熱力管道下穿西干渠

謝 銘

(太原市政工程總公司，山西 太原 030001)

熱力管道下穿西干渠

謝 銘

(太原市政工程總公司，山西 太原 030001)

以太原市集中供熱工程為例，對熱力管道下穿西干渠工程施工技術進行了研究，詳細闡述了導流渠設置、便橋施工、圍堰改水、深井降水、土方開挖等環(huán)節(jié)的技術要點，以供同類工程參考借鑒。

熱力管道，降水井，鋼板樁，河道

1 工程概述

太原市集中供熱南中環(huán)主干線新晉祠路到西中環(huán)段，敷設兩趟DN1 200熱力管道，分別為供水管道和回水管道，兩管凈距離0.73 m。在樁號K2+600～K2+640段下穿西干渠，渠底凈寬20 m，采用穿鋼套管直埋敷設；管道埋深在河床下5 m；混凝土包封加固；溝槽采用降水大開挖側壁鋼板樁支護的形式，主要施工順序：

設置導流渠→施工便橋→渠斷面圍堰、改水→熱力管道溝槽兩側降水井降水→溝槽兩側密插鋼板樁→拆除兩側渠堤、拆除渠底漿砌片石→開挖土方外棄→基底排水，片石處理基底→安裝管道及鋼套管→混凝土包封→回填→恢復河道→拆除導流渠、拆除施工便橋。

2 設置導流渠

根據(jù)地形情況和施工場地的安排，導流渠設在西干渠西側，距原西干渠30 m，原干渠渠底標高與渠外的自然地面標高基本相同，導流渠在地面上修筑，地面按渠底標高整平后修筑兩側渠堤，斷面為梯形斷面，底寬4 m，頂寬8 m，兩側渠堤迎水面采用兩排編織袋內裝粘性土堆碼整齊，背水面夯填土方，為防止渠水滲漏，渠內側鋪兩層塑料布抗?jié)B防漏，導流渠全長120 m，過渠道搭設施工便橋一座。

3 施工便橋

施工便橋設在導流渠西北方向，由兩排DN1 600混凝土管組成，每排3根，共6根，管底及管兩側澆筑混凝土基礎及護管，管出入口兩側垛編織袋與渠壩相接。管頂覆土2 m，便橋寬6 m，長8 m，頂面鋪一層20 cm厚的砂礫墊層，澆筑10 cm厚的C15混凝土作為臨時路面。

4 圍堰改水

由西干渠原渠內的水流改入導流渠內，需在原渠橫斷面上游筑壩垛編織袋堵水，使水面漲高，由入口進入導流渠內。同樣在下游也應碼放編織袋，防止下游的渠水倒灌，編織袋壩圍堰上下游共設兩道。

5 深井降水

5.1 降水井布置

熱力管道過西干渠管道埋深在渠底以下5 m。干渠地下靜止水位在渠底以下1 m。渠底土質0～1 m為淤泥層，1 m～6 m為淤泥質粉土層，6 m～10 m為粗砂層。

降水井布置于溝槽的兩側，距槽邊2 m的位置。井距15 m，每邊設2眼，共計4眼，井內直徑300 mm，水泵出水口直徑100 mm，揚程不小于30 m。

預降水時間10 d，施工期間降水應連續(xù)進行，降水深度控制在坑底以下1 m，降水時間至回填工作結束后一周。

5.2 降水井深度的確定

設：管溝槽深度為H，則降水井深度L=H+L1+L2+L3+L4+L5。

其中，L1為水位降至管溝槽最遠點以下1 m；L2為水利坡降值，按深井至最遠點距離15 m×i,i=1/3，L2=15×1/3=5 m；L3為井內水位位于水泵以上1 m；L4為水泵泵體長，1 m；L5為井內安全深度,5 m。

