。另外，保溫層同樣也可以選擇用聚氨酯，聚氨酯與玻璃鋼結(jié)合的方式能夠有效地對(duì)管道的接口處進(jìn)行防護(hù)，增強(qiáng)管道的防水性和防腐性。最后，如果想達(dá)到一個(gè)更優(yōu)的效果，還可以選擇在已經(jīng)使用聚氨酯的保溫層的外面再涂上一層聚乙烯的保護(hù)層，同時(shí)還要注意做好各個(gè)管道接口之間的焊接與保護(hù)層設(shè)置工作，這樣能夠增強(qiáng)管道的耐久性，因此這種管道更適合用于地下直埋敷設(shè)。

2 固定墩受力分析和受力影響因素

固定支墩的類型并不是固定的，相反，即使只是用在直埋的供熱管網(wǎng)中的固定支墩也是有很多種類的，具體種類見(jiàn)圖1。從圖中我們可以非常清晰地看到，不同類型的固定支墩它的受力是不同的，至于具體使用哪種類型的固定支墩，還要根據(jù)直埋供熱管網(wǎng)的具體情況進(jìn)行選擇，但是無(wú)論哪種選擇都是為了能夠達(dá)到更好的施工效果，減少工程造價(jià)的同時(shí)提高工程的穩(wěn)定安全。

在一個(gè)直埋式的供熱管道內(nèi)的固定支墩所承受的壓力其實(shí)是比較大的，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，除了承受管道的土壓力之外，還有被動(dòng)的土壓力，以及這兩種壓力所形成的合力；供熱管道的安裝方式、供熱管道上的供熱設(shè)備的安裝與使用等等，這些都是關(guān)系到固定墩設(shè)計(jì)與使用的影響因素。

（1）荷載合力對(duì)固定支墩的受力影響。

圖2 固定墩的受力簡(jiǎn)圖

直埋供熱管道固定支墩主要承受的荷載可以分為水平荷載、垂直荷載以及扭矩（供、回水供熱管道運(yùn)行時(shí)所承受軸向力不等）。其中，水平荷載其實(shí)就是指管道內(nèi)部的冷熱運(yùn)行之中所產(chǎn)生的一種應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力對(duì)固定支墩產(chǎn)生了比較大的影響，使固定墩會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槌惺芏嘀貕毫?，比如主?dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力以及固定墩與填土材料之間的摩擦力所產(chǎn)生的壓力等；垂直荷載就是固定墩的重量造成的壓力以及固定墩上所承載的土的重量、管道上的壓力以及管道內(nèi)部各種介質(zhì)之間的重量壓力。因此，在官網(wǎng)供熱運(yùn)行后，固定墩所承載的重量其實(shí)就是水平荷載和垂直荷載之間所產(chǎn)生的合力，因?yàn)榭紤]到這些方面的因素，對(duì)固定墩進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要將這些問(wèn)題充分考慮到其中，圖2 為固定墩的受力簡(jiǎn)圖。

（2）直埋供熱管道的安裝方式對(duì)固定支墩的受力影響。

直埋敷設(shè)的供熱管道在實(shí)際安裝操作的時(shí)候也有很多不同的安裝方式，一般情況下，使用最多的兩種安裝方式分別為“無(wú)補(bǔ)償冷安裝”和“有補(bǔ)償冷安裝”。其中“無(wú)補(bǔ)償冷安裝”的安裝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，也比較快速，基本上不需要耗費(fèi)比較多的安裝時(shí)間，但是在整個(gè)安裝的過(guò)程中存在一個(gè)問(wèn)題就是，當(dāng)設(shè)計(jì)的固定墩所需要承受的應(yīng)力相對(duì)比較大時(shí)，要想保證供熱管道的平穩(wěn)安全，就必須加大固定墩的結(jié)構(gòu)尺寸。另外，當(dāng)采用無(wú)補(bǔ)償冷安裝時(shí)，還要考慮固定墩所承受的推力與整個(gè)管道內(nèi)部的各種設(shè)置與布置直接的關(guān)系，固定墩的承推力與供熱管道的直管長(zhǎng)度有著比較直接的關(guān)聯(lián)，有時(shí)甚至?xí)S著直管長(zhǎng)度的變化而變化。

