CN111173073B - 一种新型筒式钢结构取排水口系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电厂技术领域，尤其涉及一种新型筒式钢结构取排水口系统及其设计方法，包括下部打入海床面以下的钢管桩、用于排水的套筒和用于与电厂排水管路连通的套管，套筒套设固定于钢管桩内并与钢管桩同轴设置，套筒上部开设有水口，钢管桩的圆周面上开设有连接孔，套管套设于连接孔内，钢管桩、套筒和套管的表面均涂覆有防腐涂层；钢管桩内设置有第一石块层，套管的圆周面周围填充有第一碎石层，第一碎石层上铺设第二石块层。本发明的取水口结构有助缩短施工工期，降低造价；另外，适用不同电厂对取排水量的要求，便于推广使用；最后，有助于防止海水腐蚀等对结构的破坏，显著延长结构的使用年限。

Description

一种新型筒式钢结构取排水口系统及其设计方法

技术领域

本发明涉及电厂技术领域，尤其涉及一种新型筒式钢结构取排水口系统及其设计方法。

背景技术

随着经济的高速发展，我国用电需求亦是日益增加。火/核电作为我国电能的主要来源，在国民经济建设中占据核心的地位。作为保障火核电厂正常运行的主要构筑物，取排水系统的运行效率成为制约电厂发展的关键因素。尤其对于沿海电厂，水下的取排水作业使得施工难度进一步增大，在保证取排水不泄露的情况下还需考虑海水腐蚀等因素的影响。

就目前来说，保证水下取水口系统正常、高效、长寿命的运行是亟待解决的问题之一。增加结构壁厚虽能延长结构的使用寿命，但亦会导致经费投入大幅上涨、结构自重显著增大和施工难度加大等问题，进而产生一系列潜在的风险，但水下的不可控使得并不能从根本上提高排水系统的高效性。

另外，现有技术中的取排水结构需要进行大面积的开挖至一定深度进行管桩的设置，大幅增加沿海地区海平面以下的施工难度，且在开挖之后需要通过混凝土回填固定，增加了施工工期，施工成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种有助于缩短施工工期，提高使用年限以及降低成本的新型筒式钢结构取排水口系统及其设计方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种新型筒式钢结构取排水口系统，包括下部打入海床面以下的钢管桩、用于排水的套筒和用于与电厂排水管路连通的套管，所述套筒套设固定于钢管桩内并与所述钢管桩同轴设置，所述套筒上部开设有水口，所述钢管桩的圆周面上开设有连接孔，所述套管套设于所述连接孔内，所述钢管桩、套筒和套管的表面均涂覆有防腐涂层；

所述钢管桩内设置有第一石块层，所述套管的圆周面周围填充有第一碎石层，所述第一碎石层上铺设第二石块层。

可选的，所述钢管桩的内侧壁与所述套筒的外表面之间形成有间隙，所述间隙填充有封堵层。

可选的，所述封堵层通过混凝土浇筑形成。

可选的，所述钢管桩内侧壁与套筒外表面均设有剪力键。

可选的，所述水口的数量有若干个，若干个所述水口沿所述套筒的圆周方向均匀布置。

可选的，所述钢管桩的内侧壁固定有支撑板，所述套筒安装于所述支撑板上。

可选的，所述支撑板沿钢管桩内侧壁圆周方向布置，所述支撑板下端沿圆周方向设有若干支撑三角板。

可选的，所述连接孔套设有连接法兰，所述套管通过所述连接法兰与连接孔连接。

可选的，所述连接孔的外侧端设置有袋装碎石，所述袋装碎石沿连接孔边缘的圆周方向布置。

本发明还提供了一种新型筒式钢结构取排水口系统的设计方法，包括以下步骤：

进行地质勘测确定泥面以下岩层情况，并根据淤泥厚度选择相应的打桩工艺以及钢管桩的入泥长度；

计算钢管桩轴向抗压承载力和抗拔承载力是否符合钢管桩的受力要求。

实施本发明的实施例，具有以下技术效果：

本发明的取排水口系统有助于改善施工技术，无需进行预先大范围的开挖以及大面积的混凝土回填，通过碎石和石块形成第一石块层、第二石块层和第一碎石层进行回填，从而缩短施工工期，降低造价；另外，本发明通过设置套筒与钢管桩连接，可通过设置不同直径的套筒与钢管桩连接，适用不同电厂对取排水量的要求，便于推广使用；最后，通过在钢管桩、套筒和套管的表面涂覆防腐涂层，防止海水腐蚀等对结构的破坏，显著延长结构的使用年限。

