CN107587524A - 一种穿越海堤的排水管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种穿越海堤的排水管施工方法，该方法包括下列步骤：(A)在海堤内侧修筑防渗墙和围堰，开挖沟槽；(B)在排水管前端部分打入钢管桩，在钢管桩上部设用于放置排水管的钢横梁；(C)将钢管焊接，防腐，用牺牲阳极保护，然后放置到钢管桩上部的钢横梁上，待钢管就位后，在桩基础以外的部分的管道浇筑砼包管或砼管座(C35水下砼包管)；(D)砼包管浇注之后，进行沟槽回填。沟槽回填优选采用塘渣，分层进行，分层压实。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿越海堤的排水管施工方法。
背景技术
穿越海堤的排水管埋深较深，基本上处于常水位3米以下，均需在水上水下施工，不论沟槽开挖、还是砼的浇筑，都难度很大。另外，排水管穿越现有海堤，如何保证施工期内的海堤安全是工程技术人员所面临的难题，还有，排水管(钢管)一次性加工长度达到80米左右，难以保证钢管在工厂制作的质量和运输安全。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种穿越海堤的排水管施工方法，该方法包括下列步骤：
(A)在海堤内侧修筑防渗墙和围堰，开挖沟槽；
无桩基部分沟槽采用挖掘机通过后退法开挖，边坡比为1:1.5-2.5，优选1:2，桩基部分沟槽采用抓斗式挖泥船开挖，开挖深度-3.0～-4.5米，优选约-3.5米，坡度1:3-5，优选1:4。
(B)在排水管前端部分打入钢管桩，在钢管桩上部设用于放置排水管的钢横梁；优选地，在排水管前端20-30米，优选25米左右采用钢管桩基础，钢管桩两桩一组，共打2-4排，优选3排，每排间距7-11米，优选约9米。优选地，钢管桩采用浮吊振动锤打设，为保证桩位和横梁的标高，钢管桩采用割桩法控制桩顶标高，即在沉桩时，钢管桩在水面上保留一定的长度，然后测量桩的平面位置、倾斜度和标高后，计算出应割的长度，由潜水员水下进行割桩。
(C)将钢管焊接，防腐，用牺牲阳极保护，然后放置到钢管桩上部的钢横梁上，待钢管就位后，在桩基础以外的部分的管道浇筑砼包管或砼管座(C35水下砼包管)；
(D)砼包管浇注之后，进行沟槽回填。沟槽回填优选采用塘渣，分层进行，分层压实。
优选地，步骤(C)中，钢管采用以下方式安放：(1)钢管管端用法兰焊牢，并分别在两端封板上焊制(例如直径50mm左右的)进水阀门和排气阀门(下水前关闭)，钢管水上船运至施工现场后，用浮吊(例如150T浮吊)将钢管从运桩船上吊至水中，用卷扬机、浮吊将钢管牵引至沟槽上方并粗略定位，然后从钢管的一端注水，打开另一端阀门排气，使钢管缓慢下沉(随时调整好排水管轴线及管位)，直至钢管下沉到位；(2)钢管下沉到管道基础后，采用管座等对钢管临时进行固定，然后对钢管下沉就位后的高程及轴线进行验收，合格后浇筑砼管座。
优选地，步骤(C)中，混凝土采用商品砼，按C35水下混凝土拌制包管砼，混凝土粗、细骨料采用级配良好的碎石、中粗砂，含砂率为0.4～0.5，水泥强度不应低于42.5，胶凝材料用量不宜小于350Kg/m3，且水泥用量不应小于300Kg/m3，坍落度控制在18±2cm。砼用罐车运输，泵车入模浇筑施工，插入式振捣器振捣。砼浇筑前必须先检查混凝土泵的输送管路确保不透水。
优选地，步骤(C)中，防腐采用环氧型防腐涂料涂布。
优选地，步骤(C)中，牺牲阳极安装位置应使被保护钢结构表面电位均匀分布，均匀布置，牺牲阳极安装位置在钢管两侧交错布置。
排水口钢管牺牲阳极在钢管厂制作时进行焊接，每块牺牲阳极两个焊脚、四条焊缝，要求每条焊缝的长度>80mm,焊缝截面高度>5mm,焊缝基本连续平整，宽度基本均匀，无明显裂纹，焊接牢固，保证20年不脱落。阳极在运输、存放与施工中表面严禁沾染油污。阳极材料可使用Al-Zn-In-Mg-Ti合金，其电化学性能满足下列要求：
