穿越海河鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)與施工

1、    穿越海河鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)與施工    李洪飛【摘要】水利工程施工中一般采用的圍堰型式多為土石圍堰，鋼管樁圍堰的應(yīng)用較少，本文以穿越海河輸水管線施工中鋼管樁圍堰實(shí)例作一介紹?！娟P(guān)鍵詞】水利工程 鋼管樁圍堰1.前言一般水利工程中圍堰設(shè)計(jì)大多采用土石圍堰較多，因其就地取材，施工方便，應(yīng)用范圍很廣。其它型式的圍堰因工程特點(diǎn)不同根據(jù)實(shí)際情況采用。鋼管樁圍堰在市政橋梁工程應(yīng)用較多，均為施工橋墩過(guò)程中作水中圍堰，而在水利工程作為大型的圍堰，鋼管樁圍堰的應(yīng)用較少，下面將穿越海河輸水管線施工中鋼管樁圍堰應(yīng)用做介紹。2.工程概況天津市南水北調(diào)中線濱海新區(qū)供水一期工程輸

2、水管線工程的任務(wù)是向天津市濱海新區(qū)的永定新河以南地區(qū)輸送引江原水。輸水管線工程起點(diǎn)位于天津干線末端的曹莊泵站終點(diǎn)為東麗區(qū)津?yàn)I水廠東側(cè)預(yù)留進(jìn)水口處，管線總長(zhǎng)約36.195km。本項(xiàng)目工程在為樁號(hào)s34+335s34+715，主要包括海河穿越長(zhǎng)0.38km雙排dn2600鋼管管線工程。本標(biāo)段管線在臥河村穿越海河（樁號(hào)51+698）。本標(biāo)段dn2600鋼管長(zhǎng)0.76km。該管道為穿越海河施工，由于受到海河蓄水通航及下游工農(nóng)業(yè)用水要求的影響，施工期間海河不能斷流，所以采取搭設(shè)兩期圍堰的方式進(jìn)行施工。海河河道地質(zhì)和水文條件較復(fù)雜，水位較深，一期圍堰自海河左堤開(kāi)始搭設(shè)，于樁號(hào)a34+422處合攏，圍堰外側(cè)

3、（海河右側(cè)灘地）挖設(shè)導(dǎo)流明渠，保證非汛期通航和過(guò)水要求。因采用土石圍堰需要大量的土源，而且現(xiàn)場(chǎng)土源較少，同時(shí)考慮土圍堰對(duì)于后期河道通航影響較大。采取的圍堰型式須較快進(jìn)行施工，堰體能不受水流影響，不進(jìn)行水下清基，減少圍堰基礎(chǔ)防滲處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，采用鋼管樁綜合圍堰的型式。本文主要介紹一期圍堰的設(shè)計(jì)與施工。3.地質(zhì)條件勘探深度范圍內(nèi)揭露的地層均為第四系全新統(tǒng)及更新統(tǒng)松散堆積物?，F(xiàn)由老至新簡(jiǎn)述如下：上更新統(tǒng)四組第海相層粉質(zhì)粘土上更新統(tǒng)五組第陸相層粉質(zhì)粘土、粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、粘土全新統(tǒng)下組第陸相層粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土全新統(tǒng)中組第海相層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土全新統(tǒng)上組第陸相層粉質(zhì)粘土質(zhì)淤泥4.圍堰設(shè)

4、計(jì)4.1結(jié)構(gòu)形式（圍堰斷面圖附后）（1）采用雙排630鋼管樁加單排拉森樁圍堰擋水。采用雙排630鋼管樁加單排拉森樁圍堰擋水做為圍堰，樁頂高程2.5，高出水面0.7m（考慮非汛期引黃濟(jì)津影響，水面高程1.8），樁底高程-21.5。兩排管樁樁頂采用132a工字鋼連接，在圍堰內(nèi)側(cè)高程-1.0m處設(shè)45o斜向支撐，支撐采用630鋼管，圍堰迎水側(cè)高程1.8m處設(shè)鋼絞線拉撐，斜撐間距均為6m。圍堰斷面圖（2）圍堰呈u型布置，圍堰軸線圓弧頂點(diǎn)樁號(hào)為a34+422，u口樁號(hào)為 a34+581。計(jì)算得圍堰軸線長(zhǎng)369m，其中圓弧段長(zhǎng)115m，海河上游側(cè)圍堰直線段長(zhǎng)118m，海河下游側(cè)圍堰直線段長(zhǎng)136m。上、下