通过本发明提供的设计方法，改善沿海电厂取排水系统的结构，有助于缩短施工工期，降低沿海电厂取排水系统的造价。

附图说明

图1是本发明优选实施例的纵剖结构示意图；

图2是图1中A处的放大示意图；

图3是本发明优选实施例中的局部放大示意图；

图4是本发明优选实施例中套筒的纵剖结构示意图；

图5是本发明优选实施例中套筒的结构示意图。

附图标记说明：

1、钢管桩，2、套筒，21、水口，3、套管，4、第一石块层，5、第一碎石层，6、第二石块层，7、封堵层，8、剪力键，9、袋装碎石，10、弯折部，11、连接孔，12、支撑板，13、支撑三角板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

参考图1－图5，本实施例提供了一种新型筒式钢结构取排水口系统，包括下部打入海床面以下的钢管桩1、用于排水的套筒2和用于与电厂排水管路连通的套管3，套筒2套设固定于钢管桩1内并与钢管桩1同轴设置，套筒2上部开设有水口21，钢管桩1的圆周面上开设有连接孔11，套管3套设于连接孔11内，钢管桩1、套筒2和套管3的表面均涂覆有防腐涂层；

钢管桩1内设置有第一石块层4，套管3的圆周面周围填充有第一碎石层5，第一碎石层5上铺设第二石块层6。

本发明的取排水口系统有助于改善施工技术，无需进行预先大范围的开挖以及大面积的混凝土回填，通过碎石和石块形成第一石块层4、第二石块层6和第一碎石层5进行回填，从而缩短施工工期，降低造价；另外，本发明通过设置套筒2与钢管桩1连接，可通过设置不同直径的套筒2与钢管桩1连接，适用不同电厂对取排水量的要求，便于推广使用；最后，通过在钢管桩1、套筒2和套管3的表面涂覆防腐涂层，防止海水腐蚀等对结构的破坏，显著延长结构的使用年限。

进一步的，本实施例钢管桩1的内侧壁与套筒2的外表面之间形成有间隙，间隙填充有封堵层7，一方面，通过封堵层7使钢管桩1与套筒2之间连接紧密，提高钢管桩1与套筒2连接的密封程度；另一方面，加强钢管桩1与套筒2之间连接的稳定性，同时通过封堵层7支撑套筒2的侧壁，并减少套筒2、钢管桩1与海水的接触面积，避免海水腐蚀。

具体的，封堵层7通过混凝土浇筑形成，提高钢管桩1与套筒2连接的整体结构的稳定性。

参考图2，进一步的，钢管桩1内侧壁与套筒2外表面均设有剪力键8，其中钢管桩1内侧壁上的剪力键8与套筒2外表面上设置的剪力键8交错布置。

参考图3，其中，本实施例中的钢管桩1的内侧壁固定有支撑板12，套筒2安装于支撑板12上，方便进行套筒2的安装，降低套筒2安装的难度，降低施工的成本，且通过设置支撑板12，方便进行封堵层7的灌浆操作，防止浆料漏出。

具体的，本实施例的支撑板12沿钢管桩1内侧壁圆周方向布置，为了提高支撑板12的承载能力和稳定性，支撑板12下端沿圆周方向设有若干支撑三角板13。

参考图4和图5，本实施例中的水口21的数量有若干个，若干个水口21沿套筒2的圆周方向均匀布置，从而扩大取水或排水的范围，在排水过程中，避免集中排水造成局部海域温度过高影响海洋环境的平衡。

参考图1，为了方便进行套管3与连接孔11的连接，本实施例的连接孔11套设有连接法兰(图中未示出)，套管3通过连接法兰与连接孔11连接，便于进行套管3的快速安装，从而提高施工效率，缩短施工工期。

其中，连接孔11的外侧端设置有袋装碎石9，袋装碎石9沿连接孔11边缘的圆周方向布置，通过袋装碎石9对套管3靠近连接孔11的位置进行支撑，避免套管3受到的力直接作用到连接孔11，从而保证套管3与连接孔11连接的可靠性，进一步的，套管3与连接孔11之间填充有沥青麻丝，提高套管3与连接孔11连接的密封程度，避免泄漏。

另外，根据本实施例提供的新型筒式钢结构取排水口系统设计方法，具体的，本实施例以国内沿海某电厂为例，首先进行该海域的地质勘测确定泥面以下岩层情况，并根据淤泥厚度采用打桩工艺，并根据承载力确定钢管桩1的入泥长度；

根据规范打入桩抗压承载力计算公式为：

式中，γ_R为轴向承载力抗力系数，U为桩身截面周长，q_fi为第i层侧摩阻力标准值，l_i为桩穿过第i层土的长度，η为桩端闭塞效应系数，q_R为极限桩端阻力标准值，A为桩端外周面积。

