预应力管桩在长距离输水管道中的应用

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1、预应力管桩在长距离输水管道中的应用一、前言　　在冲积平原的水网地区，长距离敷设输水管道时，经常要穿越许多的河流和沟塘，一般跨度不太大，河口宽度在30~40米上下。而要穿越的沟（池）塘往往是一些农家的养鱼（蟹、虾）池，当管道平行于沟（池）塘敷设时，则穿越跨度可达100米以上。穿越河流时，通常设计都是将管道两端做成虾米弯管，中间焊一段直管，然后一跨跨越这些河面较小的河道。由于这些过河管道地处冲积平原地区，冲积层土壤摩擦力较小，为抵抗弯起管道的水平推力，必须设置大体积的钢筋混凝土镇墩。而在跨越沟（池）塘时，则要设置

2、多跨的支墩或浇筑混凝土灌注桩，亦或打入混凝土预制桩。　　在地处长江下游的通州、如东两市县引江供水工程输水管线长达66KM,要穿越许多的河流和沟塘，在DN900钢管过河时，原设计单位就采用的这一方案，设计的钢筋混凝土镇墩体积达55M3左右，不仅混凝土用量大，而且施工工艺复杂，由于镇墩地处河边，必须首先围堰、井点降水、方可支模、绑扎钢筋，现场浇灌混凝土，等到混凝土硬化后方可拆模，然后才能拆除围堰，施工过程中稍有疏忽，工程质量就难以保证。　　在穿越沟塘时，特别是农家的养鱼池塘，如果做混凝土支墩就要将池塘中水抽干后再

3、行支模、绑扎钢筋、现浇混凝土，一直要等拆模后鱼池才可恢复养鱼。如浇灌混凝土灌注桩，就要搭设脚手架方可施工，施工机械笨重，还需要较大的施工场地，平原地区大多是沿道路敷设管道，道路边是很少有空地的，很难安排泥浆池和施工场地的位置。在施工中质量控制更为重要，特别是灌注桩的清孔要求严格，只要稍有疏忽，灌注桩就会下沉，将来必然造成钢管输水管线渗漏，如果沉降量过大，将会在焊接处折断，后果严重。施工中除了存在与过河管道镇墩施工同样的技术问题，而且还多了许多的群众工作要做，要补贴群众养鱼的损失，只要一时群众工作没有做好（没有

4、满足养鱼户的经济要求），则施工只能停止。不但影响工期，而且还要增加工程投资。如果采用预制混凝土桩要比现浇灌注桩方便一些，但也存在桩身笨重，桩的长度大等问题。为此在这次通州、如东两市县长距离输水管道工程中，我们进行了认真的分析研究，认为采用先张法预应力钢筋混凝土管桩更为合理：一、钢筋混凝土管桩是中空的，钢筋是预张拉的，具有重量轻、强度高的特性；二、管桩是在工厂生产，质量可靠；三、可以采用高压水冲成孔下桩，施工工艺简单，四，这种管桩两端均有钢箍，对焊方便，桩长可以短一些，以减轻起吊的重量，方便施工。五、施工机械简

5、单，只要一辆汽车吊和一台离心水泵即可，机械设备移动方便，无需搭设脚手架，施工工期可以加快。六、农家养鱼池无需抽水，不但减少了群众纠纷，而且还减少了对农家的赔偿费用。现将有关内容介绍于后，供同仁参考。　　二、管桩设计　　现以DN900钢管为例，按照跨河进行管桩设计。计算简图如下：　　　　1、由于地处第四纪冲积平原地区，地层大多数为砂性土或砂粘土，因此，管桩设计时应按摩擦桩计算，其设计公式如下：　　单桩容许承载力[P]=1/安全系数K[桩侧极限摩阻力PSU+桩底极限阻力PPU]　　由于管桩中间是中空的，管外为一园

6、环，其端部的承载力在本设计中予以忽略不计，以提高管桩的安全性。因此在本工程设计计算时，按下列公式计算：　　[P]=1/2U∑αiLiτi(1)　　式中：[P]—单桩轴向受压容许承载力；　　U—桩的周长；　　αi—为下沉时桩对各土层桩侧摩阻力的影响系数；　　Li—桩在承台底面或最大冲刷线以下的第I层土层中的长度；　　τi—与相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力。　　（1）、过河钢管跨度及长度的确定：　　30~40米宽度的河流一般属于等外级航道，通航船只都较小，通航宽度只需10~15米，过河钢管下底标高应稍高于同一条

7、河道上桥梁底的标高。因此，假定河面宽度为40米，其过河方案见图一。确定的过河钢管的中间跨度为15米，大于过河桥梁的跨度，以防船只的碰撞。为保证其稳定性，从管桩中心向两侧各挑出2米，然后按30°角向下延伸至岸边，其支架上水平管道与埋地管道之间斜长为12.12米（即两水平管道之间的高差为7米）。则计算钢管长度为：　　L=15+2*2+7/COS30°=43.25m。　　(2)、管桩荷载计算：　　①直段钢管重量：DN900钢管壁厚一般为12mm，每米质量为264.5Kg/m,则19米钢管总重　　Q钢=264.5*（

8、15+2*2）=5025Kg，现取为5T。　　管内水重为：　　Q水=0.9*0.9*0.785*(15+2*2)=12048Kg，现取为12T。　　②、管道斜长部分的一半荷载计算在管桩在承载力内，这部分重量为：　　Q钢=246.5Kg/m*(40-19)/2/COS30°=3205.7Kg，　　现取为3.2T；　　Q水=0.9*0.9*0.785*(40-19)/2/COS30°=7708Kg，