铝合金阳极的电化学性能
本发明方法可进一步包括：
(F)计算土坡稳定安全系数：
式子中：
Fs--土坡稳定安全系数；
c--土层的粘聚力；
li--第i条土条的圆弧长度；
γ--土层的计算重度；
θi--第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角；
--土层的内摩擦角；
bi--第i条土的宽度；
hi--第i条土的平均高度；
h1i――第i条土水位以上的高度；
h2i――第i条土水位以下的高度；
γ'――第i条土的平均重度的浮重度；
q――第i条土条土上的均布荷载；
其中，根据几何关系，求得hi为：
式中：
r--土坡滑动圆弧的半径；
l0--坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度；
α---土坡与水平面的夹角；
h1i的计算公式
当h1i≥hi时，取h1i＝hi；
当h1i≤0时，取h1i＝0；
h2i的计算公式：
h2i＝hi-h1i；
hw――土坡外地下水位深度；
li的几何关系为：
本发明的优点
本发明提供了穿越海堤的排水管施工方法，该施工方法保证了施工期内的海堤安全，沟槽开挖、砼的浇筑方便易行。
附图说明
图1为无桩基部分沟槽开挖示意图，其中，钢管下设碎石垫层5和工字钢管枕4，钢管周围为水下砼2，斜坡面设有无纺土工布3。
图2为桩基部分沟槽开挖示意图，其中，在排水管前端部分打入钢管桩9，在钢管桩9上部设用于放置排水管的钢横梁8，钢管1设置在钢横梁8上，钢管周围敷设回填碎石7和回填块石6。
图3为桩基纵断面示意图。
图4为土坡稳定安全系数计算的结构模型。
图5为土坡稳定安全系数计算第1步示意图。
图6为土坡稳定安全系数计算第2步示意图。
附图标记说明：
1、钢管；2、水下砼；3、无纺土工布；4、工字钢管枕；5、碎石垫层；6、回填块石；7、回填碎石；8、钢横梁；9、钢管桩；10、法兰。
具体实施方式
以下结合附图来进一步说明本发明。
本发明提供一种穿越海堤的排水管施工方法，该方法包括下列步骤：
(A)在海堤内侧修筑防渗墙和围堰，开挖沟槽。
无桩基部分沟槽采用挖掘机通过后退法开挖，边坡比为1:1.5-2.5，优选1:2(如图1所示)，桩基部分沟槽采用抓斗式挖泥船开挖，开挖深度-3.0～-4.5米，优选约-3.5米，坡度1:3-5，优选1:4(如图2所示)。
(B)在排水管前端部分打入钢管桩9，在钢管桩9上部设用于放置排水管的钢横梁8。
优选地，在排水管前端20-30米，优选25米左右采用钢管桩基础，钢管桩两桩一组，共打2-4排，优选3排，每排间距7-11米，优选约9米。优选地，钢管桩9采用浮吊振动锤打设，为保证桩位和横梁的标高，钢管桩采用割桩法控制桩顶标高，即在沉桩时，钢管桩在水面上保留一定的长度，然后测量桩的平面位置、倾斜度和标高后，计算出应割的长度，由潜水员水下进行割桩(如图3所示)。
(C)将钢管1焊接，防腐，用牺牲阳极保护，然后放置到钢管桩9上部的钢横梁8上，待钢管就位后，在桩基础以外的部分的管道浇筑砼包管或砼管座(C35水下砼包管)。
(D)砼包管浇注之后，进行沟槽回填。沟槽回填优选采用塘渣，分层进行，分层压实。
步骤(C)中，钢管可采用以下方式安放：(1)钢管管端用法兰(法兰封板)焊牢，并分别在两端封板上焊制(例如直径50mm左右的)进水阀门和排气阀门(下水前关闭)，钢管水上船运至施工现场后，用浮吊(例如150T浮吊)将钢管1从运桩船上吊至水中，用卷扬机、浮吊将钢管1牵引至沟槽上方并粗略定位，然后从钢管的一端注水，打开另一端阀门排气，使钢管缓慢下沉(随时调整好排水管轴线及管位)，直至钢管下沉到位；(2)钢管1下沉到管道基础后，采用管座等对钢管临时进行固定，然后对钢管下沉就位后的高程及轴线进行验收，合格后浇筑砼管座。
