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        南水北調(diào)中線青蘭渡槽施工對(duì)天然氣管道保護(hù)措施

        2015-11-24 08:12:08
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:施工

        楊 磊

        (河北省水利工程局,石家莊050021)

        1 工程概述

        南水北調(diào)中線總干渠與青蘭高速連接線交叉工程(簡(jiǎn)稱青蘭渡槽)位于邯鄲市西環(huán)路、南環(huán)路及青蘭高速連接線互通立交橋處??偢汕捎梅霰谑教菪味刹坌褪娇缭礁咚俟芬€,是南水北調(diào)中線總干渠上的一座大型交叉工程。渡槽的四個(gè)邊角設(shè)計(jì)為加筋土回填,表面為扶壁式鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)。

        在進(jìn)出口擋土墻開挖放線過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)進(jìn)口左側(cè)開挖線范圍內(nèi)有兩條地下管線:一條是天燃?xì)夤芫€,一條是成品油管線。根據(jù)產(chǎn)權(quán)單位的相關(guān)資料[1],天燃?xì)夤艿谰嚯x開挖底邊線6~7m,兩條管線相距8m。管線埋置高程距開挖基面高差14.3~15.4m,如果按照青蘭渡槽擋土墻設(shè)計(jì)1∶1放坡,天然氣管線、石油管線均在開挖范圍內(nèi),如圖1。

        圖1 天然氣、石油管道估計(jì)位置圖

        邯鄲市政府組織施工單位、業(yè)主單位與管道產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商,按照保證絕對(duì)安全的要求應(yīng)遷移管道,但是由于協(xié)商部門眾多,遷移管道有征地、居民停氣、管道施工等眾多過(guò)程,鑒于青蘭渡槽工期十分緊張,最終要求施工單位研究保護(hù)開挖方案。

        2 工程地質(zhì)概況

        2.1 水文地質(zhì)條件

        場(chǎng)區(qū)無(wú)地表水,地下水受大氣降水補(bǔ)給,向下游潛流排泄。年內(nèi)10~11月份為地下水高水位期,并持續(xù)到翌年3月,5~6月份為低水位期。

        2.2 工程地質(zhì)條件

        青蘭渡槽邊墻地基以黏土巖為主,整體為黏土巖與粉細(xì)砂、泥質(zhì)粉砂巖組成的多層結(jié)構(gòu)。黏土巖單層厚度一般5~20m,泥質(zhì)粉砂巖單層厚度0.5~6.1m,粉細(xì)砂(局部中砂)層單層厚度1.1~7.3m。

        3 支護(hù)方案比選

        青蘭渡槽土基坑開挖支護(hù)方案如選擇不當(dāng),將造成邊坡坍塌、破壞管道、影響工期等嚴(yán)重后果,還會(huì)增加工程造價(jià),影響中線工程全線通水。從現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、施工條件及施工規(guī)范要求[2]和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)考慮,選擇鋼板樁、土釘墻、鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)3種方案,從管道安全、施工工期、現(xiàn)場(chǎng)適用性、經(jīng)濟(jì)效益性等方面進(jìn)行研究比選。

        3.1 鋼板樁施工方案

        鋼板樁支護(hù)采用工字鋼等型鋼,使用專用機(jī)械打入地下,形成一道鋼體連續(xù)板墻,作為土體圍護(hù)結(jié)構(gòu),其具有承載力高、整體性好、剛度大的特點(diǎn),能適應(yīng)各種形狀基坑及地層,施工方便??墒卿摬碾m然作為周轉(zhuǎn)材料有殘值回收,但工程需要大量鋼材,故一次性投資較高。

        3.1.1 鋼板樁支護(hù)方案設(shè)計(jì)[3]

        進(jìn)口左側(cè)擋墻基坑支護(hù)采用50C工字鋼頂端單點(diǎn)支護(hù),工字鋼間距為20cm,頂端拉桿采用準(zhǔn)32;錨樁采用32C工字鋼;5根鋼板樁與1根錨樁通過(guò)準(zhǔn)32拉桿連接。施工如圖2所示。

        圖2 鋼板樁支護(hù)方案示意圖

        3.1.2 工程量計(jì)算

        (1)鋼板樁重量計(jì)算。鋼板樁需要防護(hù)管線長(zhǎng)70m,間距0.2m。50C工字型鋼板樁根數(shù)350根,單根長(zhǎng)21.5m。50C工字型鋼板樁密度為109.354kg/m,防護(hù)鋼板樁重量822.89t。

