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围堰施工与河面架空施工
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围堰施工与河面架空施工
管道可采用河底穿越与河面跨越两种形式通过河流。
以倒虹管进行河底穿越的施工方法可采用顶管、围堰、河底开挖埋置、水下挖泥、拖运、沉管铺筑等方法;河面跨越的施工方法可采用沿公路桥附设、管桥架设等方法。
1.管道过河方法的选择
管道过河方法的选择应综合考虑以下几个因素:
河床断面的宽度、深度、水位、流量、地质等条件;过河管道水压、管材、管径,河岸工程地质条件;施工条件及作业机具布设的可能性等。
对上述因素经过技术经济比较,可参考表7-9予以选择。
表7-9管道穿越河流施工方法比较
过河方法
优点
缺点
适用条件
倒
虹
管
过
河
顶管
过河法
施工方便;节省人力、物力
安全度尚差,易由顶管孔中
流水
河底较高,河底土质较好,过河管
管径较小
围堰
过河法
施工要求条件较高;钢管、铸铁
管、预(自)应力钢筋混凝土管过
河均可
需要考虑转堰被洪水冲击问
题;工作量大
河面不甚至宽,水流不急且不通航的
条件下
沉浮法
过河
适用面较宽,一般河流均可采
用;不会影响通航与河水正常
流动
水下挖沟与装管难度较大;应
有一定机械施工技术
河床不受水流影响的任何条件下
均可
管
道
架
空
过
河
沿公路
桥过河
简单易行;节省人力、物力
露天敷管需要考虑防冻问题
具有永久性公路桥跨越河流的
条件
管桥
过河法
施工难度不在;能在无公路桥
的条件下架设过河
与沿公路桥过河法比较要费人
力、物力
河流不太宽,两岸土质较好的条
件下
2.围堰施工
围堰是一种临时施工设施,围堰的作用是将水中施工部位围护起来以便在其中进行正常施工。
管道埋设至河岸处,先拦截一半河宽的河流修筑围堰,再用水泵抽出堰中河水,在堰内开挖沟槽,铺筑管线,管线铺筑后,塞住管端管口,回填沟槽。
再拆除第一道围堰,回填砂土,使水流在此河床上部通过。
然后拦截另一半河宽的水流,建造第二道围堰,再用水泵抽去第二道围堰中的水,开挖沟槽并接管,完工后清除第二道围堰。
在小河流中,通常采用草袋黏土或草土围堰进行施工.对于水面宽且水深流急的河流,应考虑采用木板桩围堰,但仅能在河床为泥沙构成的条件下采用;若河床为岩石构成,无法打桩,则不能采用木板桩围堰。
围堰施工,应估计到施工期间河水的最高水位不致淹没堰顶。
修筑围堰时,迎水流方向的堰体应做的平缓些,尽量减少河水的冲刷。
在河床埋管应考虑防止冲刷的措施,当河底土质不好时,应做管基础,如图7-23所示。
当河底为流沙时,应于管道两侧加设固定桩,避免管道在流沙运动下发生滚动,如图7-24所示。
图7-23河岸埋管时基础做法
1—回填土;2—大块石;3—小块石;
4—回填土:
5—砂;6—块石
图7-24加设固定桩的基础做法
5—砂;6—块石;7—固定桩
2.1固堰的种类及使用范围
(1)土堰
土堰是围堰最简单的结构形式,凡水深在1.5m以下,流速缓慢,无冲刷作用,均可采用。
土堰堰顶宽度可取1.0m,堰高较水深大0.5m。
迎水坡为1:
2,背水边坡为1:
1.5,填筑土堰前应先将修堰河坡及河床处的各种树根乱石清除,并沿堰的纵轴挖土,挖出直至硬土层的槽道或沿堰坡脚打入短桩。
然后分层填筑,填筑土堰宜采用砂质黏土。
(2)草袋装土填筑围堰
采用草袋装土围堰适用于水深度低于3m,作为施工临时的防水措施。
草袋装土围堰可与土堰混合应用,用草袋装土做护坡,边坡可以较陡,一般可1:
(0.5~1.5)。
(3)土石围堰
这种围堰适用于河床石方爆破工程,可就地取材。
其结构为迎水坡填筑砂壤土,堰主体用石块,这种围堰可在河流流速较小的情况下填筑,但拆除比较困难。
(4)板桩围堰
适用于水较深,河床上土壤容许打桩的情况。
