簡介： 采用壓力水沖法，下沉預應力管樁作為支墩，施工工藝簡單，工期短，投資省。工程質量可靠。適合于砂質土壤。

　　關鍵字：預應力 管樁 輸水管 應用

一、前言

　　在沖積平原的水網地區(qū)，長距離敷設輸水管道時，經常要穿越許多的河流和溝塘，一般跨度不太大，河口寬度在30~40米上下。而要穿越的溝（池）塘往往是一些農家的養(yǎng)魚（蟹、蝦）池，當管道平行于溝（池）塘敷設時，則穿越跨度可達100米以上。穿越河流時，通常設計都是將管道兩端做成蝦米彎管，中間焊一段直管，然后一跨跨越這些河面較小的河道。由于這些過河管道地處沖積平原地區(qū)，沖積層土壤摩擦力較小，為抵抗彎起管道的水平推力，必須設置大體積的鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩。而在跨越溝（池）塘時，則要設置多跨的支墩或澆筑混凝土灌注樁，亦或打入混凝土預制樁。

　　在地處長江下游的通州、如東兩市縣引江供水工程輸水管線長達66KM,要穿越許多的河流和溝塘，在DN900鋼管過河時，原設計單位就采用的這一方案，設計的鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩體積達55M3左右，不僅混凝土用量大，而且施工工藝復雜，由于鎮(zhèn)墩地處河邊，必須首先圍堰 、井點降水、 方可支模、綁扎鋼筋，現場澆灌混凝土，等到混凝土硬化后方可拆模，然后才能拆除圍堰，施工過程中稍有疏忽，工程質量就難以保證。

　　在穿越溝塘時，特別是農家的養(yǎng)魚池塘，如果做混凝土支墩就要將池塘中水抽干后再行支模、綁扎鋼筋、現澆混凝土，一直要等拆模后魚池才可恢復養(yǎng)魚。如澆灌混凝土灌注樁，就要搭設腳手架方可施工，施工機械笨重，還需要較大的施工場地，平原地區(qū)大多是沿道路敷設管道，道路邊是很少有空地的，很難安排泥漿池和施工場地的位置。在施工中質量控制更為重要，特別是灌注樁的清孔要求嚴格，只要稍有疏忽，灌注樁就會下沉，將來必然造成鋼管輸水管線滲漏，如果沉降量過大，將會在焊接處折斷，后果嚴重。施工中除了存在與過河管道鎮(zhèn)墩施工同樣的技術問題，而且還多了許多的群眾工作要做，要補貼群眾養(yǎng)魚的損失，只要一時群眾工作沒有做好（沒有滿足養(yǎng)魚戶的經濟要求），則施工只能停止。不但影響工期，而且還要增加工程投資。如果采用預制混凝土樁要比現澆灌注樁方便一些，但也存在樁身笨重，樁的長度大等問題。為此在這次通州、如東兩市縣長距離輸水管道工程中，我們進行了認真的分析研究，認為采用先張法預應力鋼筋混凝土管樁更為合理：一、鋼筋混凝土管樁是中空的，鋼筋是預張拉的，具有重量輕、強度高的特性；二、管樁是在工廠生產，質量可靠；三、可以采用高壓水沖成孔下樁，施工工藝簡單，四，這種管樁兩端均有鋼箍，對焊方便，樁長可以短一些，以減輕起吊的重量，方便施工。五、施工機械簡單，只要一輛汽車吊和一臺離心水泵即可，機械設備移動方便，無需搭設腳手架，施工工期可以加快。六、農家養(yǎng)魚池無需抽水，不但減少了群眾糾紛，而且還減少了對農家的賠償費用?，F將有關內容介紹于后，供同仁參考。

二、管樁設計

　　現以DN900鋼管為例，按照跨河進行管樁設計。計算簡圖如上：

　　1、由于地處第四紀沖積平原地區(qū)，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(huán)，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(wěn)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。

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　　(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(wěn)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(qū)，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(xù)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(xù)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(wěn)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。

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　　為保證管道安裝穩(wěn)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(jié)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(qū)，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(jié)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(jié)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(jié)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(fā)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(qū)可以采用的一種良好施工工藝。