论述水利工程相邻施工结构物运行安全实际运用控制

曹芳军+段景朝

摘要：水利工程的特殊性，要求既具备运行条件又具备过水条件，因此在施工过程中安全运行尤为重要，本文主要讲述南水北调配套工程中，新建的泵房工程的施工影响施工完成的节制闸工程结构稳定的安全计算，防护计算及后期观测得出的实际结论。

关键词：施工 结构 安全 控制

1 工程概述

1.1 工程概况

前柳林泵站位于京密引水渠桩号84+293～84+514.7范围内，京密引水渠左岸，现状柳林倒虹吸北侧。设计流量为20m3/s，总装机容量1420kW。泵站等别为Ⅱ等，泵站主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。工程区地震动峰值加速度0.208g，相应地震基本烈度为8度。泵站选用4台立式轴流泵机组，3工1备，单机流量6.67m3/s。

主要建筑物包括：节制闸、进水渠、进水池、主厂房、副厂房、出水渠及辅助管理用房等。节制闸工程前期水下部位施工完毕具备通水条件，主泵房利用泵站进出水口新建二期围堰进行施工导流，保证主泵房段的施工作业。

1.2 工程特点

前柳林泵站工程新建在现有京密引水渠内，由于保证现状渠道尽快恢复供水需求，首先施工了渠道内的节制闸工程，在主泵房施工永久征地完成后进行施工。因此为保证泵站节制闸部位施工，已经进行了节制闸工程的施工，并且结构物的混凝土施工基本完成。根据不同开挖高程进行分析，主要存在以下问题：

①已形成结构物与相邻泵站结构高程相差近11m，新开挖泵站距离已完成节制闸最近处9.5m。

②节制闸开挖后与地质报告描述基本相符，为淤泥质重粉质粘土，平均厚度为4m。节制闸已按照设计图纸要求进行了开挖换填，节制闸部位开挖至平均高程42.00m。

③根据开挖规范要求，首先施工部位为泵站主泵房（最低点41.6m），而实际未能施工。

④节制闸部位首先通水运行，泵站施工主要集中在通水期间，泵站的开挖对节制闸的结构物有安全风险。

2 基坑开挖支护的验算

根据设计图纸及施工实际情况，现阶段进行泵站主厂房的开挖，首先根据现有的地质及结构尺寸进行节制闸侧的稳定分析，利用钢板桩灵活性及板桩的强度对基坑进行支护，利用钢管桩的抗弯性进行变型稳定。

2.1 边坡稳定性计算

本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。

计算结论如下：

第1步开挖内部整体稳定性安全系数Fs= 1.212<1.30不满足要求！ [标高-2.000m]

第2步开挖内部整体稳定性安全系数Fs= 1.122<1.30不满足要求！ [标高-5.000m]

2.2 钢板桩稳定性计算

本计算书的编制参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），《土力学与地基基础》（清华大学出版社出版）等编制。

重要性系数：1.10；

开挖深度度h：5.10m；

基坑外侧水位深度hwa：9m；

基坑内侧水位深度hwp：2.00m；

桩嵌入土深度hd：6.9m；

基坑边缘外荷载形式：荷载局部布置；

均布荷载的分布宽度b0：10m；

荷载边沿至基坑边的距离b1：1.00m；

土坡面上均布荷载值q0：60.00kN/m；

悬臂板桩材料：36c号工字钢；

弹性模量E：206000N/mm2；

强度设计值[fm]：205N/mm2；

桩间距bs：0.50m；

截面抵抗矩Wx：962cm3；

截面惯性矩Ix：17310.00cm4；

基坑土层参数：

■

经验算，材料的强度不满足要求，重新选取抗弯刚度大的截面，重新计算。根据计算得出，在没有支护的情况下边坡失去稳定，因此采用一排钢板桩进行了边坡稳定性支护，但实际情况是节制闸的施工已经进入尾声，泵站的开挖势必影响结构物的安全要求，为保证结构物的安全稳定，因此进行了钢板桩的材料挠度计算，钢板桩不符合位移变化要求，因此选用抗位移材料较大的钢管桩进行加固处理。

2.3 钢管桩排桩支护

2.3.1 排桩支护（见图1）

基本信息（见表1）。

2.3.2 经验算初步结论

①基坑变形控制：本明挖基坑深度约6m。根据基坑规模与周边环境条件，参照两个行业标准：《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）和《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），本基坑变形控制等级为一级，计算基坑水平变形量为9.45mm≤30mm，基坑变形满足规范要求。