則：L=5 m+13 m，即降水井深度等于該處管溝槽挖深度加13 m。降水井深度為18 m。

5.3 降水施工

管井施工工藝流程：測量放線→成孔→下管→填料→洗井→安泵→抽水→封井。

1)成孔：采用沖擊鉆機或反循環(huán)鉆機泥漿護壁鉆孔，井旁設置泥漿池或泥漿溝，深度1.5 m，成孔直徑700，成孔深度18.5 m。

2)下管：成孔完畢應立即下井點管，下管時要垂直居中。

3)填料：井濾料從井口四周均勻回填，防止將井點管擠偏，井頂離地面2.0 m用黏性土回填至地面。

4)洗井：用空壓機送氣吹洗。至水清砂少，出水正常為止。

6 溝槽兩側密插鋼板樁支護

6.1 過干渠K2+600～K2+660段鋼板樁支護

渠底土質長期受水浸泡，呈淤泥質粉土，無法進行放坡開挖的方式，需采用懸臂式板樁支護槽壁，開挖前由測量人員定出溝槽兩側鋼板樁的軸線，板樁的設置位置要符合設計要求，便于管道施工，在溝槽底部留有施工作業(yè)面和排水溝。并撒白灰線控制樁位。工字鋼板樁一丁一順密撐。鋼板樁規(guī)格：Ⅰ40。鋼板樁長度12 m，入土深度7 m。

6.2 鋼板樁支護計算書

1)計算模型。

板樁下端入土較深時，在土中嵌固，板樁墻后側除主動土壓力EA外，在板樁下端嵌固點下還產生被動土壓力EP2。假定EP2作用在樁底b點處。與懸臂式板樁墻計算相同，板樁的入土深度可按計算值適當增加30%。板樁墻的前側作用被動土壓力EP1。由于板樁入土較深，板樁墻的穩(wěn)定性安全度由樁的入土深度保證，故被動土壓力EP1不再考慮安全系數(shù)。由于板樁下端的嵌固點位置不知道，因此，不能用靜力平衡條件直接求解板樁的入土深度t。在圖中給出了板樁受力后的撓曲形狀，在板樁下部有一撓曲反彎點c，在c點以上板樁有最大正彎矩，c點以下產生最大負彎矩，撓曲反彎點c相當于彎矩零點，彎矩分布圖如圖1所示。

2)已知板樁周圍土為粉土，γ=18 kN/m3，Φ=20°，距板樁外1.5 m有30 kN/m2的均布荷載，基坑開挖深度h=5 m。

入土深度求解，當Φ=20°時：

a.計算作用于板樁上的土壓力強度并繪出土壓力分布圖；

b.朗金主動土壓力系數(shù)Ka=tan2(45°-20°/2)=0.49；朗金被動土壓力系數(shù)Kp=tan2(45°+20°/2)=2.04。

eAh=γhKa=18×5×0.49=44.1 kN/m2；

eAq=qKa=30×0.49=14.7 kN/m2。

所以：Pb=eAh+eAq=44.1+14.7=58.8 kN/m2；Yq=tan(45°+20°/2)×1.5=2.14 m。

c.計算y值。

y=Pb/γ(K×Kp-Ka)=58.8/18×(1.6×2.04-0.49)=1.17 m。

d.按簡支梁計算等值梁的兩支點反力Ra和P0。

∑Mc=0。

P0=[0.5×5×44.1×(2/3×5-1)+(5-2.14)×14.7×((5-2.14)/2+2.14-1)+(58.8×1.17)×(5-1+1.17/3)]÷(5-1+1.17)=129.07 kN。

∑Q=0。

Ra=0.5×5×44.1+(5-2.14)×14.7+0.5×1.17×58.8-129.07=58.19 kN。

e.計算板樁最小入土深度。

x=√{5×129.07/[18×(1.6×2.04-0.49)]}=3.6 m；

t0=y+x=1.17+3.6=4.77 m；

t=1.3×t0=6.2 m。

板樁總長L=h+t=5+6.2=11.2 m。

f.選擇鋼板樁截面。

先求鋼板樁所受最大彎矩Mmax，最大彎矩處即為剪力等于零處，設剪力等于零處距板樁頂為x，則：

Ra-0.5x2γKa-(x-yq)=0。

則：58.19-0.5×18×0.49x2-(x-2.14)×30×0.49=0。

整理得：x2+3.33x-27.86=0。

x=3.867 m。

Mmax=Ra(x-0.5)-[0.5x2γKa×x/3+(x-yq)2/2×q×Ka]=58.19×(3.87-0.5)-[0.5×3.872×18×0.49×3.87/3+(3.87-2.14)2/2×30×0.49]=132.89 kN。

采用Ⅰ40鋼板樁，W=1 600 cm3。

f=132 890×0.74/1 600×10-4=61.46 MPa<0.5×[f]=100 MPa。

6.3 板樁施工方法

施工的順序：板樁準備→板樁打設→偏差糾正→拔樁。

板樁施打：板樁用吊機帶振錘施打，施打前一定要熟悉地下管線、構筑物的情況，認真放出準確的支護樁中線。

打樁前，對板樁逐根檢查，剔除銹蝕、變形嚴重的普通板樁，不合格者待修整后才可使用。

打樁前，在板樁的兩翼內涂油脂，以方便打入拔出。

在插打過程中隨時測量監(jiān)控每塊樁的斜度不超過 2%，當偏斜過大不能用拉齊方法調正時，拔起重打。

保證板樁順利合龍。

板樁的拔除：拔樁采用振動錘拔樁：利用振動錘產生的強迫振動，擾動土質，破壞板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。