打入桩抗拔承载力计算公式为：

式中，γ_R为轴向承载力抗力系数，U为桩身截面周长，ξ_i为抗拔折减系数，q_fi为第i层侧摩阻力标准值，l_i为桩穿过第i层土的长度，G为桩重力，α为桩轴线与垂线夹角。

经过勘测，该区域水深5.7m，设置钢管桩1直径为3050mm，套筒2直径为2700mm，套管3直径为1200mm，首先，将该海域的砂层作为持力层并保证钢管桩1的入砂深度至少为1.5倍钢管桩1直径。采用上述公式计算可知，入土桩长为30m时，抗压承载力和抗拔承载力分别为8505kN和6312kN，满足钢管桩的受力需求。

本实施例中的钢管桩1内侧距钢管桩1顶端2.0m位置处预先焊接一端宽约300mm的支撑板12，该支撑板12呈L型结构，钢管桩1的顶端和套筒2下端弯折形成150mm的弯折部10，其中，套管3为直筒式钢圆管，钢管桩1顶端弯折部10和套筒2下端弯折部10之间的距离为2000mm，预先在连接孔11焊接连接法兰，并在钢管桩1、套筒2和套管3表面涂覆防腐涂层；

经过对该海域泥面一下岩层情况的勘测，确定通过打钻打施工工艺将钢管桩1打入至计算深度，将钢管桩1内的淤泥清除并抛石回填形成第一石块层4，套管3伸入连接孔11内通过连接法兰固定，本实施例中的套筒2长度为5000mm，套筒2沿圆周方向每隔100mm开设100＊1000mm的水口21，将套筒2设置在支撑板12上并在套筒2与钢管桩1之间的间隙灌浆形成混凝土封堵；

其中，通过在钢管桩1开设连接孔11的一侧挖出沟壑，在沟壑上铺设碎石至钢管桩1的连接孔11下端高度，套管3放置碎石上并通过连接法兰与连接孔11进行密封固定，再用碎石掩埋套管3并在套管3的圆周方向形成第一碎石层5，第一碎石层5的上端面与海床面同一水平面，在第一碎石层5上铺设第二石块层6完成该取排水结构的施工。

综上，本发明的取排水口系统有助于改善施工技术，无需进行预先大范围的开挖以及大面积的混凝土回填，通过碎石和石块形成第一石块层4、第二石块层6和第一碎石层5进行回填，从而缩短施工工期，降低造价；另外，本发明通过设置套筒2与钢管桩1连接，可通过设置不同直径的套筒2与钢管桩1连接，适用不同电厂对取排水量的要求，便于推广使用；最后，通过在钢管桩1、套筒2和套管3的表面涂覆防腐涂层，防止海水腐蚀等对结构的破坏，显著延长结构的使用年限。

通过本发明提供的设计方法，改善沿海电厂取排水系统的结构，有助于缩短施工工期，降低沿海电厂取排水系统的造价。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，包括下部打入海床面以下的钢管桩、用于排水的套筒和用于与电厂排水管路连通的套管，所述套筒套设固定于钢管桩内并与所述钢管桩同轴设置，所述套筒上部开设有水口，所述钢管桩的圆周面上开设有连接孔，所述套管套设于所述连接孔内，所述钢管桩、套筒和套管的表面均涂覆有防腐涂层；

所述钢管桩内设置有第一石块层，所述套管的圆周面周围填充有第一碎石层，所述第一碎石层上铺设第二石块层。

2.根据权利要求1所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述钢管桩的内侧壁与所述套筒的外表面之间形成有间隙，所述间隙填充有封堵层。

3.根据权利要求2所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述封堵层通过混凝土浇筑形成。

4.根据权利要求3所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述钢管桩内侧壁与套筒外表面均设有剪力键。

5.根据权利要求1所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述水口的数量有若干个，若干个所述水口沿所述套筒的圆周方向均匀布置。

6.根据权利要求1所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述钢管桩的内侧壁固定有支撑板，所述套筒安装于所述支撑板上。

7.根据权利要求6所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述支撑板沿钢管桩内侧壁圆周方向布置，所述支撑板下端沿圆周方向设有若干支撑三角板。

8.根据权利要求1所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述连接孔套设有连接法兰，所述套管通过所述连接法兰与连接孔连接。

9.根据权利要求1所述的新型筒式钢结构取排水口系统，其特征在于，所述连接孔的外侧端设置有袋装碎石，所述袋装碎石沿连接孔边缘的圆周方向布置。

10.一种权利要求1－9任一项所述的新型筒式钢结构取排水口系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

进行地质勘测确定泥面以下岩层情况，并根据淤泥厚度选择相应的打桩工艺以及钢管桩的入泥长度；

计算钢管桩轴向抗压承载力和抗拔承载力是否符合钢管桩的受力要求。

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