一、为什么大口径阀门要“配座”
DN≥600 mm 的刀闸阀,自重往往超过 1 t,关闭时水推力可达数十吨。若直接落在管底,管道会像跷跷板一样下沉、开裂。支墩(thrust block)就是给阀门“搬一把椅子”,把水推力安全地传给大地,避免管道“闪腰”。
二、计算思路一句话:
支墩尺寸 = 水推力 ÷ 地基允许承载力 × 安全系数
看似简单,却牵涉 4 个关键参数:推力、土压、混凝土、螺栓。下面逐步拆解。
三、第 1 步:算清水推力 F
刀闸阀全关时,水推力等于阀门两侧压差乘以闸板面积:
F = ΔP × A
ΔP:设计压差,一般取 1.5 倍工作压力(MPa);
A:闸板受水压面积,可近似用阀门内径面积 A = πD²/4(mm²)。
例:DN800(D=0.8 m),工作压力 1.0 MPa,则 ΔP = 1.5 MPa
F = 1.5×10⁶ Pa × π×0.8²/4 ≈ 754 kN ≈ 77 t。
四、第 2 步:确定地基允许承载力 σa
市政工程常用三类地基:
原状黏土:σa = 100–150 kPa
回填砂:σa = 80–120 kPa
碎石夯实:σa = 200–300 kPa
若无地勘报告,可按最不利 100 kPa 保守取值。
五、第 3 步:选混凝土等级与安全系数
C25 混凝土轴心抗压设计值 fcd = 11.9 MPa,但我们关心的是“土—混凝土”整体滑动,而非混凝土压碎,故常把混凝土视作刚体,用土压控制。
安全系数 K:
无地下水:K = 1.5
有地下水:K = 2.0(土体摩阻降低)
六、第 4 步:支墩底面积 A_base 初估
A_base = (F × K) / σa
接上例:F = 754 kN,K = 1.5,σa = 100 kPa
A_base = 754×1.5 / 100 ≈ 11.3 m²
用正方形布置,边长 L = √11.3 ≈ 3.35 m,可取 3.4 m×3.4 m。
七、第 5 步:校核滑动与倾覆
抗滑:
滑动力 = F = 754 kN
抗滑力 = μ × N
μ:土-混凝土摩擦系数,黏土 0.3,砂土 0.4,碎石 0.5
N:支墩自重 + 覆土重
若支墩厚 1.2 m,混凝土容重 25 kN/m³
自重 = 3.4×3.4×1.2×25 ≈ 347 kN
覆土 0.5 m:3.4×3.4×0.5×18 ≈ 104 kN
N = 347 + 104 = 451 kN
抗滑力 = 0.4×451 = 180 kN < 754 kN → 不满足!
措施:
抗倾覆:
倾覆力矩 = F × h₁(阀门中心到支墩底距离,一般 0.8–1.0 m)
抗倾覆力矩 = N × L/2
继续上例:
倾覆力矩 = 754×0.9 = 679 kN·m
抗倾覆力矩 = 451×4.5/2 = 1015 kN·m
679 kN·m,满足。
八、第 6 步:螺栓孔距与埋深
阀门厂自带地脚螺栓,多为 4–8 根 M24–M36。
经验:
九、快速选型表(C25 混凝土,K=1.5,μ=0.4)
DN600:底 2.8 m×2.8 m,厚 1.2 m
DN800:底 3.4 m×3.4 m,厚 1.5 m
DN1000:底 4.0 m×4.0 m,厚 1.8 m
DN1200:底 4.5 m×4.5 m,厚 2.0 m
(如遇软土,面积×1.3;如遇地下水,厚度×1.2)
十、施工小贴士
支墩必须落在原状土或夯实 95% 以上的回填土上,严禁放在淤泥、垃圾土。
混凝土一次浇筑,不留施工缝;若必须分两次,界面凿毛并设 Φ12@200 插筋。
阀门吊装就位后,用楔铁调平,再灌浆固定,48 小时后拆模、回填。
在支墩四周设 100 mm 厚沥青砂垫层,防渗防冻。
结语
一句话记住:先算推力,再查土压,最后放大面积保安全。按本文步骤,10 分钟就能手算出 DN800 刀闸阀支墩尺寸,既省钢筋又保安全。