“有補(bǔ)償冷安裝”在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就需要將固定墩和補(bǔ)償器等方面設(shè)計(jì)在內(nèi)，這樣在進(jìn)行安裝時(shí)就能夠有效減少供熱管道對(duì)固定墩之間的應(yīng)力，有效減少固定墩的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)在進(jìn)行施工時(shí)，也能夠有效減輕對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響，所以這種安裝方式更加受到歡迎，也是當(dāng)前使用比較多的敷設(shè)方式。只是需要特別注意的一點(diǎn)就是，在采用有補(bǔ)償冷安裝時(shí)，一定要注意在管線的部分設(shè)置比較多的補(bǔ)償器，同時(shí)還要注意補(bǔ)償器的不同類型，確保補(bǔ)償器的安裝與整個(gè)管道的安裝是相符的，這樣才能夠有效避免供熱管道內(nèi)部的軸向應(yīng)力與最初的設(shè)計(jì)不符的問(wèn)題。

（3）直埋供熱管道的安裝設(shè)備對(duì)固定支墩的受力影響。要想保證供熱管道的平穩(wěn)安全運(yùn)行，還需要在直埋供熱管道上安裝一些簡(jiǎn)單的供熱設(shè)備，比如閥門(mén)、封頭、彎頭和其他的套筒補(bǔ)償器之類的設(shè)備，這些設(shè)備主要是在直埋供熱管道運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的作用，當(dāng)供熱管道運(yùn)行的時(shí)候管道內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一種內(nèi)壓力，這種內(nèi)壓力一般都會(huì)出現(xiàn)在管道的彎頭和補(bǔ)償器的位置，而且隨著供熱系統(tǒng)運(yùn)行壓力的增大不斷增大。所以直埋供熱管道的一些安裝設(shè)備對(duì)固定墩的受力情況也會(huì)產(chǎn)生影響。

3 城市供熱管網(wǎng)固定墩優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先，可以采用換填法的方式提高固定墩內(nèi)填材料之間的摩擦系數(shù)。這種方法簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是用碎石墊層換掉原來(lái)固定墩底部的黏土；用粗砂換掉固定墩周圍的細(xì)砂，這樣就能夠有效地提高固定墩的摩擦系數(shù)，提高固定墩所承受的被動(dòng)土壓力，減少固定墩承受的主動(dòng)土壓力，優(yōu)化城市供熱管網(wǎng)固定墩設(shè)計(jì)。其次，在對(duì)固定墩進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，提前做好固定墩的位移計(jì)算，將固定墩的位移情況與管道運(yùn)行的時(shí)候?qū)潭ǘ账斐傻妮S向力進(jìn)行抵消計(jì)算，這樣能夠達(dá)到一個(gè)比較精確的計(jì)算結(jié)果，從而增強(qiáng)固定墩所承受的回填料的摩擦力，優(yōu)化城市供熱管網(wǎng)的固定墩設(shè)計(jì)。最后，是直接對(duì)固定墩的回填料的密實(shí)度入手，增加固定墩回填料的密實(shí)度，直接從固定墩的基礎(chǔ)材料入手增加固定墩的回填料摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)城市供熱管網(wǎng)固定墩的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市供熱管網(wǎng)固定墩的受力其實(shí)是受到荷載作用和管道的安裝方式和安裝設(shè)備等多方面因素的影響的，所以需要進(jìn)行多方面的考慮。但是在保證整個(gè)供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行的情況下，只能通過(guò)增加固定墩所承受的摩擦力進(jìn)行固定墩的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行城市供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)需要重視固定墩的受力問(wèn)題，盡可能降低固定墩的設(shè)計(jì)體積，在保證工程質(zhì)量的情況下降低工程成本，節(jié)約資源。