钢护筒支承围堰法在水工建筑施工中的应用

1、5工程建设总公司2013年优秀qc成果报告 钢护筒支承围堰法在水工建筑施工中的应用小组名称：成都项目部qc小组发布人：沈蓁琳单位：工程建设总公司成都项目部2013年12月4日目 录一、小组概况- 1 -二、选题理由- 2 -三、现状调查- 3 -四、设定目标- 5 -五、原因分析- 6 -六、确定主要原因- 7 -七、制定对策- 8 -七、制定对策- 9 -八、实施对策- 11 -1、施工平面布置- 11 -2、筑岛施工- 11 -3、护筒安装施工- 11 -九、效果检验- 14 -1、理论计算检验- 14 -强度验算：- 14 -抗滑移验算- 15 -抗倾覆计算- 15 -2、现场检验- 1

2、7 -十、制定巩固措施- 18 -十一、总 结- 18 -十二、下步打算- 18 -一、小组概况钢护筒支承围堰法在水工建筑施工中的应用小组成立时间2012.12活动次数9次出勤率100%课题类型攻关型成都项目部qc小组概况表小组名称成都项目部qc小组注册编号课题名称钢护筒支撑围堰法在水工建筑施工中的应用成立时间2012.12课题类型攻关型活动时间2012.122013.5.1小组人数（10人）10人当 年活动次数9次获奖情况小组成员情况表序号姓名年龄文化程度职务、职称组内分工备注1杜伊杰37本科工程师组长2李庆亮42专科工程师副组长3陈少峰43中专工程师副组长4李英华36本科工程师组员-材料5

3、刘 伟37中专技术员组员-施工6王勇杰38 中专助理工程师组员-安全7万德俊26本科助理工程师组员-技术8王春光25本科助理工程师组员-技术9陈刚26本科技术员组员-技术10翟冰洋25专科助理工程师组员-质检11王忠杰26专科技术员组员-测量二、选题理由钢护筒支承围堰法在水工建筑施工中的应用客观条件：取水泵房基础位于水位线以下7m深，河岸斜面坡度大业主要求：东河于2013年1月10日开始蓄水，水位将上升8m，至373m标高位置。环境要求：东河输入嘉陵江，水质清洁，对环境保护要求高。施工条件：附近无大型采石场、取土场，无法满足围堰大量土石方需求。航运条件：东河往来船只多，航运较为繁忙，大量修筑围

4、堰将影响航道。工期要求：元坝净化厂外部给排水工程工期紧张，大量围堰将拖延施工工期。三、现状调查工程概况调查元坝气田17亿立方米/年试采工程元坝净化厂外部系统配套给排水工程，位于四川省广元市苍溪县中土乡东河河岸凹岸边，包含取水泵房，配套用房，管径dn450，材质l290，设计压力1.7mpa的输水管线1.746km；d160 pn1.6mpa，钢骨架聚乙烯复合管排水管线2.094km；1.43km的10kv电力线等详细设计图纸中的所有工作量内容。地质情况调查场地位于四川盆地东北部，新华夏构造褶皱带铁岭山背斜与铜锣峡背斜之间的大县大竹向斜轴部东侧，向斜轴线方位角1520°，为川东弧形构造

5、带的组成部分，其构造特征是以北北东北东向梳状褶皱为主，接近背斜轴部，偶见伴生与背斜走向一致的逆断层。无区域性断裂通过勘察场地。场地内覆盖层自上而下主要为耕土、人工填土、粉质粘土，下伏基岩为薄层巨厚层侏罗系中统上沙溪庙组泥岩与砂岩，呈互层状结构。场地内地下水类型主要为空隙潜水及基岩裂隙水，受大气降水补给，对基础施工及地下室施工无腐蚀性。气象条件调查降雨量:年平均降雨量1020mm;最大降雨量1605.1mm。气温：年平均气温： 16.60；极端最高气温： 40.2；极端最低气温：-4.60。风向：主导风向为西北风。地震烈度：抗震设防烈度为6度；设计基本地震加速度值为0.05g。水文情况调查东河系