步骤(C)中，混凝土采用商品砼，按C35水下混凝土拌制包管砼，混凝土粗、细骨料采用级配良好的碎石、中粗砂，含砂率为0.4～0.5，水泥强度不应低于42.5，胶凝材料用量不宜小于350Kg/m3，且水泥用量不应小于300Kg/m3，坍落度控制在18±2cm。砼用罐车运输，泵车入模浇筑施工，插入式振捣器振捣。砼浇筑前必须先检查混凝土泵的输送管路确保不透水。
步骤(C)中，防腐可采用环氧型防腐涂料涂布。
步骤(C)中，牺牲阳极安装位置应使被保护钢结构表面电位均匀分布，均匀布置，牺牲阳极安装位置在钢管两侧交错布置。
排水口钢管牺牲阳极在钢管厂制作时进行焊接，每块牺牲阳极两个焊脚、四条焊缝，要求每条焊缝的长度>80mm,焊缝截面高度>5mm,焊缝基本连续平整，宽度基本均匀，无明显裂纹，焊接牢固，保证20年不脱落。阳极在运输、存放与施工中表面严禁沾染油污。阳极材料可使用Al-Zn-In-Mg-Ti合金，其电化学性能满足下列要求：
铝合金阳极的电化学性能
本申请中的开挖沟槽属于深基坑，可采用以下公式计算土坡稳定安全系数(参见图4的计算模型)：
式子中：
Fs--土坡稳定安全系数；
c--土层的粘聚力；
li--第i条土条的圆弧长度；
γ--土层的计算重度；
θi--第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角；
--土层的内摩擦角；
bi--第i条土的宽度；
hi--第i条土的平均高度；
h1i――第i条土水位以上的高度；
h2i――第i条土水位以下的高度；
γ'――第i条土的平均重度的浮重度；
q――第i条土条土上的均布荷载；
其中，根据几何关系，求得hi为：
式子中：
r--土坡滑动圆弧的半径；
l0--坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度；
α---土坡与水平面的夹角；
h1i的计算公式
当h1i≥hi时，取h1i＝hi；
当h1i≤0时，取h1i＝0；
h2i的计算公式：
h2i＝hi-h1i；
hw――土坡外地下水位深度；
li的几何关系为：
计算安全系数:
将数据各参数代入上面的公式，通过循环计算，求得最小的安全系数Fs：
| 计算步数 | 安全系数 | 滑裂角(度) | 圆心X(m) | 圆心Y(m) | 半径R(m) |
| 第1步 | 2.391 | 31.758 | 1.416 | 3.100 | 3.408 |
示意图如图5所示。
| 计算步数 | 安全系数 | 滑裂角(度) | 圆心X(m) | 圆心Y(m) | 半径R(m) |
| 第2步 | 1.556 | 41.414 | 2.608 | 8.758 | 9.138 |
示意图如图6所示。
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数Fs＝2.391>1.30满足要求[标高-2.000m]。
第2步开挖内部整体稳定性安全系数Fs＝1.556>1.30满足要求[标高-5.000m]。
Claims (9)
1.一种穿越海堤的排水管施工方法，该方法包括下列步骤：
(A)在海堤内侧修筑防渗墙和围堰，开挖沟槽；
(B)在排水管前端部分打入钢管桩，在钢管桩上部设用于放置排水管的钢横梁；
(C)将钢管焊接，防腐，用牺牲阳极保护，然后放置到钢管桩上部的钢横梁上，待钢管就位后，在桩基础以外的部分的管道浇筑砼包管或砼管座；
(D)砼包管浇注之后，进行沟槽回填。沟槽回填优选采用塘渣，分层进行，分层压实。
2.根据权利要求1所述的排水管施工方法，其特征在于，无桩基部分沟槽采用挖掘机通过后退法开挖，边坡比为1:1.5-2.5，优选1:2，桩基部分沟槽采用抓斗式挖泥船开挖，开挖深度-3.0～-4.5米，优选约-3.5米，坡度1:3-5，优选1:4；和/或
