摘要：本文介绍了目前国内关于高压管线地埋镇墩的设计和应用情况，并给出了适合于长距离输水管地埋镇墩的规范化设计的思路，分析各种地埋镇墩的结构尺寸和稳定性的计算公式，并讨论了如何选择计算公式和是否考虑被动土压力等问题。通过计算得出了管道不同角度的地埋式镇墩边界角度为30度，外包的混凝土厚度b是决定地埋镇墩大小的一个控制指标。目前，这种方法已经成功地用于多项地埋镇墩的设计，其结构合理，工作性能稳定，同时也使其工作效率和准确度大为提升。

关键词：长距离输水工程;压力管道;地埋镇墩;设计;分析

一、前言

在水利枢纽和天然气管线等项目中，修建镇墩主要是为了阻止管线的变形，起到加固和承载的功能。在施工过程中，一般都会采用封闭式镇墩法，特别是在长途输水管的情况下，采用这种镇墩可以保证管线弯曲和拐角的稳定性。在进行长距离输水管镇墩的设计时，如何制订一整套高质量、高效率的镇墩是一个急需解决的问题。在施工前对镇墩的大小和稳定性进行设计，从而节省大量的人工和资源，提高施工的准确率。

二、地埋镇墩的结构类型

将地埋镇墩的不同构造形式进行分类，是进行镇墩的设计与施工规范化的基础。地埋镇墩按其拐角的面积和作用，分为平面镇墩、立面镇墩两种。特别是平面镇墩通常用于没有垂直斜坡的输水管，只用作平面转角的加固[1]。

（一）平面镇墩

根据管道的平面圆心角的大小，将其划分为两种类型：大拐角型五角型地埋式镇墩和小拐角型式的方型式。长方形地埋镇墩宜在不考虑管道上无平面拐弯或立面纵向斜度的情况下进行施工，而对于具有较高拐角处的长方形地埋镇墩，则要根据工程的具体施工条件来确定其应用部位。

（二）立面镇墩

立面镇墩在上部弯曲处的受力方向是倾斜的，在计算镇墩的稳定力时，垂直向下的荷载对镇墩产生了正向的影响;而在下沉管上部的受力方向是倾斜向上的，在进行镇墩的稳定力时，其上部的垂直力对镇墩的影响是负面的。

三、地埋镇墩稳定计算探讨

（一）抗滑稳定计算公式探讨

在此基础上，对镇墩进行了抗滑移、抗倾覆、地基承载力及沉陷的分析。我国现有的镇墩结构设计没有专门的规范，在实际的设计中也没有一个统一的方案[2]。地埋镇墩设计时，根据工程实际，采取了相应的加固措施，其基础的承载量和沉陷均可达到设计的标准。因此，在进行稳定性分析的过程中，首先要确定镇墩的承载能力和结构的大小，然后进行承载能力和沉降量的校核。根据《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004，给出了一种基于土壤压力的计算方法：

Fpk-Fep，k+Ffk≥KsFwp.k

公式中：Fpk为受力于镇墩的受力侧土体应力基准;Fep，k是在镇墩的迎角方向上施加的基础土体的标准应力;Ffk为镇墩基础上的滑移面摩擦系数的标准;Ks为抗滑动稳定的抗拉强度，Ks大于1.5;Fwp.k是指在内水压力下，管线所能承担的标准横向推力。

在地埋镇墩支护结构中，根据《泵站设计规范》中的公式，并不清楚土体压力对其稳定性的作用。在传统的施工方法中，以被动土体的压强为安全的储层，以最恶劣的条件计算其作用。《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》规定，在进行稳定性分析时，抗滑验算的稳定性抗力系数不能低于1.5;在天然气管线中，地埋镇墩受力和结构的设计中，不仅要综合考虑被动土体的荷载，而且还应注意到侧向的摩擦力。我国的工程师们对这一问题并没有太多的重视，在有关的资料中，关于这一问题的讨论大多是笼统的。

（二）抗滑稳定计算公式推导

一些设计者在考虑到受动压力对镇墩的稳定性产生的有益影响时，往往会使镇墩尺寸过大而造成投资增加和资源浪费;在考虑受动压的有利影响的情况下，可以最大限度地优化镇墩的体积，降低了建设投入，但其安全性却是令人不安的[3]。地埋镇墩的力学原理和概念模糊，难以形成技术信心，难以确保其经济性。本文根据兰肯土压力、侧面摩阻力和土压力的3-D影响因子，建立了压力管线地埋地桩的稳定性计算方法。