5、游側(cè)圍堰凈間距64.94m。4.2計(jì)算模型及計(jì)算方法依照工程實(shí)際情況建立準(zhǔn)確、合理的計(jì)算模型，按相關(guān)規(guī)程規(guī)范對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件進(jìn)行受力分析和截面設(shè)計(jì)，確保圍堰結(jié)構(gòu)滿足承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求。采用軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法采用經(jīng)典極限平衡法，計(jì)算內(nèi)容包括各種工況下抗傾覆及嵌固深度計(jì)算。計(jì)算假定：圍堰擋水進(jìn)行素填土模擬，即取填土重度與水相同為10kn/m3、粘聚力及內(nèi)摩擦角均為零，在非擋水側(cè)河底經(jīng)過(guò)塊石擠淤后1.5m厚度的碎石或者堆放袋裝土。計(jì)算所得最大彎矩設(shè)計(jì)值為1811.51 kn.m，630x12mm鋼管組合界面最大截面寬度為1890mm，組合界面慣性矩=1.388x1010mm

6、4，界面中和軸至受拉邊緣的的最大距離為533.24mm，經(jīng)計(jì)算最大拉應(yīng)力為109.61mpa支撐鋼管結(jié)構(gòu)630x12mm軸向抗壓 根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果，6.0m間距水平支撐力為1501.88 kn，軸向支撐力為2123.98 kn，單根630x12mm鋼管截面面積a=23286mm2，經(jīng)計(jì)算軸向應(yīng)力為91.21 mpa，滿足要求。圍堰的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算及抗隆起驗(yàn)算均滿足要求。5.圍堰施工程序與方法5.1打樁設(shè)備選擇采用振動(dòng)錘配合履帶吊，作為沉設(shè)拉森樁主要?jiǎng)恿Γ瑸榇_?；娱_(kāi)挖安全，并采用d609鋼管實(shí)施圍囹加固，必要時(shí)可沉設(shè)錨樁，對(duì)圍護(hù)實(shí)施拉錨加固。投入鋼板樁振動(dòng)錘3臺(tái)用于施工。5. 2導(dǎo)向架的安裝

7、在圍堰施工中，為保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直，控制樁的打入精度，防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力，設(shè)置一定剛度的、堅(jiān)固的導(dǎo)向架，亦稱“施工圍檁”。導(dǎo)向架采用單層雙面形式，通常由導(dǎo)梁和圍檁樁等組成，圍檁樁的間距一般為2.53.5m，雙面圍檁之間的間距不宜過(guò)大，一般略比板樁墻厚度大815mm。安裝導(dǎo)向架時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）、采用經(jīng)緯儀和水平儀控制和調(diào)整導(dǎo)梁的位置。（2）、導(dǎo)梁的高度要適宜，要有利于控制鋼板樁的施工高度和提高施工工效。（3）、導(dǎo)梁不能隨著鋼板樁的打設(shè)而產(chǎn)生下沉和變形。（4）、導(dǎo)梁的位置應(yīng)盡量垂直，并不能與鋼板樁碰撞。5. 3鋼管樁及拉森樁打設(shè)管樁及拉森樁施工要正確選擇打樁

8、方法、打樁機(jī)械和流水段劃分，以便使打設(shè)后的板樁墻有足夠的剛度和良好的防水作用，且板樁墻面平直，以滿足基礎(chǔ)施工的要求，對(duì)封閉式板樁墻還要求封閉合攏。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用單獨(dú)打入法。此法是從一角開(kāi)始逐塊插打，每塊鋼板樁自起打到結(jié)束中途不停頓。因此，樁機(jī)行走路線短，施工簡(jiǎn)便，打設(shè)速度快。但是，由于單塊打入，易向一邊傾斜，累計(jì)誤差不易糾正，墻面平直度難以控制。（1）、先由測(cè)量人員定出鋼板樁圍堰的軸線，可每隔一定距離設(shè)置導(dǎo)向樁，導(dǎo)向樁直接使用鋼板樁，然后掛繩線作為導(dǎo)線，打樁時(shí)利用導(dǎo)線控制鋼板樁的軸線，在軸向法向要求搞的情況下，采用導(dǎo)向架。（2）、準(zhǔn)備樁帽及送樁：打樁機(jī)吊起鋼板樁，人工扶正就位。（3）、單樁逐根連續(xù)施打，注意樁頂高程不宜相差太大。（4）、在插打過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控每塊樁的斜度不超過(guò)2%，當(dāng)偏斜過(guò)大不能用