板樁土孔處理：對拔樁后留下的樁孔，必須及時回填處理。回填的方法采用填入法，填入法所用材料為砂。

7 土方開挖

拆除兩側渠壩、渠底漿砌片石，用挖掘機裝炮錘進行拆除，拆除物用裝載機二次倒運至渠堤裝車外棄。

渠內土方采用兩臺1 m3挖掘機進行開挖，一臺挖溝槽及渠堤土方，將土方堆放于槽邊，另一臺二次倒運裝車外棄。開挖前向機械司機詳細交底。交底內容包括挖槽斷面、深度、堆土位置、地下情況等。開挖時嚴格控制槽底高程和寬度，防止超挖。槽底要留20 cm，由人工清槽，杜絕超挖和擾動土基現(xiàn)象。

為減少坑底暴露時間，開挖前將片石、碎石等地基處理材料備于溝槽附近。在基坑開挖過程中和開挖后，應保證深井降水的正常進行。

8 基底處理

槽底土質為軟弱的含水量達到飽和狀態(tài)的淤泥質粉土，需進行軟基處理，插500 mm片石用碎石嵌縫，上墊300 mm厚細砂，驗槽合格后方可開始安裝管道。

9 管道安裝

根據(jù)西干渠特殊的地形條件，管道應先制定安裝方案，可將兩節(jié)12 m長的管子預先焊接成24 m長的管組，再將DN1 600鋼套管套在管組中間，用平板拖車經施工通道運輸至渠堤上，用兩臺300 t吊車在管組的兩個端頭對稱起吊，同時用鏟車挖機配合吊裝管道。按管道的中心線和管道坡度安裝管道，管道下面用25 cm×25 cm×400 cm的方木管枕支墊穩(wěn)固，以便于包封混凝土的澆筑。

10 管道混凝土包封

管道安裝完成驗收合格后，四周采用商品混凝土包封。混凝土標號C30，矩形斷面長4.2 m，高1.8 m。管兩側安裝鋼模板支撐牢固。采用泵車澆筑，插入式振搗器振搗密實。兩管中間和管下部的混凝土要仔細振搗防止漏振。澆筑完畢覆蓋土工布灑水養(yǎng)生。

11 管道試壓

過渠段的管道應按設計參數(shù)及規(guī)范的規(guī)定進行強度試驗和嚴密性試驗。試壓管道用堵板封堵兩端。采用水壓試驗向管內注水，升壓應緩慢、均勻。

1)管道內的壓力升至1.5倍工作壓力后，在穩(wěn)壓的10 min內應無滲漏。

2)管道內的壓力降至工作壓力，用1 kg重的小錘在焊縫周圍對焊縫逐個進行敲打檢查，在30 min內無滲漏且壓力降不超過0.2×98.1 kPa即為合格。

3)試壓合格后，應拆除盲板，核對記錄，并填寫供熱管網(wǎng)水壓試驗記錄。

12 回填

管溝采用細砂回填，分層夯實，回填至包封混凝土頂以上500 mm，將兩側的鋼板樁拔除再回填素土分層夯實。

13 清理恢復河道

河道內的土方拆除物等應全部清理出河道，采用人工配合鏟車倒運出河道外裝車外棄，按原渠斷面的尺寸重新恢復河道。夯筑渠壩土方，砌筑漿砌片石護底護坡。拆除導流渠、編織袋圍堰、施工便橋等拆除物全部裝車外棄。

The underway canal of heat pipe

Xie Ming

(TaiyuanMunicipalEngineeringCorporation,Taiyuan030001,China)

Taking the centralized heat supply engineering in Taiyuan as an example, this paper researched the construction technology of heat pipe underway west canal engineering, described in detail the techniques key points of diversion channel setting, bridge construction, cofferdam water improvement, deep well precipitation, earth excavation and other aspects, for similar engineering reference.

heat pipe, precipitation well, steel sheet pile, river

2015-02-10

謝 銘(1966- )，男，工程師

1009-6825(2015)12-0089-03

TU745

A