电排站排水管道承台的施工及计算分析.pdf

第6 5 1( 总第9 9 51) 中国水 能及电气化 N o 6( T O T A L N o 9 9 ) 2 0 1 3 年6 月 C h i n a Wa t e r P o we r &E l e c t r i fi c a t i o n 电排站排水管道承 台的施工及计算分析 李 丹 ，何耀勤 ，袁文阳 ( 1 中国地质大学江城学院，湖北武汉4 3 0 0 0 0 ； 2 河海大学，江苏南京2 1 0 0 0 0 ； 3 武汉长江加 固技术有限公司，湖北武汉4 3 0 0 7 2 ) 摘要 ：电排站排水流道结构经多年运行，会因地基沉陷、荷载增加而产生不同程度的损伤，建设新承 台保持 工程原有功能非常必要，本文通过运用灌浆技术对管道建立了新的管床承台，有助于管道继续发挥其排水功能。 关键词 ：电排站；流道；灌浆；承台 中图分类号：T V 9 1 文献标志码 ：A 文章编号：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 3 )0 6 - 0 0 0 1 - 0 5 Co n s t r u c t i o n a n d Ca l c u l a t i o n An a l y s i s o f El e c t r i c P u mp S t a t i o n Dr a i n a g e P i p e l i n e Cu s h i o n Ca p L I Da n ，HE Ya o q i n ，YUAN W e n y a n g 。 ( 1 C h i n a U n i v e r s i t y o fG e o s c i e n c e s ， fi a n g c h e n g C o l l e g e ，Wu h a n ofH u b e i ， 4 3 0 0 0 0， C h i n a ； 2 H o h a i U n i v e i t y ， N a n j i n g o fJ i a n g s u ， 2 1 0 0 0 0 ，C h i n a ； 3 Wu h a n Y a n g t z e R i v e r R e i n f o r c e m e n t T e c h n o l o g y C o ， L t d ，Wu h a n o fH u b e i 4 3 0 0 7 2 ，C h i n a) Ab s t r a c t ：E l e c t ri c p u mp s t a t i o n d r a i n a g e fl o w c h a n n e l s t r u c t u r e i s o p e r a t e d f o r ma n y y e a r s D i f f e r e n t d e g r e e s o f d a ma g e s c a n b e c a u s e d d u e t o g r o u n d s u b s i d e n c e a n d l o a d i n c r e a s e I t i s n e c e s s a r y t o c o n s t r u c t a n e w c u s h i o n c a p t o k e e p t h e o r i g i n a l f u n c t i o n o f t h e p r o j e c t T h e p a p e r u s e s g r o u t i n g t e c h n o l o g y t o e s t a b l i s h a n e w p i p e b e d c u s h i o n c a p o n t h e p i p e l i n e ， t h e r e b y a s s i s t i n g t h e p i p e l i n e t o c o n t i n u o u s l y p l a y i t s d r a i n a g e f u n c t i o n Ke y wo r d s ： e l e c t ri c a l p u mp s t a t i o n；fl o w c h a n n e l ；g r o u t i n g ；c u s h i o n c a p 1 概述 电排站 ( 泵站)是通过水泵排除低洼地带 的积 水，防止内涝发生的水利设施。电排站是穿过河流干 堤的典型地下建筑物 ，其排水流道 为驼 峰形流道 ，通 常制成为钢筋混凝土圆管。 电排站系统建成后 ，一般经历 二三十年后 ，由于 地基缺陷 以及堤上荷载的变化 ，管道作 为梁式结构挠 度会有所增加，因而流道会有环向裂缝 、伸缩缝止水 因管道不均匀沉陷而开裂等现象 ，造成止水失效。流 道挠度及裂缝的发展，严重影响到电排站系统的正常 运行 ，并威胁到河流大堤安全。 某电排站建于 1 9 6 0年代 ，排水管道的结构型式 7 施工技术 Co n s t r u c t i o n T e c hn o l o g y 即为钢筋混凝 土圆管式 。根据工程检测报告 ，知道该 电排站建造 在 粉细 砂地 基 上 ，属于 软弱 土地 基 的范 畴 。软弱土由于土层成陆年代晚 、含水量高 、固结程 度低，具有强度低 、压缩性大和明显的触变性等不 良 特征 ，对建筑 危害较大 。 鉴于软弱地基存 在的这些问题 ，在软弱地基上构 筑结构物时 ，通 常就需要对地基进行加 固，以保证结 构的安全。该电排站在建造时，曾考虑过地基加固的 问题，并实施过相应的处理，但经历几十年后，这些 处理措施 已经基 本 失效 ，必 须采 取新 的加 固处理 措 施 ，保持 电排站 的功能 持续 发挥 。对 于进 行 地基 加 固，通常采 用 的方法 有许 多 种 ，如地 基基 础 托换 技 术 、灌 浆技术加 固、加大基础底 面积加固法等。鉴于 该电排站地基的现存情况及以后功能的发挥，采用灌 浆技术加固地基建立新 的承台是必要 的。 新的承台是通过灌浆技术对管道下部钻孔充填灌 浆，待灌浆排开土壤或渗入土壤后固化而形成的，用 以承托管道。其他措施如重建伸缩缝止水、修补渗水 点、修补破损裂缝等将一并进行。笔者从管床承台的 施工过程和工艺人手 ，计算 了管床的力学形态，用 A n s y s 模 型分析 了承台 的安全性 。 2 承台的灌浆技术 灌浆技术是用气压或液压将 无机或 有机化学浆液 注入土 中，使地基 固化 ，起到提高地基 土强度 、消除 其湿陷性或防渗堵漏作用 的一种加 固方法 。 2 2 1 灌浆浆液材料 常用的灌浆浆液材料有水泥浆材 、粉煤灰水泥浆 材 、硅粉水泥浆材 、黏土水泥浆材等 ，本文采用 了水 泥浆材。 水泥浆材是以普通硅酸盐水泥浆为主的浆液 ，在 地下水无侵蚀性条件下 ，它是一种悬浊液 ，能形成强 度较高和渗透性较小的结石体。既适用于岩石加固， 也适用于地下防渗。在细裂隙和微孔地层中其可灌性 不如化学浆材好，但若利用劈裂灌浆原理，则不少若 透水地层都可用水泥浆 进行有效 的加 固。水泥浆 的水 灰比 ，一般 变化 范 围为 0 62 0 ；常用 的水 灰 比是 1 ： 1 。 有 时可加 入速凝 剂或缓凝 剂等 附加剂 调节 水泥 浆 的性能 。常用的速凝剂有水玻璃和氯化钙 ，其用量 约为水泥 质量 的 1 2 ；常 用 的缓 凝剂 有木 质素 磺酸钙和酒石酸，其用量约为水泥质量的 0 2 0 5 。高水灰比仅对提高浆液的可灌性有利，而对 岩土加 固意义不大 。 2 2 灌浆实施 对整个管道实行钻孔灌浆 ，浆液注入土 中，浆液 地基 固化后 ，形成支撑管道 的承台。