②基坑边坡的整体稳定性计算，计算结果为K=2.3≥1.2，满足整体稳定性要求。

③基坑边坡的抗隆起计算，计算结果为K=1.33≥1.1，满足基坑底抗隆起要求。

④Ky=37.92/30.00=1.26≥1.05，基坑底部土抗承压水头稳定。

⑤节制闸处沉降量约为0mm。

3 过程检测

3.1 施工过程震动检测

由于工程施工过程的干扰，防止因施工机械施工过程中产生的震动，影响新建结构物的安全。采用试验检测的方法，控制施工期间的干扰。钢管桩距离泵站节制闸主体结构最近距离9.5m钢管桩施工时产生较大的振动，根据要求，需要测试钢管桩的施工振动的大小，判定钢管桩施工对节制闸结构的影响。

表2 测试结果汇总表

■

依据《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）8.0.2节关于打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值，钢管桩施工监测的节制闸主体结构振动速度峰值小于3.0mm/s，振动在规定的容许值范围。

3.2 结论

根据计算成果分析，边坡自身稳定性差，采用钢板桩及钢管桩进行统一计算，满足设计及规范要求，因此采用钢板桩及钢管桩统一加固的方案。为保证钢板桩及钢管桩的统一受力，在上部采用20a工字钢进行连接，间距5m布置。因钢管桩与钢板桩考虑后期通水后条件的要求，为保证泵站基坑的正常施工，在钢管桩开挖面侧安装焊接3mm钢板进行基坑内防渗处理。

参考文献：

[1]朱跃忠.水利工程建设质量管理研究[J].科技与企业，2013（07）.

[2]茹克亚·阿布里孜.水利工程施工布置的特点及总体布置措施[J].黑龙江水利科技，2012（09）.

[3]彭海莹，高领，石荣锦.水利工程环保型施工措施分析[J].资源节约与环保，2014（03）.endprint

摘要：水利工程的特殊性，要求既具备运行条件又具备过水条件，因此在施工过程中安全运行尤为重要，本文主要讲述南水北调配套工程中，新建的泵房工程的施工影响施工完成的节制闸工程结构稳定的安全计算，防护计算及后期观测得出的实际结论。

关键词：施工 结构 安全 控制

1 工程概述

1.1 工程概况

前柳林泵站位于京密引水渠桩号84+293～84+514.7范围内，京密引水渠左岸，现状柳林倒虹吸北侧。设计流量为20m3/s，总装机容量1420kW。泵站等别为Ⅱ等，泵站主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。工程区地震动峰值加速度0.208g，相应地震基本烈度为8度。泵站选用4台立式轴流泵机组，3工1备，单机流量6.67m3/s。

主要建筑物包括：节制闸、进水渠、进水池、主厂房、副厂房、出水渠及辅助管理用房等。节制闸工程前期水下部位施工完毕具备通水条件，主泵房利用泵站进出水口新建二期围堰进行施工导流，保证主泵房段的施工作业。

1.2 工程特点

前柳林泵站工程新建在现有京密引水渠内，由于保证现状渠道尽快恢复供水需求，首先施工了渠道内的节制闸工程，在主泵房施工永久征地完成后进行施工。因此为保证泵站节制闸部位施工，已经进行了节制闸工程的施工，并且结构物的混凝土施工基本完成。根据不同开挖高程进行分析，主要存在以下问题：

①已形成结构物与相邻泵站结构高程相差近11m，新开挖泵站距离已完成节制闸最近处9.5m。

②节制闸开挖后与地质报告描述基本相符，为淤泥质重粉质粘土，平均厚度为4m。节制闸已按照设计图纸要求进行了开挖换填，节制闸部位开挖至平均高程42.00m。

③根据开挖规范要求，首先施工部位为泵站主泵房（最低点41.6m），而实际未能施工。

④节制闸部位首先通水运行，泵站施工主要集中在通水期间，泵站的开挖对节制闸的结构物有安全风险。

2 基坑开挖支护的验算

根据设计图纸及施工实际情况，现阶段进行泵站主厂房的开挖，首先根据现有的地质及结构尺寸进行节制闸侧的稳定分析，利用钢板桩灵活性及板桩的强度对基坑进行支护，利用钢管桩的抗弯性进行变型稳定。

2.1 边坡稳定性计算

本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。

计算结论如下：

第1步开挖内部整体稳定性安全系数Fs= 1.212<1.30不满足要求！ [标高-2.000m]

第2步开挖内部整体稳定性安全系数Fs= 1.122<1.30不满足要求！ [标高-5.000m]

2.2 钢板桩稳定性计算

本计算书的编制参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），《土力学与地基基础》（清华大学出版社出版）等编制。