在排水管前端20-30米采用钢管桩基础，钢管桩两桩一组，共打2-4排，优选3排，每排间距7-11米，优选约9米。
3.根据权利要求1或2所述的排水管施工方法，其特征在于，钢管桩采用浮吊振动锤打设，钢管桩采用割桩法控制桩顶标高以保证桩位和横梁的标高。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的排水管施工方法，其特征在于，步骤(C)中，钢管采用以下方式安放：(1)钢管管端用法兰焊牢，并分别在两端封板上焊制进水阀门和排气阀门，下水前关闭进水阀门和排气阀，钢管水上船运至施工现场后，用浮吊将钢管从运桩船上吊至水中，用卷扬机、浮吊将钢管牵引至沟槽上方并粗略定位，然后从钢管的一端注水，打开另一端阀门排气，使钢管缓慢下沉，调整好排水管轴线及管位，直至钢管下沉到位；(2)钢管下沉到管道基础后，采用管座等对钢管临时进行固定，然后对钢管下沉就位后的高程及轴线进行验收，合格后浇筑砼管座。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的排水管施工方法，其特征在于，步骤(C)中，混凝土采用商品砼，按C35水下混凝土拌制包管砼，混凝土粗、细骨料采用级配良好的碎石、中粗砂，含砂率为0.4～0.5，水泥强度不应低于42.5，胶凝材料用量不宜小于350Kg/m3，且水泥用量不应小于300Kg/m3，坍落度控制在18±2cm。砼用罐车运输，泵车入模浇筑施工，插入式振捣器振捣。砼浇筑前必须先检查混凝土泵的输送管路确保不透水。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的排水管施工方法，其特征在于，步骤(C)中，防腐采用环氧型防腐涂料涂布。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的排水管施工方法，其特征在于，步骤(C)中，牺牲阳极安装位置应使被保护钢结构表面电位均匀分布，均匀布置，牺牲阳极安装位置在钢管两侧交错布置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的排水管施工方法，其特征在于排水口钢管牺牲阳极在钢管厂制作时进行焊接，每块牺牲阳极两个焊脚、四条焊缝，每条焊缝的长度>80mm，焊缝截面高度>5mm，焊缝连续平整，宽度均匀，无明显裂纹，焊接牢固。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的排水管施工方法，其特征在于其进一步包括：
(F)计算土坡稳定安全系数：
式子中：
Fs--土坡稳定安全系数；
c--土层的粘聚力；
li--第i条土条的圆弧长度；
γ--土层的计算重度；
θi--第i条土到滑动圆弧圆心与竖直方向的夹角；
--土层的内摩擦角；
bi--第i条土的宽度；
hi--第i条土的平均高度；
h1i――第i条土水位以上的高度；
h2i――第i条土水位以下的高度；
γ'――第i条土的平均重度的浮重度；
q――第i条土条土上的均布荷载；
其中，根据几何关系，求得hi为：
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式中：
r--土坡滑动圆弧的半径；
l0--坡角距圆心垂线与坡角地坪线交点长度；
α---土坡与水平面的夹角；
h1i的计算公式
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当h1i≥hi时，取h1i＝hi；
当h1i≤0时，取h1i＝0；
h2i的计算公式：
h2i＝hi-h1i；
hw――土坡外地下水位深度；
li的几何关系为：
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