板桩围堰是用垂直木板桩来代替土堰背水坡的一种结构,这种围堰不但减小土堰的断面尺寸,同时还可减小水流的渗透。
各种河底围堰见图7-25。
图7-25各种河底围堰示意
1—石块竹笼;2—黏土草包防冲层;3—黏土草包保护层,4—砂质黏土:
5一石块护脚;6—钢板;
7—槽钢桩,8—土质堰体:
9—满布铜丝绳:
10—管道:
11—草(麻)包黏土
2.2围堰形式的选择
在选择围堰形式和施工时应考虑的因素及要求。
河流断面内的地形条件和坑的水文地质情况,如围堰作为导流坝或在狭窄河床施工时,应考虑水流对围堰的冲刷并应注意水流对河底的冲刷。
根据施工期限和季节,施工期间流量的宜泄和洪水期间泄洪条件来确定围堰断面尺寸,一般围堰高出最高水位0.5m以上。
考虑围堰的施工条件和拆除条件。
应保证围堰最大不透水性,水压渗透过程中围堰的基础与围堰本身的土壤不发生管涌现象。
考虑沟槽或地基坑的深浅和面积大小,围堰和沟槽边界之间应有足够距离,以满足围堰的排水和施工的需要。
考虑当地建筑材料和其他建筑的具体情况,可就地取材,合理应用。
各种围堰构筑的要求见表7-10,可供参考。
表7-10各种围堰构筑的要求
分类
填料
顶宽
边坡
迎水面
背水面
土围堰
松散黏土、砂黏土
2~4
(1:
2)~(1:
3)
(2:
3)~(1:
2)
草土混合围堰
黏性土及草
1~2
(1:
2)~(1:
3)
(2:
3)~(1:
2)
草(麻)袋围堰
草(麻)袋、黏性土
2~2.5
(1:
1)~(1:
0.5)
(1:
0.5)~(1:
0.2)
钢(木)桩围堰
黏性土
0.8~1.5
1:
0
1:
0
2.3围堰施工注意事项
围堰的背水面坡底与沟槽边的安全距离,应根据坝、堰体高度和迎水面水深、沟槽深度、水下地质情况及施工时的运输、堆土、排水设施等因素确定。
围堰填筑前,应清除基底淤泥、石块及杂物等。
当遇有透水性较强地基时,应做好防渗处理。
管道竣工后,应将围堰拆除干净,不得影响航运和污染邻近取水水源。
3.河面修建架空管
跨越河道的架空管通常采用钢管,有时亦可采用铸铁管或预应力钢筋混凝土管。
管距较长时,应设置伸缩节,于管线高处设自动排气阀,为了防止冰冻与震害,管道应采取保温措施,设置抗震柔口;在管道转弯等应力集中处应设置镇墩。
3.1管道附设于桥梁上
管道跨河应尽量利用原建或拟建的桥梁铺设。
可采用吊环法、托架法、桥台法或管沟法架设。
图7-26吊环法安装示意
1—吊环;2—水管;3—隔热层;
(1)吊环法
安装要点:
过河管管材宜采用钢管或铸铁管(铅接口);宜安装在现有公路桥一侧,采用吊环将管道固定于桥旁。
仅在桥旁有吊装位置或公路桥设计已预留敷管位置
条件下方可使用;管子外围设置隔热材料,予以保温。
吊环法安装如图7-26所示。
(2)托架法
安装要点:
过河管管材可采用钢管或铸铁管(铅接口),将过河管架设在原建桥旁焊出的钢支架上通过;钢管过河管托架设置间距参见表7-11。
表7-11钢管过河管托架设置间距
管道直径/mm
15
20
25
32
40
50
70
80
100
125
150
200
250
300
间距/m
保温
1.5
2.0
2.0
2.5
3.0
3.0
4.0
4.0
4.5
5.0
6.0
7.0
8.0
7.5
不保温
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
6.0
6.0
6.5
7.0
8.0
9.5
11.0
11.5
(3)桥台法
安装要点;过河管管材采用钢管,将过河管架设在现有桥旁的桥墩端部,桥墩间距不得大于钢管管道托架要求改道的间距。
(4)管沟法
安装要点:
过河管管材可采用钢管、铸铁管或钢筋混凝土管;将过河管铺筑于人行道下的管沟中,管沟应在设计中预留。
3.2支柱式架空管
设置管道支柱时,应事先征得航运部门、航道管理部门及农田水利规划部门的同意,并协商确定管底标高、支柱断面、支柱跨度等。
管道宜选择于河宽较窄,两岸地质条件较好的老土地段。