在管道伸缩缝止 水 处 ，为使该处得到更好 的支撑 ，采取多钻两孔 ，灌 浆后形成较宽承 台。 2 2 1 灌浆工艺流程 ( 1 )沿伸缩缝两侧 ，交错布置 3个灌浆孔，沿管 底 每隔 1 m布置 1 个 孔位 ，钻制 直径 3 05 0 ra m的穿 透孔 ( 见 图 1 ) 。 伸缩缝 I I j ； ， ， ， 7 v ， ， ， 1 五 ， 7 ， l 7 ： o o 8 。 。 1000 O 。 。 。 。 。 。 。 。 -h一 ， - ， ， I ， ， 1ZAt ， ， ， ，7 ， ， ， 一 I 1 I l I l 1 2 0 0 0 l 图1 管床灌浆布孔示意图 ( 单位：m m) ( 2 )管床灌浆按间隔孔序分两期施工。 ( 3 )将 灌浆 钢 管插入 穿透 孔 中 ( 钢 管经 钻孔 制 作，管身布满浆液喷射孔 ，前端装有锥形帽) ，土体 固结灌浆深度取 1 8 m。 施工技术 ( 4 )将 软 管接 上 灌浆 钢 管 ，通 过 高压 注浆 泵 灌 注 M1 5水泥砂 浆 ，浆 液从 钢管 中喷 出 ，由浆 液与 流 M1 5 水泥土复合体 ( a )I l 剖面：倒圆台形承台 道管外的土体混合凝固后形成水泥土复合管床 ( 见 图 2 ) 。 图 2 灌浆形成承台示意 图 2 2 2材料及设备 ( 1 )小 型水 钻顶 管 机。对 管 壁钻 孔 ，最小 直 径 4 5 m m。该机并 有顶 推管 件 的功能 ，可将灌 浆 钢 管顶 入 管外 土体 中。 ( 2) 灌 浆 钢 管 。采 用 热 轧 无 缝 钢 管( d = 3 2 ra m) ，管身按一定 间距钻满 喷浆小孔 。 ( 3 )水泥砂浆 。采用 M1 5水泥砂浆。 ( 4 )高压注浆泵、注浆软管。采用水利水 电工程 常用的活塞式注浆泵和注浆软管 ，并配置相应接 口。 3 承 台力学计算分析 电排站 的管道 由原施工工序 分为 8个管段 ，管道 的第一段 在泵 房 内，新 建 承 台只 是承 受 后 7段 管 道 ( 见 图 3 ) 的荷 载。 f b )一I I 剖面：圆柱形承台 土层厚度6 6 4 图3 管道上方土层示意图 ( 单位 ：m) 本文采取了如下荷载组合：管道上方土体荷载 、 堤坝坝顶交通路汽车荷载 、雪荷载。 3 1 承台受力计算 根据 以上各种荷载的计算 值 ，运用结 构力学方法 计 算承台所受的压力。根据具体情况 ，现将 承 台设置 为每隔 1 IT I 通过灌浆制成一个承台，承 台直径计为 0 5 m。典型计算简 图见 图 4所示 。 嘟懈惭喇 嘲 珀 m 龇I m 蝴 “ 唧 嘲f 雠 鼢 州州 * 】 黼 m 螂 鼢 娜州 、 r。、 2 1 3 4 I 5 i 6 ； 7 1 | 8 、 | 9 。 、 t 1 I f 4 I 2 i I 3 、 ，r 啦 F ， 、 、 、 、 r t j | J ， 。 ， 。 ， r S ， 。 7 ， ) _ 1， 图 4第一段管道受力示意图 3 2 承台参数确定 根据灌浆机和现场的地质情况分析 ，以单管灌浆 所成承 台 ( 倒 圆台形 ，近乎 圆锥 ，见 图 5 )可 以得 出 承台的具体参数。 3 施工技术 Co n s t r u c t i o n Te c hn o l o g y 采用结点传递力时由土体抗剪切方向的力稳定承台， 与摩擦力提供力产生的结果相差不大，故采用结点传 递土体和承台间的力。 经分析计算 ，灌浆所用的水泥砂浆抗压强度为 2 3 2 M P a ，承台的上部满足应力要求，能够承担管道 产生 的压应力 。对 于受管道最 大压力 处 的承 台 ，经过 分析可知 ，这些承 台虽有位移 ，部分 位置也会 出现应 力集 中现象 ，但整体上满足承 台的稳 定性要求 ，因此 可认为该设计是合理的。因为最大压力处的承台能满 足稳定性要求 ，由此可 知所有 位置上的承 台均 能够满 足稳定性要求 。 