巢湖岸邊某取水管道工程設計與施工

章衛東 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

0 工程概況

巢湖岸邊一自來水廠為避免巢湖藍藻水華影響、改善水質情況，對原有取水口進行延伸恢復改造，即由原取水口位置鋪設引水管道向巢湖內延伸約1000m，采用DN800mm的螺旋鋼管做為引水管道，引水管道接入至原取水口。

圖1 取水管道縱斷面布置圖

考慮取水工藝要求，取水管道位于枯水位以下1m標高處，本工程取水管道標高定位近十年最低水位線以下0.5m處以滿足工藝要求。故而本項目需進行水下施工作業。

1 地質情況

本工程重要性等級三級，建筑場地復雜程度為二級，地基的復雜程度為二級。

綜合分析鉆探、原位測試，擬建場地的地層層序自上而下可分為：

①層淤泥——層厚0.40～3.10m；

②層淤泥質粉質粘土——層厚8.20～22.00m；

③層粉質粘土——該層僅局部揭露，層厚1.30～6.90m；

④1層粘土——該層呈透鏡體狀分布于④層粉質粘土。

⑤層粉質粘土混碎、礫石（粉質粘土）——此層未揭穿，層厚大于3.0m。

2 引水管道支撐結構設計

2.1 方案對比

從地質勘探報告中的土層分布來看，本工程場地土以淤泥質土為主，在基礎選型與設計時，以控制沉降為主，地基承載力非控制因素。

方案一：考慮DN800螺旋鋼管自重較小，取水管道下設置預制混凝土支座，支座直接置于①層淤泥土層之上。此方案需在水下施工完成混凝土支座基礎以及管道連接固定安裝，水下施工量較大，施工難度較高。同時，在工程運行過程中，淤泥土沉降較大，且考慮到長期的水流對管道的影響，取水管道可能會有較大的沉降及偏移，從而無法保證取水管道能正常使用。

方案二：采用單樁基礎，此方案可避免水下施工作業，但因土層以淤泥質土為主，同時考慮到長期的水流對管道的影響，單樁基礎及取水管道可能會有較大偏移，穩定性較差。

方案三：采用雙樁基礎，此方案可避免水下施工作業，同時考慮到淤泥質土與長期的水流影響，以雙樁支撐取水管道，沉降及偏移較小，保證了取水管道能正常使用。不過此方案材料成本較高。

2.2 樁型選擇

在樁基礎選型上，鋼管樁相較于預應力混凝土管樁成本較高，但鋼管樁生產較快，重量較輕，可減小渡船和打樁船吃水深度，相對減少湖中清淤的工程量，對湖中環境影響小，且便于施工。同時根據現場勘查，靠近岸邊河床上有少量孤石，且探得河床上表層有硬層，如采用預應力混凝土管樁，接觸面積較大，打樁較為困難，施工周期相對較長。

綜合考慮施工成本，材料造價、施工工期及當地材料設備等客觀因素并結合現場實際情況，樁型選擇鋼管樁較為合理。

2.3 設計方案

設計方案為：取水管道設置于枯水位以下1m處，采用DN800螺旋鋼管，管道固定于槽鋼支架上，支架采用樁基礎進行支撐，在樁基礎（D480×10m）上安裝臨時施工樁（D480×4.2m）伸出水面，以此為臨時支撐布置臨時施工吊梁安裝管道，管道采用法蘭連接，待管道于水面上全部吊裝連接完成，解除臨時施工吊梁，將取水管道下沉至水下置于支架上。設計簡圖如圖2。

圖2 鋼管樁平面布置圖

圖3 臨時施工構造圖

3 施工流程

①復核現有水位標高，在岸上設置控制點，作為支架設置方向及水準標高；

②清淤船開工作面，工作面的寬度及深度跟據打樁船吃水深度及土的流動現場確定；

③打樁船從岸邊開始打樁，樁頂接近水面時安裝樁頂支撐體系，并把樁打入設計標高，水下安裝二樁之間的支架梁；

④水面以上安裝臨時支架梁及臨時吊裝梁，并吊裝800直徑的螺旋鋼管，通過法蘭連接固定；

⑤螺旋鋼管整體連接完畢后，在吊裝梁上安裝手動電葫蘆，同時起吊螺旋鋼管，拆除臨時支架梁，同步吊裝螺旋鋼管到水面以下支架梁上，水下固定管道；

⑥原取水口處第一段螺旋鋼管樁采用打圍堰方式，吊裝施工，安裝完后以灌漿料封堵原取水口洞口處。

4 結語

該取水管道工程已建成投入使用,運行穩定已有4年。結合工程實際，綜合考慮施工工藝、施工成本，材料造價、施工工期及當地材料設備等客觀因素，對管道支撐結構設計進行優化，有效提高方案實施的可靠性與經濟性，為之后類似工程的設計與施工積累了一定的經驗。