支柱可采用钢筋混凝土桩架式或预制支柱,图7—27所示为预制支柱。
图7-27预制支柱
连接架空管和地下管之间的桥台部位,通常采用S弯部件,弯曲曲率为45°~90°。
若地质条件较差时,可于地下管道与弯头连接处安装波形伸缩节,以适应管道不均匀沉陷的需要,如图7-28所示。
若处强震区地段,可在该处加设抗震柔口,以适应地震波引起管道沿轴向波动变形的需要。
图7-28波形伸缩节
4.桁架式架空管
桁架式架空管道可避免水下操作,但应具备良好的吊装设施。
施工地段应具有良好的地质条件及稳定的地形。
修筑时,可于两岸先装置桁架,再由桁架支撑管道过河。
桁架形式有双曲拱桁架、悬索桁架、斜拉索等。
过河管采用橡胶圈柔性接口。
凡金属外露构件、钢索等均应作防腐处理。
图7-29为斜拉索架空管形式。
作为一种新型的过河方式,斜拉索架空管是采用高强度钢索或粗钢筋及钢管本身作为承重结构,可节省钢材。
悬索在使用过程下垂会增大,因此,安装时须将悬索按设计下垂度先预提高1/300跨长。
图7-29斜拉索架空管
5.拱管
拱管过河,见图7-30,是利用钢管自身拱作支撑结构,起到了一管两用的作用。
由于拱是受力结构,钢材强度较大,加上管壁较薄,造价经济,因此用于跨度较大河流尤为适宜。
图7-30拱管过河
5.1拱管的弯制方法
(1)先弯后接法
先按拱管设计尺寸将管线分成适宜的几段,通常为单数(拱顶部分为一段,左右两个半跨对应分段)然后按分段的弧度与尺寸选择钢管,便可弯管焊制。
弯管可采用冷弯或热弯,采用冷弯时,管子尚有一定回弹量,因此在顶弯管于时,应使管于的矢高较实际的矢高偏大一些,偏大多少应视不同管径与不同跨度通过试验决定。
拱管的弧形管段弯成之后,应按设计要求在平整场地上先行预装,经测量合格后方许焊接。
焊毕应再行测量,以保证管段中心的轴线在一个平面上,不能出现扭曲现象。
(2)先接后弯法
先将长度大于拱管总长的几根钢管焊接起来,而后在现场操作平台上采用卷扬机予以弯管。
弯管所用模具与弯管的弧度正确与否有着极大关系,弯管作业时一定要做到牢靠准确,弯管的管子向模具靠近速度要均匀,不宜过快。
为防止放松卷扬机钢丝绳之后管子回弹量过大,可在拉紧钢丝绳时,在拱管内侧用氧气烘烤到管壁发红后即可放松钢丝绳。
由于拱管内侧由高温降至低温开始收缩,收缩方向与回弹方向相反,待管壁温度降至常温时,回弹量得以减少。
采用先弯后接法或先接后弯法弯制拱管,在管道焊接之后,均须进行充氧试验或油渗试验,以检查管道渗漏情况。
5.2拱管的安装
拱管安装通常采用立杆法。
当管径较小,水面较窄时,立杆安装采用两根扒杆,河岸每边一根,其中一根为独脚扒杆,另一根是摇头扒杆。
起吊前先将拱管摆置在两个管架(或镇墩)的中间,吊装时两根扒杆同时起吊。
当管径较大,跨度较大时,可在河岸一边竖一台扒杆,主杆与悬臂长均根据实际需要丽定,扒杆立杆铁由四根中型角钢构成,利用悬臂将拱管吊起,并向河中心方向平移至两个管架之间。
扒杆或悬臂将拱臂提起后,即迭至两个管架上就位,由于管架上水平托架已经焊死,因此拱管左右位置不致出现偏差,而前后位置以两端托架为准,以扒杆或悬臂予以调整,而拱管之垂直度,则可用经纬仪在两端观测,以风绳予以校正。
自拱管两个托架安装并校正后,随即进行焊接。
若发现托架与管身之间有空隙,可用铁片嵌入后再行施焊。
水平托架一经焊死,随即将斜托架焊上,再用经纬仪观测拱管轴线,检查有否偏差。
遇有水面较窄河流,亦可采用履带式吊车安装拱管。
此法可以减少管子位移与立装扒杆等一些准备工作量,从而加速施工进度。
其安装要求与立杆安装法基本相同。
拱管安装时应把握拱管控制的矢高比为1/6~1/8,通常采用1/8。
吊装时为避免拱管下垂、变形或开裂,应在拱管中部加设临时钢索固定。
拱管安装完毕,应作通水试验,并观测拱管轴线与管架变位情况,必要时需采取措施纠偏。
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