6、嘉陵江左岸一级支流，区内第二大河，流长290km，流域面积5353km ，河道河曲发育，漕道水浅，河漫滩较多，河床呈"v"型，由砂卵石组成，于阆中文城下游2km 处的烂泥沟注入嘉陵江，在元坝场有较大支流插江汇入。 东河径流主要由降水补给，水量丰沛，但年内年际变化较大。枯水期 10 月翌年 4 月，主要由地下水补给，径流量占年径流量的 20.3%，每年4月以后径流随降雨的增大而逐渐增大，6、7、8三个月水量最丰，9月份次之，11月起由于降雨减少，径流开始以地下水补给为主，稳定退水至翌年4月。其中1-2月份为最枯，占年径流的2.5%。东河清泉水文站控制流域面积 5011km ，

7、据该站实测资料，测得最大洪峰流量11100m/s，流速6.50m/s以上。年平均最大流量185m/s(1964 年)，最小年平均流量26.6m/s，年平均流量99.6m/s。气象条件调查降雨量:年平均降雨量1020mm;最大降雨量1605.1mm。气温：年平均气温： 16.60；极端最高气温： 40.2；极端最低气温：-4.60。风向：主导风向为西北风。地震烈度：抗震设防烈度为6度；设计基本地震加速度值为0.05g。气象条件调查本工程位于东河东岸，河岸地势陡峭，目前水位为365m，已由其他单位完成简单土堤围堰。但1月10日起东河开始蓄水，水位将上涨至373m标高位置，因此，1月10日起必须将施

8、工围堰施工至373.5m标高以上。若用土质围堰，则土方量巨大，工期难以保证，围堰范围大影响航道，且存在透水危险。四、设定目标 工程目标2013年1月15日前围堰高度施工至373.5m。尽量减少对水体的污染。不影响河道通航。尽量减少围堰施工土石方量。不影响工程总体工期。管理人员文化水平高，有专业的土建工程师，技术力量雄厚，有创一流的强烈愿望。有利条件元坝净化厂属重点工程，公司给予厚望，非常重视，可提供强有力保障。目标可行性传统方法施工难度大，客观因素制约较多。新工法相关经验少，无类似工程施工经验。不利条件工期紧，任务重。五、原因分析传统土石方围堰施工环：对河水污染重！法：工法传统，工期难以提高！

9、人：劳动力投入大，安全风险高！机：水上作业，机械难以到达！料：土石方量巨大，场地附近材料少！施工难度大，容易导致失败，损失巨大！六、确定主要原因增加劳动力投入，加强安全管理人：劳动力投入大，安全风险高！得出方式解决方式非主要原因结论方式方式方式非主要原因机：水上作业，机械难以到达！通过围堰顶部通行得出方式结论方式解决方式方式方式料：土石方量巨大，场地附近材料少！得出方式方式方式解决方式结论方式从其他地方调运非主要原因改进或改用其他工法，其他问题均可解决法：工法传统，工期难以提高！得出方式方式方式解决方式结论方式主要原因得出方式方式方式解决方式结论方式非主要原因环：对河水污染重！加强环境保护七、

10、制定对策机：水上作业，机械难以到达！料：土石方量巨大，场地附近材料少！环：对河水污染重！人：劳动力投入大，安全风险高！法：改用创新施工工法！必须改进施工工法！料：改进工法，减少土石围堰施工量！机：改进工法，避免机械水上施工！人：改进工法，减少劳动力投入！环：改进工法，避免对河水污染！七、制定对策如何制定对策？选取什么工法施工？优点：不污染水源，围堰体积小，不影响航道。可是：造价太高，制作安装石笼周期太长，不满足工期要求！方案一：围堰采用石笼砌筑中间铺设防水油布？是否可行？改进！方案二：采用单层钢板护筒代替围堰？优点：不污染水源，体积小，不影响航道，造价相对较低，制作安装周期短。可是：护筒稳定性

11、太差，半径超过11m，容易受水压影响产生变形，甚至倾覆，安全风险高！是否可行？方案三：采用双层钢护筒，中间用型钢连接？是否可行？优点：不污染水源，体积小，不影响航道，造价相对较低，制作安装周期短，稳定性好，不易变形。可是：护筒底部为斜坡，与底部基岩接触面存在缝隙，易发生渗水、透水事故！改进！怎么办？最终方案：双层钢护筒，中间用混凝土浇筑填充，外部用小型围堰填筑！方案评价：不污染水源，体积小，不影响航道，造价相对较低，制作安装周期短，稳定性好，不易变形，不发生倾覆，同时严密性好，不发生透水事故。同时钢板施工可加大预制程度，减少现场安装工程量，缩短工期。通过对比，此方案为最优方案！八、实施对策1、

