CN109914371B - 一种组装式施工钢平台及水下取水头方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种组装式施工钢平台及水下取水头方法，其包括施工钢平台和取水头方法，施工钢平台包括钢栈桥、钢平台和取水泵房，钢栈桥和钢平台为相同的部件组成，其包括工字钢、钢管桩、槽钢斜撑、贝雷架、工字钢、槽钢、走道板和钢管护栏；取水头方法包括地勘、选材、搭建施工钢平台；使用钓鱼法施工法计算验算贝雷架、工字钢和钢管桩的载荷；其中搭建施工钢平台，包括水下施工、搭建结构、取水箱和引水管线安装；待施工和取水完成后，拆除施工钢平台；该发明彻底改变传统施工方法中工程投资大、工期长、安全隐患多、不利于环保等现象，在以后的取水头施工中将会大幅降低投资、缩短工期同时在很大程度上确保施工安全。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程水下施工技术领域，具体而言，涉及一种组装式施工钢平台及水下取水头方法。
背景技术
随着我国城镇化和工业化发展，生活用水和工业用水的需求正在日益增长，全国各地正在拟建、扩建和新建不同类型的引水工程，为保证水质质量，降低水处理费用，减少以后的运营成本，取水头正向江中、河中或湖中拓展。拓展后的取水头大多处在水深、流急，水域宽广的位置。而目前取水头的施工方法多数采用传统的围堰和利用船舶来提供施工作业面。随着取水位置的延伸，如继续采用传统的围堰式或利用船舶对水头进行水下施工方法；前者往往造成工程投资偏大、工期长、安全隐患多。后者必须具有大吨位的打桩船满足水下桩的施工，大吨位的浮吊满足水箱及半成品件的安装和水下混凝土的浇筑。现有的传统施工方法存在投资大、安全性差、施工工期长、不利于环保等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组装式施工钢平台及水下取水头方法，其能够适用不同条件下的取水头作业，减少投资、缩短工期而且对水资源和环境保护方面均有良好的经济和社会效益，搭建的施工钢平台易于实施并且便于拆卸，有助于快速取水头施工。
本发明的实施例是这样实现的：
一种组装式施工钢平台及水下取水头方法，其包括施工钢平台和取水头方法，施工钢平台包括钢栈桥、钢平台和取水泵房，钢栈桥和钢平台为相同的部件组成，其包括工字钢、钢管桩、槽钢斜撑、贝雷架、角钢、槽钢、走道板和钢管护栏；取水头方法包括：（1）根据取水头尺寸及地勘资料设计施工钢平台并选择部件的材质型号；（2）在设计施工钢平台时，依次确定走道板、工字钢、贝雷架和钢管桩的承载能力；（3）确定钢栈桥的结构型式并通过弯矩和剪力计算走道板、工字钢、贝雷架和钢管桩的载荷；（4）使用钓鱼法施工法计算验算贝雷架、工字钢和钢管桩的载荷，判断是否符合要求；（5）搭建施工钢平台，包括水下施工、搭建结构、取水箱和引水管线安装；（6）待施工和取水完成后，拆除施工钢平台。
在本发明较佳的实施例中，上述使用搭建的施工钢平台进行取水，施工钢平台的结构为拆卸式结构。
在本发明较佳的实施例中，上述依据（2）和（3）中的计算，选择钢管桩的直径和壁厚、槽钢斜撑和工字钢的型号。
在本发明较佳的实施例中，上述钓鱼法施工法包括对贝雷架的载荷验算：履带吊行走至栈桥一端，将履带吊的全部荷载集中作用于贝雷架，判断贝雷架的弯矩和剪力是否满足要求；对工字钢的载荷验算：履带吊的全部荷载集中作用在结构顶部时，计算单片贝雷架支点的反力，判断工字钢是否满足要求；对钢管桩的载荷验算：履带吊的全部荷载集中作用在结构顶部时，计算单根钢管的反力，判断钢管桩是否满足要求。