重要性系数：1.10；

开挖深度度h：5.10m；

基坑外侧水位深度hwa：9m；

基坑内侧水位深度hwp：2.00m；

桩嵌入土深度hd：6.9m；

基坑边缘外荷载形式：荷载局部布置；

均布荷载的分布宽度b0：10m；

荷载边沿至基坑边的距离b1：1.00m；

土坡面上均布荷载值q0：60.00kN/m；

悬臂板桩材料：36c号工字钢；

弹性模量E：206000N/mm2；

强度设计值[fm]：205N/mm2；

桩间距bs：0.50m；

截面抵抗矩Wx：962cm3；

截面惯性矩Ix：17310.00cm4；

基坑土层参数：

■

经验算，材料的强度不满足要求，重新选取抗弯刚度大的截面，重新计算。根据计算得出，在没有支护的情况下边坡失去稳定，因此采用一排钢板桩进行了边坡稳定性支护，但实际情况是节制闸的施工已经进入尾声，泵站的开挖势必影响结构物的安全要求，为保证结构物的安全稳定，因此进行了钢板桩的材料挠度计算，钢板桩不符合位移变化要求，因此选用抗位移材料较大的钢管桩进行加固处理。

2.3 钢管桩排桩支护

2.3.1 排桩支护（见图1）

基本信息（见表1）。

2.3.2 经验算初步结论

①基坑变形控制：本明挖基坑深度约6m。根据基坑规模与周边环境条件，参照两个行业标准：《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）和《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），本基坑变形控制等级为一级，计算基坑水平变形量为9.45mm≤30mm，基坑变形满足规范要求。

②基坑边坡的整体稳定性计算，计算结果为K=2.3≥1.2，满足整体稳定性要求。

③基坑边坡的抗隆起计算，计算结果为K=1.33≥1.1，满足基坑底抗隆起要求。

④Ky=37.92/30.00=1.26≥1.05，基坑底部土抗承压水头稳定。

⑤节制闸处沉降量约为0mm。

3 过程检测

3.1 施工过程震动检测

由于工程施工过程的干扰，防止因施工机械施工过程中产生的震动，影响新建结构物的安全。采用试验检测的方法，控制施工期间的干扰。钢管桩距离泵站节制闸主体结构最近距离9.5m钢管桩施工时产生较大的振动，根据要求，需要测试钢管桩的施工振动的大小，判定钢管桩施工对节制闸结构的影响。

表2 测试结果汇总表

■

依据《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）8.0.2节关于打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值，钢管桩施工监测的节制闸主体结构振动速度峰值小于3.0mm/s，振动在规定的容许值范围。

3.2 结论

根据计算成果分析，边坡自身稳定性差，采用钢板桩及钢管桩进行统一计算，满足设计及规范要求，因此采用钢板桩及钢管桩统一加固的方案。为保证钢板桩及钢管桩的统一受力，在上部采用20a工字钢进行连接，间距5m布置。因钢管桩与钢板桩考虑后期通水后条件的要求，为保证泵站基坑的正常施工，在钢管桩开挖面侧安装焊接3mm钢板进行基坑内防渗处理。

参考文献：

[1]朱跃忠.水利工程建设质量管理研究[J].科技与企业，2013（07）.

[2]茹克亚·阿布里孜.水利工程施工布置的特点及总体布置措施[J].黑龙江水利科技，2012（09）.

[3]彭海莹，高领，石荣锦.水利工程环保型施工措施分析[J].资源节约与环保，2014（03）.endprint

摘要：水利工程的特殊性，要求既具备运行条件又具备过水条件，因此在施工过程中安全运行尤为重要，本文主要讲述南水北调配套工程中，新建的泵房工程的施工影响施工完成的节制闸工程结构稳定的安全计算，防护计算及后期观测得出的实际结论。

关键词：施工 结构 安全 控制

1 工程概述

1.1 工程概况

前柳林泵站位于京密引水渠桩号84+293～84+514.7范围内，京密引水渠左岸，现状柳林倒虹吸北侧。设计流量为20m3/s，总装机容量1420kW。泵站等别为Ⅱ等，泵站主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级。工程区地震动峰值加速度0.208g，相应地震基本烈度为8度。泵站选用4台立式轴流泵机组，3工1备，单机流量6.67m3/s。

主要建筑物包括：节制闸、进水渠、进水池、主厂房、副厂房、出水渠及辅助管理用房等。节制闸工程前期水下部位施工完毕具备通水条件，主泵房利用泵站进出水口新建二期围堰进行施工导流，保证主泵房段的施工作业。

1.2 工程特点

前柳林泵站工程新建在现有京密引水渠内，由于保证现状渠道尽快恢复供水需求，首先施工了渠道内的节制闸工程，在主泵房施工永久征地完成后进行施工。因此为保证泵站节制闸部位施工，已经进行了节制闸工程的施工，并且结构物的混凝土施工基本完成。根据不同开挖高程进行分析，主要存在以下问题：