12、施工平面布置2、筑岛施工首先将原有围堰填至高程366m位置，填筑时边坡坡度为1:1.5；围堰迎水面加固作法如下图：围堰顶宽5m，高出常水位1m。围堰使用翻斗车从净化厂周边取土，运至施工现场后采用装载机及挖掘机进行填筑；填筑时尽量将大块片石抛至围堰底部及坡面，从而使围堰整体能够稳定，中间采用粘土充填碾压。围堰填筑完毕后在外围堆砌块石。3、护筒安装施工基坑开挖深度为8m，基坑直径为25m-26m（预留1.5m-2m护筒制作施工空间）。钢制护筒直径需达到22m，高13m，分为7节，为了保证护筒的稳定性，护筒基槽需挖至稳定层，由于外侧压力大，分段开挖，边开挖边支护。护筒内壁设置井字形支撑，支撑管件21

13、9 厚10mm，在四根横向支撑端头设置219 厚10mm立柱共计8根，采用焊接固定。护筒外壁每2圈壁板搭接处，用20#槽钢环形设置1圈紧箍圈以加大护筒护壁抗压强度。施工现场平整出一块20m×15m的场地，调拨一台卷板机进行卷板施工作业。护筒第一、第二圈壁板制作采用 q235b =14钢板双层，中间20#槽钢连接灌注混凝土加强护筒整体的抗压力，第三圈以上为单板，壁板采用q235b =12钢板，第四、五、六圈壁板制作采用 q235b =10钢板，第七圈壁板制作采用 q235b =8钢板。钢制护筒焊接方式采用手工焊（smaw)，焊条采用e43152.5焊条。下部双层钢护筒施工护筒内开挖及护

14、筒支承吊车取土九、效果检验1、理论计算检验强度验算：护筒底部所受静水压力和围堰堆积土体自重产生的应力：u为土的泊松比， 为土体容重， 即为浸在水中土体的有效容重。k为土的静止土压力系数。围堰土体为粉状粘土，查工程地质手册得u=0.4，水流影响力：f流水压力（kn）；水的重度（kn/m³）；设计流速（m/s）；阻力方向投影面积（）；g重力加速度（9.81m/s2）；k形状系数，按下表取。形状方形矩形（长边与水流平行）圆形尖端形圆端形k1.51.30.80.70.6水流方向所受压力：p”=64pa最不利位置叠加压强：p=p+p”=2.949×104pa。（此为最不利位置，实际情

15、况最大静水压强位于筒底部，此处（即为河床）流速近似为0,；最大流速为水面，此处静水压强为0）钢制护筒筒壁临界压强计算：公式中： 筒壁临界压强值（mpa）e设计温度下筒壁材料的弹性模量（gpa）钢制护筒采用q235b材质钢板制作，类似于20#钢材，因此，根据下表弹性模量取210gpat底层筒壁有效厚度（m）d护筒直径由于钢护筒临界压强远大于最不利条件下侧向压力，因此护筒强度满足要求。抗滑移验算钢制护筒自身重量为46.66t：而p=10.126kn<mg=0.15×46.66×9.81=68.66kn所以，满足抗滑移要求。抗倾覆计算受力简图如下所示：护筒受水流冲刷力f作用

16、，f在护筒迎水面处呈倒三角分布力状态，上图可简化视为集中力f作用于护筒迎水面上三分之一位置处，如下图，与简化前作用效果相同。f作用使护筒有绕a点转动的作用力矩，同时自身重力g产生的反方向力矩与之平衡。当护筒即将发生倾覆的临界状态时，根据力矩平衡：因此，确保护筒不发生倾覆，只需满足护筒重力：因此护筒质量大于 即可。所以，护筒重量为46.66t满足抗倾覆要求。2、现场检验根据施工现场施工效果来看，各项目标均圆满实现。减少了工程投资，同时在短时间内圆满完成施工任务。护筒内取水泵房基础施工取水泵房主体施工接近完成十、制定巩固措施将本次qc小组活动获得的经验方法及数据进行了整理，对受力分析进行计算，编制了钢护筒围堰法专项施工方案和施工作业指导书，指导施工并形成工法，同时所有参与本次qc小组的成员施工经验和创新钻研能力均得到了提高。十一、总 结1、通过本次活动，小组成员分工协作，各展所长，充分发挥了各自的主观能动性，提高