城市供热管网固定墩受力状态及其直埋敷设设计探讨

孙哲

（天津市热电有限公司，天津 300161）

冬天来临后，越来越多的城市都开始采用供暖的方式度过寒冷的冬天。城市集中供暖不仅能够度过寒冷的冬季，还能够促进能源的节约高效消耗，推动和保障城市供暖热系统的稳定和安全。随着城市化进程的不断发展，现在人们对供暖系统的需求也越来越大，为了更好地为人民服务，保障能源的节约高效利用，推动城市供热管网系统的安全稳定，本文对城市供热管网固定墩的受力状态及其直埋敷设设计进行了分析研究。

1 城市供热管网的直埋敷设

城市的供热系统具有降低能源消耗、废弃排放、减少对空气的污染等优点。城市集中供暖与原来的家庭烧煤用碳等增暖方式相比具有很多优点，集中供暖能够从锅炉的烟囱设计等方面入手尽最大可能将资源充分利用，提供能源的燃烧利用率，使能源能够高效利用，从而有效地减少环境污染、能源浪费的问题。本次分析的是城市供热管网的直埋敷设。

地下敷设长输供热管线的方式，是当前阶段最为常见、应用范围最广泛的方式。其中直埋的敷设方式，需要采取一系列措施保障长输供热管线的防腐性和防水性等。直埋敷设是一种城市供热管网的固定设计，这种方式主要是利用固定墩实现，所以最重要的就是要对固定墩设置，然后将固定墩之间的距离计算出来。另外，直埋式的供热管道所使用的抵偿功能，需要对两个固定点之间的管道热伸长量有效满足。所以在对城市供热管网进行直埋敷设时需要进行核算，不断优化城市供热管网的直埋敷设。

在采用直埋敷设时最好采用聚氨酯夹克、氰聚塑起到保温和防腐的作用的材料。如可以选择聚氨酯作为热管保温层的主要材料，因为聚氨酯的重量比较轻而且吸水性也比较差，能够很完整地在管道的外层包裹，达到比较好的防水效果。另外，保温层同样也可以选择用聚氨酯，聚氨酯与玻璃钢结合的方式能够有效地对管道的接口处进行防护，增强管道的防水性和防腐性。最后，如果想达到一个更优的效果，还可以选择在已经使用聚氨酯的保温层的外面再涂上一层聚乙烯的保护层，同时还要注意做好各个管道接口之间的焊接与保护层设置工作，这样能够增强管道的耐久性，因此这种管道更适合用于地下直埋敷设。

2 固定墩受力分析和受力影响因素

固定支墩的类型并不是固定的，相反，即使只是用在直埋的供热管网中的固定支墩也是有很多种类的，具体种类见图1。从图中我们可以非常清晰地看到，不同类型的固定支墩它的受力是不同的，至于具体使用哪种类型的固定支墩，还要根据直埋供热管网的具体情况进行选择，但是无论哪种选择都是为了能够达到更好的施工效果，减少工程造价的同时提高工程的稳定安全。

在一个直埋式的供热管道内的固定支墩所承受的压力其实是比较大的，在实际的运行过程中，除了承受管道的土压力之外，还有被动的土压力，以及这两种压力所形成的合力；供热管道的安装方式、供热管道上的供热设备的安装与使用等等，这些都是关系到固定墩设计与使用的影响因素。

（1）荷载合力对固定支墩的受力影响。

图2 固定墩的受力简图

直埋供热管道固定支墩主要承受的荷载可以分为水平荷载、垂直荷载以及扭矩（供、回水供热管道运行时所承受轴向力不等）。其中，水平荷载其实就是指管道内部的冷热运行之中所产生的一种应力，这个应力对固定支墩产生了比较大的影响，使固定墩会出现因为承受多重压力，比如主动土压力、被动土压力以及固定墩与填土材料之间的摩擦力所产生的压力等；垂直荷载就是固定墩的重量造成的压力以及固定墩上所承载的土的重量、管道上的压力以及管道内部各种介质之间的重量压力。因此，在官网供热运行后，固定墩所承载的重量其实就是水平荷载和垂直荷载之间所产生的合力，因为考虑到这些方面的因素，对固定墩进行设计时一定要将这些问题充分考虑到其中，图2 为固定墩的受力简图。