①已形成结构物与相邻泵站结构高程相差近11m，新开挖泵站距离已完成节制闸最近处9.5m。

②节制闸开挖后与地质报告描述基本相符，为淤泥质重粉质粘土，平均厚度为4m。节制闸已按照设计图纸要求进行了开挖换填，节制闸部位开挖至平均高程42.00m。

③根据开挖规范要求，首先施工部位为泵站主泵房（最低点41.6m），而实际未能施工。

④节制闸部位首先通水运行，泵站施工主要集中在通水期间，泵站的开挖对节制闸的结构物有安全风险。

2 基坑开挖支护的验算

根据设计图纸及施工实际情况，现阶段进行泵站主厂房的开挖，首先根据现有的地质及结构尺寸进行节制闸侧的稳定分析，利用钢板桩灵活性及板桩的强度对基坑进行支护，利用钢管桩的抗弯性进行变型稳定。

2.1 边坡稳定性计算

本计算书采用瑞典条分法进行分析计算，假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形刚体，还假定不考虑土条两侧上的作用力。

计算结论如下：

第1步开挖内部整体稳定性安全系数Fs= 1.212<1.30不满足要求！ [标高-2.000m]

第2步开挖内部整体稳定性安全系数Fs= 1.122<1.30不满足要求！ [标高-5.000m]

2.2 钢板桩稳定性计算

本计算书的编制参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），《土力学与地基基础》（清华大学出版社出版）等编制。

重要性系数：1.10；

开挖深度度h：5.10m；

基坑外侧水位深度hwa：9m；

基坑内侧水位深度hwp：2.00m；

桩嵌入土深度hd：6.9m；

基坑边缘外荷载形式：荷载局部布置；

均布荷载的分布宽度b0：10m；

荷载边沿至基坑边的距离b1：1.00m；

土坡面上均布荷载值q0：60.00kN/m；

悬臂板桩材料：36c号工字钢；

弹性模量E：206000N/mm2；

强度设计值[fm]：205N/mm2；

桩间距bs：0.50m；

截面抵抗矩Wx：962cm3；

截面惯性矩Ix：17310.00cm4；

基坑土层参数：

■

经验算，材料的强度不满足要求，重新选取抗弯刚度大的截面，重新计算。根据计算得出，在没有支护的情况下边坡失去稳定，因此采用一排钢板桩进行了边坡稳定性支护，但实际情况是节制闸的施工已经进入尾声，泵站的开挖势必影响结构物的安全要求，为保证结构物的安全稳定，因此进行了钢板桩的材料挠度计算，钢板桩不符合位移变化要求，因此选用抗位移材料较大的钢管桩进行加固处理。

2.3 钢管桩排桩支护

2.3.1 排桩支护（见图1）

基本信息（见表1）。

2.3.2 经验算初步结论

①基坑变形控制：本明挖基坑深度约6m。根据基坑规模与周边环境条件，参照两个行业标准：《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）和《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），本基坑变形控制等级为一级，计算基坑水平变形量为9.45mm≤30mm，基坑变形满足规范要求。

②基坑边坡的整体稳定性计算，计算结果为K=2.3≥1.2，满足整体稳定性要求。

③基坑边坡的抗隆起计算，计算结果为K=1.33≥1.1，满足基坑底抗隆起要求。

④Ky=37.92/30.00=1.26≥1.05，基坑底部土抗承压水头稳定。

⑤节制闸处沉降量约为0mm。

3 过程检测

3.1 施工过程震动检测

由于工程施工过程的干扰，防止因施工机械施工过程中产生的震动，影响新建结构物的安全。采用试验检测的方法，控制施工期间的干扰。钢管桩距离泵站节制闸主体结构最近距离9.5m钢管桩施工时产生较大的振动，根据要求，需要测试钢管桩的施工振动的大小，判定钢管桩施工对节制闸结构的影响。

表2 测试结果汇总表

■

依据《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）8.0.2节关于打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值，钢管桩施工监测的节制闸主体结构振动速度峰值小于3.0mm/s，振动在规定的容许值范围。

3.2 结论

根据计算成果分析，边坡自身稳定性差，采用钢板桩及钢管桩进行统一计算，满足设计及规范要求，因此采用钢板桩及钢管桩统一加固的方案。为保证钢板桩及钢管桩的统一受力，在上部采用20a工字钢进行连接，间距5m布置。因钢管桩与钢板桩考虑后期通水后条件的要求，为保证泵站基坑的正常施工，在钢管桩开挖面侧安装焊接3mm钢板进行基坑内防渗处理。

参考文献：

[1]朱跃忠.水利工程建设质量管理研究[J].科技与企业，2013（07）.

[2]茹克亚·阿布里孜.水利工程施工布置的特点及总体布置措施[J].黑龙江水利科技，2012（09）.

[3]彭海莹，高领，石荣锦.水利工程环保型施工措施分析[J].资源节约与环保，2014（03）.endprint