4 结论 管道进行新建承 台处理后 ，已运 行 了两 年 ，总体 情况 良好 ，再无沉陷管裂出现 ，说明设计和施工都是 成功的，管道的计算分析也印证了这一点。灌浆处理 工程缺陷今后还有较大的用武之地，相信本文结果对 同类工程有相当的借鉴意义。 参考文献 1 丁绍祥 地基基础加固工程技术手册 M 武汉 ： 华 中科技大 2 3 学 出版社 ， 2 0 0 8 刘干 斌 ， 刘红 军 2 0 0 9 张可 恭 ， 刘 松 玉 2 0 01 土质 学 与土 力学 M 北 京 ： 科学 出版社 土力 学 M 北 京 ： 中 国建筑 工业 出版社 5 刘竹溪 ， 刘景植 水泵及水泵站 M 北京 ： 中国水 利水电 出版 社 ， 2 0 0 6 6 邓凡平 A N S Y S有 限元分 析 自学手册 M 北京 ： 人 民邮 电出 版社 ， 2 0 0 7 7 周泳涛 ， 鲍卫刚 ， 翟辉 ， 刘延芳 我国高速公路 交通荷载标准研 究 J 公路交通科技 ， 2 0 1 0( 2 ) 9 张银屏 ， 顾 超瑜 地面车辆荷载对浅埋隧道影响 的分析方法及 其应用 J 市政技术 ， 2 0 0 9( 1 0 ) 1 0 张延年 ， 张勇 ， 王元 清 ， 石永 久 辽 宁省基本 雪压 的计 算与分 析 J 华南理工大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 1 0 ( 9 ) -4 - -” 卜 + ” +”+一+”+“ +” +”+”+ - - + _” - -“ 卜 “- k - +“+“+”十 +一- 一” 一 ” ” _“- + 一“- 4 - +“+“ +一 _ 卜 ” ” ， + r - t - 4 - - - +“ +“+ 1 一 “ 卜 ” 一” ” - + _ “- 4- 卜 ( 上接 第 8页) 5 结语 ( 1 )混凝土温度监测资料表明，施工期坝体混 凝 土温度 受混凝 土本身性 质和 坝体边界 条件 的影响 ， 对坝体质量有重要影响。因此 ，在施工中根据监测数 据采取相应 的温控措施是 十分 必要 的。 ( 2 )横缝开合度监测资料表明，施工期横缝开 合度在年末 明显增 大。因此 ，接缝灌 浆应安排在 这个 时段进行灌浆 。 ( 3 )监测系统 可 以帮 助及 时 了解 大 坝 在施 工 和 运行 中的状态 ，以采取相应 的措施保证 大坝 的运行 安 全。为坝的设计 、施工提供了有价值的情报和认识， 促进了设计和施工水平的提高。 参考文献 1 沈海尧 ， 等 水 电站大坝监测 自动化 的现状 与展望 J 浙江水 利科技 ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 2 3 - 2 5 2 李珍照 国外大坝监测分析的新进 展 J 水力发 电学 报 ， 1 9 9 2 ( 2)： 7 5 - 8 4 3 王润英 ， 等 施工期与运行期 大坝监测 自动化对 比分析 J 人 民珠江 ， 2 0 0 2 ( 6 ) ： 5 2 I 5 4 4 高永 昌 察 尔森水 库大 坝监测 工作 研究 J 东 北水 利水 电 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 1 -4 2 5 张 国君 ， 等 汤河水库大坝监测资料初 步分析 J 东北水利水 电， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 4 O 41 6 王 国儒 ， 应利根 里杜湖水库 大坝监测 成果 分析及应用 J 浙 江水利科技 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 5 - 2 6 7 舒 涌， 袁琼 二滩拱坝低于设计死水位运行时 的横缝开合度监 测 J ， 水电站设计 ， 2 0 0 4 ( 1 )： 2 0 - 2 3 5