（2）直埋供热管道的安装方式对固定支墩的受力影响。

直埋敷设的供热管道在实际安装操作的时候也有很多不同的安装方式，一般情况下，使用最多的两种安装方式分别为“无补偿冷安装”和“有补偿冷安装”。其中“无补偿冷安装”的安装相对比较简单，也比较快速，基本上不需要耗费比较多的安装时间，但是在整个安装的过程中存在一个问题就是，当设计的固定墩所需要承受的应力相对比较大时，要想保证供热管道的平稳安全，就必须加大固定墩的结构尺寸。另外，当采用无补偿冷安装时，还要考虑固定墩所承受的推力与整个管道内部的各种设置与布置直接的关系，固定墩的承推力与供热管道的直管长度有着比较直接的关联，有时甚至会随着直管长度的变化而变化。

“有补偿冷安装”在进行设计时，就需要将固定墩和补偿器等方面设计在内，这样在进行安装时就能够有效减少供热管道对固定墩之间的应力，有效减少固定墩的结构尺寸，同时在进行施工时，也能够有效减轻对周围环境产生的影响，所以这种安装方式更加受到欢迎，也是当前使用比较多的敷设方式。只是需要特别注意的一点就是，在采用有补偿冷安装时，一定要注意在管线的部分设置比较多的补偿器，同时还要注意补偿器的不同类型，确保补偿器的安装与整个管道的安装是相符的，这样才能够有效避免供热管道内部的轴向应力与最初的设计不符的问题。

（3）直埋供热管道的安装设备对固定支墩的受力影响。要想保证供热管道的平稳安全运行，还需要在直埋供热管道上安装一些简单的供热设备，比如阀门、封头、弯头和其他的套筒补偿器之类的设备，这些设备主要是在直埋供热管道运行时产生的作用，当供热管道运行的时候管道内部会产生一种内压力，这种内压力一般都会出现在管道的弯头和补偿器的位置，而且随着供热系统运行压力的增大不断增大。所以直埋供热管道的一些安装设备对固定墩的受力情况也会产生影响。

3 城市供热管网固定墩优化设计

首先，可以采用换填法的方式提高固定墩内填材料之间的摩擦系数。这种方法简单地说，就是用碎石垫层换掉原来固定墩底部的黏土；用粗砂换掉固定墩周围的细砂，这样就能够有效地提高固定墩的摩擦系数，提高固定墩所承受的被动土压力，减少固定墩承受的主动土压力，优化城市供热管网固定墩设计。其次，在对固定墩进行设计的时候，提前做好固定墩的位移计算，将固定墩的位移情况与管道运行的时候对固定墩所造成的轴向力进行抵消计算，这样能够达到一个比较精确的计算结果，从而增强固定墩所承受的回填料的摩擦力，优化城市供热管网的固定墩设计。最后，是直接对固定墩的回填料的密实度入手，增加固定墩回填料的密实度，直接从固定墩的基础材料入手增加固定墩的回填料摩擦力，从而实现城市供热管网固定墩的优化设计。

4 结语

综上所述，城市供热管网固定墩的受力其实是受到荷载作用和管道的安装方式和安装设备等多方面因素的影响的，所以需要进行多方面的考虑。但是在保证整个供热管网的稳定安全运行的情况下，只能通过增加固定墩所承受的摩擦力进行固定墩的优化设计，所以在进行城市供热管网的设计建设时需要重视固定墩的受力问题，尽可能降低固定墩的设计体积，在保证工程质量的情况下降低工程成本，节约资源。