        (2)錨樁單根長(zhǎng)5.05m,間距1m,錨樁根數(shù)70根。32C工字型鋼板樁密度為62.765kg/m,錨樁重量22.19t。

        (3)鋼筋單根平均長(zhǎng)度14.354m,鋼筋根數(shù)350根,準(zhǔn)32鋼筋密度為6.31kg/m,準(zhǔn)32鋼筋重量31.7t。

        3.1.3 造價(jià)估算

        表1 鋼板樁支護(hù)方案造價(jià)估算

        續(xù)表1

        3.2 土釘墻支護(hù)方案[4]

        土釘墻是一種在原位土體加筋技術(shù)。青蘭渡槽開挖邊坡通過(guò)鋼筋制成的土釘進(jìn)行加強(qiáng),以保持邊坡的穩(wěn)定。邊坡加固型支護(hù)施工方法是在邊坡表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),再噴射混凝土面層和土質(zhì)邊坡相結(jié)合,其構(gòu)造為設(shè)置在開挖邊坡土體中的加筋桿件 (即土釘或錨桿)與其周圍土體牢固黏結(jié)形成的鋼筋土體復(fù)合體,以及混凝土面層所構(gòu)成的類似重力擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)是施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工成本低、施工噪音、振動(dòng)小,土釘墻本身變形很小,對(duì)周圍相鄰構(gòu)筑物影響小。

        3.2.1 土釘墻支護(hù)方案設(shè)計(jì)

        土釘墻采用振入式土釘,由輕型潛孔鉆機(jī)直接鉆入,孔徑100mm。土釘墻由土釘錨桿、鋼筋網(wǎng)、壓力注漿及噴射C25混凝土面層組成。土釘采用HRB400級(jí)鋼筋,鋼筋直徑20mm,錨定傾角為15°,并注漿錨固。土釘間距為1m×1m,梅花型布置,噴射C25混凝土面層厚度為100mm,內(nèi)配準(zhǔn)8@150×150單層雙向鋼筋網(wǎng)片,鋼筋網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不小于300mm。

        圖3 土釘墻支護(hù)方案示意圖

        3.2.2 工程量及造價(jià)估算

        表2 土釘墻支護(hù)造價(jià)估算

        3.3 鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)方案[5]

        3.3.1 灌注樁支護(hù)方案設(shè)計(jì)

        由于本工程所處區(qū)域土質(zhì)好,地下水位低,選用“柱列式排樁支護(hù)”方式。按基坑開挖深度及支擋結(jié)構(gòu)受力情況,排樁支護(hù)可分為以下幾種情況:①無(wú)支撐(懸臂)支護(hù)結(jié)構(gòu):當(dāng)基坑開挖深度不大,利用懸臂作用擋住墻后土體;②單支撐結(jié)構(gòu):當(dāng)基坑開挖深度較大時(shí),在支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部附近設(shè)置一單支撐 (或拉錨);③多支撐結(jié)構(gòu):當(dāng)基坑開挖深度較深時(shí),可設(shè)置多道支撐,以減少擋墻擋壓力。

        圖4 灌注樁施工防護(hù)方案示意圖

        本工程基坑開挖深度不大為3.895m時(shí),采用懸臂作用擋住墻后土體。

        采用在基坑周圍按樁距1m布設(shè)直徑1m,樁身10m的鋼筋混凝土灌注樁及鋼筋混凝土冠梁 (1.6×1.2m)和32C工字鋼錨樁(錨樁距排樁≥14m打入地面以下4.55m,間距1m,樁頂高出地面0.5m;1根錨樁與5根灌注樁用φ32拉桿焊接牢固)組成的支護(hù)體系。特點(diǎn)是支護(hù)樁剛度大,抗彎強(qiáng)度高,塑性變形小,適應(yīng)性能強(qiáng),對(duì)工作場(chǎng)地要求不高,施工過(guò)程產(chǎn)生振動(dòng)小,對(duì)周圍環(huán)境及建筑物產(chǎn)生影響小。

        3.3.2 懸臂式排樁支護(hù)設(shè)計(jì)