在本发明较佳的实施例中，上述钢平台的搭建包括以下：S1、选择沉桩管材并进行水下打桩施工；S2、搭建钢管桩、工字钢，使用振动沉桩设备将钢管桩打入水下固定，根据钢管桩顶的开槽安装工字钢并焊接；S3、搭设贝雷架、铺设工字钢并加固，焊接槽钢和工字钢，铺设走道板和焊接钢管护栏。
在本发明较佳的实施例中，上述钢栈桥连接至钢平台的侧边且相互之间具有夹角，取水泵房安装在钢平台的一端且相互之间具有间隔。
在本发明较佳的实施例中，上述工字钢连接至作为底部桩的相邻钢管桩之间且形成平台基座，共设置有多个平台基座且相邻平台基座之间具有间隔，多个贝雷架首尾连接并铺设在平台基座，槽钢斜撑的两端分别连接钢管桩和贝雷架，工字钢铺设在多个贝雷架的顶部。
在本发明较佳的实施例中，上述走道板沿工字钢的顶部铺设，钢管护栏焊接至工字钢且位于钢平台的两侧。
在本发明较佳的实施例中，上述槽钢斜撑、钢管桩和贝雷架之间形成三角结构。
在本发明较佳的实施例中，上述贝雷架的顶部和工字钢之间连接有槽钢，贝雷架的底部和工字钢之间连接有角钢。
本发明的有益效果是：
本发明通过搭建钢栈桥和钢平台，组装式可拆卸利于搭建和拆除，利用搭建的施工钢平台进行取水头作业，能够在不同的环境下，快速找到水头，从而顺利地进行施工作业；该发明能够适用不同条件下的取水头作业，节约投资、缩短工期、保证施工安全，同时保护了环境。与传统的技术相比，本发明是利用一种全新的施工方法来解决传统的取水头施工中的施工难点。该发明在节约投资、缩短工期、保证施工安全和环境保护等方面效果明显，有良好的经济和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
图1为本发明施工钢平台的俯视示意图；
图2为本发明施工钢平台的正视示意图；
图3为本发明施工钢平台的截面示意图；
图4为本发明钢平台的顶部截面示意图；
图标：101-钢栈桥；102-钢平台；103-取水泵房；111-工字钢；112-钢管桩；113-槽钢斜撑；114-贝雷架；115-角钢；116-槽钢；117-走道板；118-钢管护栏；119-钢管斜桩。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种组装式施工钢平台及水下取水头方法，其包括施工钢平台和取水头方法，施工钢平台包括钢栈桥101、钢平台102和取水泵房103，钢栈桥101和钢平台102为相同的部件组成，其包括工字钢111、钢管桩112、槽钢斜撑113、贝雷架114、角钢115、槽钢116、走道板117和钢管护栏118；取水头方法包括：
（1）根据取水头尺寸及地勘资料设计施工钢平台并选择部件的材质型号；
（2）在设计施工钢平台时，依次确定走道板117、工字钢111、贝雷架114和钢管桩112的承载能力；
（3）确定钢栈桥101的结构型式并通过弯矩和剪力计算走道板117、工字钢111、贝雷架114和钢管桩112的载荷；根据计算选择钢管桩112的直径和壁厚、槽钢斜撑113和工字钢111的型号；
（4）使用钓鱼法施工法计算验算贝雷架114、工字钢111和钢管桩112的载荷，判断是否符合要求；钓鱼法施工法包括对贝雷架114的载荷验算：履带吊行走至栈桥一端，将履带吊的全部荷载集中作用于贝雷架114，判断贝雷架114的弯矩和剪力是否满足要求；对工字钢111的载荷验算：履带吊的全部荷载集中作用在结构顶部时，计算单片贝雷架114支点的反力，判断工字钢111是否满足要求；对钢管桩112的载荷验算：履带吊的全部荷载集中作用在结构顶部时，计算单根钢管的反力，判断钢管桩112是否满足要求；