立面镇墩的应力分析是由镇墩重力、主动土压力、动土压力、顶面、底面和侧向的摩擦等因素决定的。根据兰肯土压原理，对镇墩上的各种受力进行了分析。地埋镇墩支护结构的稳定性计算方法都是统一的，可以根据实际情况合理地将地埋镇墩所受的荷载进行简单的简化。根据土力学理论，在土体上镇墩滑移，使其处于稳定的极限位置时，其引起的变形量远远大于其所需要的位移。受动土体的荷载作用需要产生很大的变形，而大的变形对套管连接非常有威胁，很可能导致管件泄漏，而且内部水压高时会发生爆炸;而在使用钢管或者是热熔焊的情况下，可以让镇墩在受到土体的巨大变形时不至于出现连接泄漏而爆管。

根据理论和实际工作的经验，在采用焊接、熔接或其它接头形式时，应将受影响的土体应力作为计算依据;若受压管线连接为承插形式，或对连接的受力条件有较大的约束，则应避免受荷载作用。具体而言，建议在考虑主动土压力和受动土压的影响时，应考虑钢管、埋地PE管线和其它化工塑料管的地埋镇墩的稳定性;在不考虑受动压的影响下，采用了水泥管和其它非塑料套管的地埋镇墩的稳定性[4]。

四、标准化设计中相关问题探讨

（一）大小转角地埋镇墩界限角确定

四角形镇墩、五边形镇墩和其他异型镇墩，由于施工过程中的随机性较强，并无较强的标准规定，大都以经验为基础，以合理的布置为基础[5]。根据管线两边的镇墩容积基本相同的原理，假设小转角镇墩桩的边界角度符合b1=2b的θcr。

（二）控制性参数b的确定

地埋镇墩的合理设计是一个反演的实验，在确定了镇墩容积后，需要确定镇墩的几何参数。根据地埋镇墩的几何尺寸和稳定性的计算方法，提出了用外包砼的方法来确定镇墩的大小，用B-迭代法求出符合最少稳定性的构件，就是地埋镇墩的设计体形。目前，在地埋式压力管线镇墩外壁的混凝土厚度尚属一个模糊不清的问题，而在实际应用中，大多是依据结构的规定和实践来判断。目前有关资料主要是针对水电站大坝后壁钢管外包层的厚度进行的，研制的镇墩式结构设计方案，主要应用在对坝肩外覆水泥层厚度不低于0.8，但必须达到0.4米以上的明管镇墩桩。根据施工实践和有关资料，提出了地埋镇墩规范设计时应考虑的控制指标b，也就是外包砼的厚度应不低于0.5m[6]。

五、结语

综上所述，在水利枢纽工程施工中，地埋镇桩的设计与施工与一般的城市管线镇墩有很大的不同，所以在进行施工时要慎重，运用数学公式对镇墩进行计算。根据规范的程序，对地埋镇墩型式进行了分类总结，并在该基础上，对各类镇墩的结构大小及其几何计算公式进行了较为详尽的分析。

参考文献：

[1]陈会，肖烨.长距离低水头有压重力流输水管道设计方案探讨[J].水电与新能源，2022，36（6）：3.

[2]刘世伟，杨捷，卢小波.长距离输水工程压力管道地埋镇墩标准化设计[J].中国农村水利水电，2021（10）：212-220.

[3]郭明道.关于输水工程中土压力对镇墩稳定计算影响的分析[J].山西水利科技，2016（3）：3.

[4]杨启功.长距离输水工程压力管道地埋镇墩标准化设计[J].黑龙江水利科技，2022，50（2）：58-60，157.

[5]赵海鹏，周庆春，张恩祥，等.压力管道长距离输水调流设备选择[C]// 调水工程应用技术研究与实践.中国水利水电勘测设计协会，2009.

[6]张雯颖，左舒扬，李国宁，等.地埋式水平镇墩标准化设计及BIM设计[J].水利技术监督，2022（1）：6.

陈诗阳，男，1990年2月，汉，湖北宜昌，本科，工程师，水利水电工程设计