给水管道之支墩（一）

压力管道内的水体有一定的水压，其过水断面面向的对象要承担相应的压力（F=PA），比如末端管堵、转弯的弯头、分流的三通部位等。如果没有坚强的后盾做支撑，那么阀门管件很容易受到冲击，造成松动、脱节、漏水等不利现象。《柔性给水管道支墩》（10S505）中支墩就是一种很好的承压构件，就像高层屋面雨水经外立面落水管散排至地面，管道排水口位置设置水簸箕，防止直接冲刷地面（水滴石穿），支墩就有点类似于水簸箕。

1.工作压力/内水压力

工作压力就是设计所需的压力，而内水压力这个概念也没找到确切定义，结合着施工验收规范来看，有点类似于试验压力，内水压力大于工作压力。

2.内摩擦角

 抗剪强度线在σ-τ坐标平面内的倾角，用φ表示。内摩擦角反映土或岩石内部各颗粒之间内摩擦力的大小，内摩擦角愈大，强度愈高。无黏性土的内摩擦角通常在26-48°之间。土的内摩擦角反映土的摩擦特性，包括土颗粒之间产生相互滑动时需要克服由于颗粒表面粗糙不平而引起的滑动摩擦，以及由于颗粒物的嵌入、连锁和脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。      

地勘报告中，可根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）规范附录E分别对各部土层的直剪试验抗剪强度指标值进行统计计算，进而得出土层的平均内摩擦角，比如计算粉土约为20°。《工程地质手册》（第五版）中给出了各种土类的内摩擦角参考值，见下表：

《柔性给水管道支墩》（10S505）中支墩适用的土壤等效内摩擦角φ介于20-35°。当等效内摩擦角为20°时，土与混凝土支墩底部的摩擦系数取0.25；当等效内摩擦角为28°时，摩擦系数取取0.30；当等效内摩擦角为35°时，摩擦系数取0.35。内摩擦角按20°考虑算是最保守的数据了，抗剪切给我的感觉就是水平方向的抗力，仿佛就是在说摩擦力。

4.支墩受力

1）支墩种类：水平弯头支墩、水平三通支墩、竖直向上弯头支墩、竖直向下弯头支墩，见下图：

2）弯头角度：说实话，之前压根不知道弯头角度有几种，看了下这本图集才知道，原来有90°、45°、22.5°、11.25°四种角度的弯头，且是一半一半的。

3）水压合力：水平弯头支墩承受的是水压力为水平方向，F=2Psinα/2，其垂直方向水压力相互抵消；水平三通/管堵支墩承受的是水压力亦为水平方向，F=P；竖直向上弯头支墩承受的水压力分为水平和垂直方向，水平为F=P（1-cosα），垂直为F=Psinα（向下）；竖直向上弯头支墩承受的水压力同样分为水平和垂直方向，水平为F=P（1-cosα），垂直为F=Psinα（向上）。P为管道截面外推力大小，P=P水压A。

4）以水平弯头支墩为例进行受力分析：混凝土支墩要移动时，垂直方向的合力作用将产生水平方向摩擦力，垂直方向的力有：支墩自身重力，支墩上方回填土重力，支墩也可能因地下水受到向上的浮力。水平方向的其它力有：管道内水的截面水平外推合力（水平向左），回填土侧的主动土压力（水平向左），原状土侧的被动土压力（水平向右）。水平向左的合力推力要小于水平向右的合力抗力才能保证管道的稳固，感觉支墩就是结构上的挡土墙。

5）土压力：借助挡土墙概念来理解各种土压力，源于百度百科：静止土压力是指挡土墙不发生任何方向的位移，墙后土体施于墙背上的土压力；主动土压力是指挡土墙在墙后土体作用下向前发生移动，致使墙后填土的应力达到极限平衡状态时，墙后土体施于墙背上的土压力；被动土压力是指挡土墙在某种外力作用下向后发生移动而推挤填土，致使墙后土体的应力达到极限平衡状态时，填土施于墙背上的土压力。主动土压力