（5）搭建施工钢平台，包括水下施工、搭建结构、取水箱和引水管线安装；将饮水管线的一端接至取水箱的出口处，并将饮水管线的另一端延伸至钢平台102；
（6）待施工和取水完成后，使用氧焊的方式对焊接处进行灼烧，拆除施工钢平台。
钢平台102的搭建包括以下：
S1、选择沉桩管材并进行水下打桩施工；
S2、搭建钢管桩112、工字钢111，使用振动沉桩设备将钢管桩112打入水下固定，根据钢管桩112顶的开槽安装工字钢111并焊接；
S3、按设计的施工钢平台搭设贝雷架114、铺设工字钢111并加固，焊接槽钢116和工字钢111，铺设走道板117和焊接钢管护栏118。
本实施例选用的钢栈桥101和钢平台102的材料型号为：I22b和I36b工字钢111、22b槽钢116和φ820×8mm钢管桩112。
本实施例选用的履带吊参数为下表：
表1 履带吊参数
载荷计算为工程力学的内容，计算过程为现有技术，本实施例中简单进行介绍。
55t履带吊（自重50吨）进行振动桩施工时（振动锤重8吨，钢管桩112重3.5吨）。因此，线性荷载集度为（500+80+35）/4.7=130.85KN/m，计入冲击系数1.3后，其线荷载为170KN/m；履带吊进行取水头部吊装施工时（吊装重量150KN）。因此，线性荷载集度为（500+150）÷4.7=138.3KN/m，计入冲击系数1.3后，其线荷载为180KN/m。
走道板117为I22b槽钢116，焊接在中心间距750mm的I22b工字钢111纵梁，履带吊机履带宽度（760mm）及9立方米混凝土罐车轮胎宽度（前轮宽300mm，中后轮宽600mm）均大于工字钢111横梁间距，荷载直接作用在I22b工字钢111上，故I22b槽钢116面层不作检算，满足要求。
55t履带吊吊装时线荷载为180KN/m，履带宽度76cm，I22b工字钢111纵梁中心间距750mm，最不利情况应为三根工字钢111纵梁受力。
单根I22b纵梁所受均布荷载q为：
q=180÷3÷2=30kN/m,再在此荷载基础上考虑1.2履带吊偏载系数，则。
9m贝雷架114结构自重：
I22b：9m×28.4Kg/m×48=12269.8Kg；
I22b：12根×31.1Kg/m×9m=3358.9Kg；
贝雷架114自重：30片×270Kg=8100Kg；
9m跨径贝雷上恒载总重：（12269.8+3358.9+8100）Kg=23.8t；
其他未计构件按1.2系数考虑，贝雷上恒载总重为23.8t×1.2=28.56t。
故单组贝雷（三片单层）每延米恒载为285.6÷9÷3=10.6KN/m。
根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，考虑自重后，弯矩Mmax及剪力Qmax如下：
Mmax=1125.6KNm<[M]=788.2×3KNm=2356.5KNm；
Qmax=535.3kN<[Q]=245×3KN=735KN；
贝雷架对I36b工字钢111的作用点位于顶支点位置，故主要验算I36b工字钢111的抗剪性能。单侧贝雷剪力为495.7KN。
单片贝雷底反力：535.3÷3=178.4KN。
依照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》、《公路桥梁设计通用规范》和《装配式公路钢桥多用途使用手册》，钓鱼法施工，贝雷架114验算、I36b工字钢111验算、钢管桩112验算。
（1）贝雷架114验算钓鱼法施打钢管桩112时，履带吊行走至栈桥前端，偏保守取履带吊全部荷载作为集中力作用于钢管顶部贝雷架，其力值取665KN。
贝雷架114剪力：665KN÷6=110.83 KN <[Q]=245KN，满足要求。
