預應力管樁在長距離輸水管道中的應用

時間：2007-10-31  來源：  作者：陳堅等  下載次數：

1、由于地處第四紀沖積平原地區，地層大多數為砂性土或砂粘土，因此，管樁設計時應按摩擦樁計算，其設計公式如下：

單樁容許承載力[P]=1/安全系數K[樁側極限摩阻力PSU+樁底極限阻力PPU]

由于管樁中間是中空的，管外為一園環，其端部的承載力在本設計中予以忽略不計，以提高管樁的安全性。因此在本工程設計計算時，按下列公式計算：

[P]=1/2U∑αiLiτi (1)

式中：[P]—單樁軸向受壓容許承載力；

 U—樁的周長；

 αi—為下沉時樁對各土層樁側摩阻力的影響系數；

 Li—樁在承臺底面或最大沖刷線以下的第I層土層中的長度；

　  τi—與相對應的各土層與樁側的極限摩阻力。

（1）、過河鋼管跨度及長度的確定：

30~40米寬度的河流一般屬于等外級航道，通航船只都較小，通航寬度只需10~15米，過河鋼管下底標高應稍高于同一條河道上橋梁底的標高。因此，假定河面寬度為40米，其過河方案見圖一。確定的過河鋼管的中間跨度為15米，大于過河橋梁的跨度，以防船只的碰撞。為保證其穩定性，從管樁中心向兩側各挑出2米，然后按30°角向下延伸至岸邊，其支架上水平管道與埋地管道之間斜長為12.12米（即兩水平管道之間的高差為7米）。則計算鋼管長度為：

L=15+2*2+7/COS30°=43.25m。

(2)、管樁荷載計算：

① 直段鋼管重量：DN900鋼管壁厚一般為12mm，每米質量為264.5Kg/m,則19米鋼管總重

Q鋼=264.5*（15+2*2）=5025 Kg，現取為5T。

管內水重為：

Q水=0.9*0.9*0.785*(15+2*2)=12048 Kg，現取為12T。

②、管道斜長部分的一半荷載計算在管樁在承載力內，這部分重量為：

Q鋼=246.5 Kg /m*(40-19)/2/COS30°=3205.7 Kg，

現取為3.2T；

Q水=0.9*0.9*0.785*(40-19)/2/COS30°=7708 Kg，

現取為7.7T。

③、管樁自重：現選用Φ500預應力管樁，根據生產廠家的產品樣本，管樁的理論重量為：

q=327 Kg/m，初步擬定樁長為17米，入土深度為10米。由此計算出管樁自重：

Q樁=327*17=5559 Kg，現取為6T。

④ 、穩定鋼管，在管樁頂部設置管座，管座自重取為Q座=1T。

⑤ 單樁總的承載力應為上述各項之和：

∑Q=(Q鋼+ Q水+ Q鋼+ Q水)/ 2+ Q樁+Q座=20.95T(213.8KN)

根據土質τi取30Kpa；αi取1.0。按照（1）式計算，262.5KN＞213.8KN。

即17米長的管樁入土10米，滿足設計要求。

在實際使用中，也可簡單地按經驗估算，砂土層的摩阻可按15KN/m2計算。則10米入土深度的Φ500管樁的外摩阻力約為0.5π*15*10=235.5KN。同樣滿足要求。

當然不同的土質，必須按不同的摩阻力計算。

三、適用范圍及施工方法

在沖積平原地區，地層大多數為第四紀沖積層，土壤多為砂性土或砂粘土，這種土質最適宜采用水沖成孔下樁。

施工前，首先檢查管樁的產品合格證，和相應的質量保證資料，然后檢查管樁外觀(管內、管外均須檢查)質量是否存在質量缺陷,有無鋼筋外露或蜂窩麻面，管樁端面鋼箍是否垂直于管樁軸線，如存在上述質量缺陷的管樁不得使用。

施工時首先要精確測量，確定樁位。然后用汽車吊垂直吊起管樁，并將消防用的水帶和水槍放入管樁中，盡量放到管樁下部，消防水帶另一端接在離心水泵上，離心水泵揚程一般在30~50米左右，流量約為30~45M3/h即可（一般選用3BL-6或是3BL-9水泵）。然后開啟水泵，向管樁內供水，由于高壓水在管樁內對管樁底部的土壤形成沖刷，將砂層從管樁外側沖起，水泵一邊向下沖水，汽車吊一邊向下放管樁，當這一根管樁頂接近水面時，汽車吊暫停下放管樁，這時再一次測量管樁位置是否正確，是否垂直，如果這一切都能達到設計要求，這時可松開汽車吊繩，取出消防水帶。然后將另一根管樁吊起，并保持垂直，精確地與已沖好的管樁對接，對接時同樣應保證第二根管樁端面與第一根管樁端面接觸良好、嚴密，且與第一根管樁在同一垂線位置，然后進行焊接，焊接完畢后應進行防腐處理，待防腐層已經干固后即可繼續沖樁，隨時測量管樁頂的高程，當管樁頂快接近設計高程時還可繼續沖水，但要把消防水槍提高些，以減小沖力，達到設計高程以后即可停止沖水。然后認真測量高程和垂直度，如果垂直度有偏差，必須馬上調整，如果高程低于設計高程，可以用汽車吊將管樁稍稍吊起，直到滿足設計要求，但此時必須汽車吊要穩固數十分鐘，以便砂層沉降到管樁底，然后再一次測量高程，一般情況下管樁頂面可以略高于設計高程2~3cm，以防管道安裝通水后的沉降。

為保證管道安裝穩固，在管樁頂面應設計U型管座，管座底面應預埋鋼板，以便于與管樁焊接，焊接后仍需進行防腐處理。在安裝管道前，還應在管座上墊上1~2層橡膠板，以防鋼管上的防腐保護層被碰壞，同時還起到調節沉降的作用。

為了方便起吊管樁長度一般取為5~7米。由于管樁本身重量不大，通常8T汽車吊即可滿足要求，但為了能起吊到較遠的距離，可能要選用起重臂長一些的汽車吊。具體要求多大起重量的汽車吊，則由樁位與岸的距離而定。

這種方法，一般不適用于粘土地區，因為粘土地層不易沖刷成孔，而且成孔不易塌落，孔大了，與管樁不能形成摩擦力，孔小了，管樁下不去。

四、經濟效果

我們在通如引江供水中采用水沖成孔管樁作為DN900鋼管的支墩。按照原設計方案，一個支墩需用鋼筋混凝土約55M3按每立方混凝土650元（含施工費用）計算，每個支墩的造價約為35750元。而現在采用Φ500預應力鋼筋混凝土管樁，按照材料費160元（送到施工現場價格）與施工費用（每米為40元）計算，每米造價約為200元，一般每個支墩管樁長度約為17米左右，其總造價為3400元，由此可見，每個支墩可節約投資約為32350元，在通州、如東引東供水工程中需使用83處支墩，由此計算，共節約資金近270萬元。應該說使用管樁作為支墩構筑物是經濟合理的。不但節約了投資，而且贏得了工期。經過二年的供水，最近，我們又進行了復測，沒有發現管樁下沉現象，使用效果良好。

五、結論

在長距離輸水管道中應用水沖成孔預應力管樁作為支墩是一種簡單可行的施工方法，使用機械設備少，轉移方便，無需占用大量的施工場地，施工工期短，投資省，施工質量容易控制，是砂壤土地區可以采用的一種良好施工工藝。

上一頁 頁碼：[<< 1 2 ] 下一頁 共2頁