        懸臂式排樁支護(hù)采用布魯姆(H.Blum)法計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

        圖5 布魯姆計(jì)算簡(jiǎn)圖

        根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,選用支護(hù)樁樁長(zhǎng)10m,樁凈間距1m,預(yù)選樁徑d=100cm,鋼筋保護(hù)層厚度a=5cm,鋼筋籠直徑90cm,選豎向主筋16根,二級(jí)Φ25鋼筋,沿周長(zhǎng)均勻布置。

        3.3.2 工程造價(jià)估算

        表3 排樁支護(hù)估算造價(jià)

        3.4 方案比選

        (1)鋼板樁支護(hù):鋼板樁施工避開了管道區(qū)域,對(duì)管道沒有影響,但打樁較深,施工難度大、工期較長(zhǎng),安全性較差。由于用鋼材量大,造價(jià)最高,一次性投入大。

        (2)土釘墻支護(hù):按照施工規(guī)范要求,土釘墻施工方法要求最小坡比1∶0.2,上口需多開挖放坡面3m,放坡后距管道太近,不能保證管道安全。另由于錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)20m,成“梅花形”布置,施工過(guò)程中不能全避開管道,且錨索長(zhǎng),施工困難,工期長(zhǎng)。

        (3)鋼筋混凝土灌注樁支護(hù):灌注樁支護(hù)在管道外側(cè)施工,距離管道較遠(yuǎn),不影響管道,能很好地保證管道安全,施工過(guò)程難度小、可以人工操作,施工工期短,工程造價(jià)適宜。

        綜上所述,本工程采用鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)方案。

        表4 南水北調(diào)中線與青蘭渡槽進(jìn)口左邊墻支護(hù)方案比選

        4 鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)施工

        由施工單位協(xié)調(diào)產(chǎn)權(quán)單位,依靠?jī)x器現(xiàn)場(chǎng)探測(cè),確定了管道的大致方位,對(duì)管道走向插旗做好標(biāo)志,根據(jù)管道產(chǎn)權(quán)單位要求的距管道開挖安全距離采用排樁進(jìn)行基坑支護(hù),支護(hù)方案上報(bào)批準(zhǔn)后先進(jìn)行基坑支護(hù)施工,再進(jìn)行基坑開挖。

        支護(hù)樁施工過(guò)程中由產(chǎn)權(quán)單位加強(qiáng)對(duì)管道的測(cè)量及檢測(cè)工作,施工單位采取間斷性的利用人工挖孔方式探測(cè)管道,確定安全后才能使用機(jī)械操作。

        開挖土方時(shí)自上而下分層開挖,自卸汽車運(yùn)土至指定棄土場(chǎng),裝載機(jī)輔助作業(yè)。

        每開挖一層,對(duì)管道位置探測(cè)一次,每層開挖均嚴(yán)格按照管道產(chǎn)權(quán)單位提出的厚度開挖,待產(chǎn)權(quán)單位監(jiān)控人員要求停止開挖時(shí)立即停止,并對(duì)基坑采取相應(yīng)保護(hù)措施。

        5 結(jié)語(yǔ)

        天然氣管道屬于危險(xiǎn)高等級(jí)保護(hù)對(duì)象,一般工程開挖時(shí)予以遷移,青蘭渡槽建設(shè)開工時(shí)間晚,是南水北調(diào)中線工程控制工期的項(xiàng)目,沒有遷移時(shí)間,決定采取支護(hù)方案,但是防護(hù)方案存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。依靠科學(xué)的計(jì)算與方案設(shè)計(jì),經(jīng)過(guò)仔細(xì)的測(cè)量與監(jiān)測(cè)使風(fēng)險(xiǎn)處于可控,取得了即保證施工安全,節(jié)約了資金投入,又保證了工期的完美效果,為整個(gè)南水北調(diào)中線工程全線順利通水做出了貢獻(xiàn)。

        [1]天然氣管道的相關(guān)技術(shù)資料[Z].

        [2]JGJ120—2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

        [3]王美花.板樁支護(hù)的穩(wěn)定性分析及經(jīng)濟(jì)性研究[D].青島:中國(guó)石油大學(xué),2008.

        [4]邵式亮,楊曉平,武迪.土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2009(S2).

        [5]胡博.鋼筋混凝土灌注樁技術(shù)在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].山東冶金,2013(4).

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