贝雷架114弯矩已满足要求，不予重复。
（2） I36b工字钢111验算：
根据前面计算，吊装时单片贝雷支点反力为178.4KN>110.83KN，故I36b工字钢111也满足要求。
（3）钢管桩112验算：
根据前面计算，单钢管顶部恒载支反力为239÷2=119.5KN，钓鱼法施作钢管时单根钢管反力615KN÷2=307.5 KN。
单根钢管反力=119.5KN+307.5 KN=427KN<550KN(钢管承载力设计值)，故钢管桩112满足要求。
请参照图1、图2和图3，施工钢平台包括钢栈桥101、钢平台和取水泵房103，钢栈桥101和钢平台为相同的部件组成，其包括工字钢111、钢管桩112、槽钢斜撑113、贝雷架114、角钢115、槽钢116、走道板117和钢管护栏118；钢栈桥101连接至钢平台的侧边且相互之间具有夹角，取水泵房103安装在钢平台的一端且相互之间具有间隔；使用搭建的施工钢平台进行取水，施工钢平台的结构为拆卸式结构。
请参照图4，工字钢111共包括两种：I22b和I36b，其中I22b工字钢111作为纵梁，I36b工字钢111作为横梁，钢管桩112打入水下，共打入6排、每排4个钢管桩112作为钢平台的基座，打入6排、每排4个钢管桩112作为钢栈桥101的基座，钢栈桥101和钢平台之间具有45°的夹角，钢栈桥101连接在钢平台的侧面，I36b工字钢111作为横梁连接至相邻钢管桩112之间形成平台基座，钢管桩112作为底部桩，每个基座共有相互间隔的4个钢管桩112，相邻排钢管桩112之间具有间隔，共设置有12个平台基座且钢平台和钢栈桥101各6个，钢管桩112的顶部分别凹设有卡入工字钢111的卡槽，I36b工字钢111卡入卡槽内并与钢管桩112焊接；多个贝雷架114首尾焊接并铺设在相邻两个I36b工字钢111的横梁上，搭建在平台基座的主梁位置为相互连接的一组三排单层贝雷架114，平台基座的主梁搭建在钢管桩112的顶部，组与组间距最大为3000mm，安装在2根I36b横梁上，最大跨径为9m，根据栈桥布置以及其使用情况，中间一组三排单层贝雷梁受力最大，其荷载为单台履带吊的一半；槽钢斜撑113的两端分别连接钢管桩112和贝雷架114，槽钢斜撑113、钢管桩112和贝雷架114之间形成三角结构，槽钢斜撑113倾斜设置，槽钢斜撑113的底端与钢管桩112焊接，槽钢斜撑113的顶端与贝雷架114焊接，I22b工字钢111作为纵梁铺设在多组贝雷架114组成的整体结构的顶部，铺设后I22b工字钢111与贝雷架114的顶部焊接，工字钢111作为纵梁从贝雷架114的一端至另一端延伸，贝雷架114的顶部和工字钢111之间连接有槽钢116，贝雷架114的底部和工字钢111之间连接有角钢115，贝雷架114的底部与作为横梁的工字钢111之间焊接并利用角钢115将相邻贝雷架114固定焊接，角钢115相互搭建后呈倒立的凹字状，角钢115的凹向朝下，其两端分别焊接至作为横梁的工字钢111，角钢115的中部将贝雷架114的底部卡嵌式扣住，贝雷架114的顶部与作为纵梁的工字钢111之间焊接并利用槽钢116在两者的连接处支撑固定，槽钢116的开口朝外，其顶部和侧面分别抵靠工字钢111和贝雷架114；走道板117沿工字钢111的顶部铺设，从钢平台或钢栈桥101的一端至另一端铺设，其中走道板117为槽钢116，槽钢116相互并列形成走道板117，钢管护栏118呈网格支架状，钢管护栏118底端焊接至工字钢111且位于钢平台的两侧。
本发明实例通过搭建钢栈桥和钢平台，组装式可拆卸利于搭建和拆除，利用搭建的施工钢平台进行取水头作业，能够在不同的环境下，快速找到水头，从而顺利地进行施工作业；该发明能够适用不同条件下的取水头作业，节约投资、缩短工期、保证施工安全，同时保护了环境。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种水下取水头的施工方法，其特征在于，包括组装式施工钢平台和取水头的施工方法，施工钢平台包括钢栈桥、钢平台和取水泵房，所述钢栈桥和钢平台为相同的部件组成，其包括工字钢、钢管桩、槽钢斜撑、贝雷架、角钢、走道板和钢管护栏；取水泵房安装在钢平台的一端且相互之间具有间隔；使用搭建的施工钢平台进行取水，施工钢平台的结构为拆卸式结构，钢栈桥和钢平台之间具有45°的夹角，钢栈桥连接在钢平台的侧面，I36b工字钢作为横梁连接至相邻钢管桩之间形成平台基座，钢管桩作为底部桩，钢管桩的顶部分别凹设有卡入工字钢的卡槽，I36b工字钢卡入卡槽内并与钢管桩焊接，多个贝雷架首尾焊接并铺设在相邻两个I36b工字钢的横梁上，搭建在平台基座的主梁位置为相互连接的一组三排单层贝雷架，平台基座的主梁搭建在钢管桩的顶部，槽钢斜撑的两端分别连接钢管桩和贝雷架，槽钢斜撑、钢管桩和贝雷架之间形成三角结构，槽钢斜撑倾斜设置，槽钢斜撑的底端与钢管桩焊接，槽钢斜撑的顶端与贝雷架焊接，I22b工字钢作为纵梁铺设在多组贝雷架组成的整体结构的顶部，铺设后I22b工字钢与贝雷架的顶部焊接，工字钢作为纵梁从贝雷架的一端至另一端延伸，贝雷架的顶部和工字钢之间连接有槽钢，贝雷架的底部和工字钢之间连接有角钢，贝雷架的底部与作为横梁的工字钢之间焊接并利用角钢将相邻贝雷架固定焊接，角钢两端分别焊接至作为横梁的工字钢，角钢的中部将贝雷架的底部卡嵌式扣住，贝雷架的顶部与作为纵梁的工字钢之间焊接并利用槽钢在两者的连接处支撑固定，槽钢的开口朝外，其顶部和侧面分别抵靠工字钢和贝雷架；走道板沿工字钢的顶部铺设，槽钢相互并列形成走道板，钢管护栏呈网格支架状，钢管护栏底端焊接至工字钢且位于钢平台的两侧；取水头的施工方法包括：（1）根据取水头尺寸及地勘资料设计施工钢平台并选择部件的材质型号；（2）在设计施工钢平台时，依次确定走道板、工字钢、贝雷架和钢管桩的承载能力；（3）确定钢栈桥的结构型式并通过弯矩和剪力计算走道板、工字钢、贝雷架和钢管桩的载荷；（4）使用钓鱼法施工法计算验算贝雷架、工字钢和钢管桩的载荷，判断是否符合要求；（5）搭建施工钢平台，包括水下施工、搭建结构、取水箱和引水管线安装；（6）待施工和取水完成后，拆除施工钢平台。
2.根据权利要求1所述的一种水下取水头的施工方法，其特征在于，依据步骤（2）和步骤（3）中的计算，选择钢管桩的直径和壁厚、槽钢斜撑和工字钢的型号。
3.根据权利要求1所述的一种水下取水头的施工方法，其特征在于，所述钓鱼法施工法包括对贝雷架的载荷验算：履带吊行走至栈桥一端，将履带吊的全部荷载集中作用于贝雷架，判断贝雷架的弯矩和剪力是否满足要求；对工字钢的载荷验算：履带吊的全部荷载集中作用在结构顶部时，计算单片贝雷架支点的反力，判断工字钢是否满足要求；对钢管桩的载荷验算：履带吊的全部荷载集中作用在结构顶部时，计算单根钢管的反力，判断钢管桩是否满足要求。
4.根据权利要求1所述的一种水下取水头的施工方法，其特征在于，所述钢平台的搭建包括以下：S1、选择沉桩管材并进行水下打桩施工；S2、搭建钢管桩、工字钢，使用振动沉桩设备将钢管桩打入水下固定，根据钢管桩顶的开槽安装工字钢并焊接；S3、搭设贝雷架、铺设工字钢并加固，焊接槽钢和工字钢，铺设走道板和焊接钢管护栏。
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