一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构及方法

技术领域

本发明涉及水工建筑物技术领域，尤其涉及一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构及方法。

背景技术

钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰，是由一系列彼此连接的格体所组成的临时挡水建筑物，格体是由一根根独立的钢板桩锁口互相扣接而形成一定形状的封闭空间、内填砂砾石料，其作用是保证水工建筑物干基施工，同时起着改善大江电厂尾水和大江下游航道水力运行条件、减少大江下游泥沙淤、增加大江电厂发电水头提高发电效益的作用。然而，原钢板桩围堰作为临时设施，超期服役后会发生严重锈蚀，结构削弱，难以维持稳定状态，长期搁置下去将导致围堰的垮塌，以致危害水工建筑物的正常运行。

超期服役的钢板桩格型围堰，目前多数是采取拆除重建的方式，此方式成本高、工程量大、周期长，且影响水工建筑物的正常运行，对水域环境破坏性也大；为了不影响水工建筑物的正常运行，本着废物利用、节约成本，缩短工期，不破坏水域，现有提出改建加固的思路，但目前尚无成熟的经验可以借鉴，也没有明确的指导方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构及方法，实现原位对原有的钢板桩围堰进行置换改建加固，形成永久性水工建筑物，施工便利，水生态环境影响小，延长围堰发挥导流作用的期限。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构，包括原有的若干钢板桩圆筒和钢板桩连接弧段，原有的若干钢板桩圆筒和钢板桩连接弧段依次串联刚性固定在一起，形成一段整体弧形钢板桩，还包括用于对原有的钢板桩圆筒上部内壁进行支撑的内支撑结构，对原有的钢板桩圆筒和钢板桩连接弧段下部外壁进行支撑的若干外支撑结构，用于对原有的钢板桩连接弧段上部内壁进行支撑的弧段内支撑结构，在原有的钢板桩圆筒的内部浇筑混凝土形成混凝土筒体桩，在原有的钢板桩连接弧段的内部浇筑混凝土形成混凝土弧段桩，原有钢板桩筒体、连接弧段连同内支撑结构、混凝土筒体桩和混凝土弧段桩共同构成永久围堰。

优选的方案中，所述内支撑结构为锁口圆环混凝土结构，在原有的钢板桩圆筒内部沿着内壁焊接一圈耳朵状钢筋，然后用混凝土将钢板桩圆筒和耳朵状钢筋浇筑为一体，形成一整圈锁口圆环混凝土结构。

优选的方案中，所述外支撑结构为三角支架，包含横撑，横撑采用锚固螺栓固定在地面，竖撑立着固定在横撑上，横撑与竖撑间连接固定有第一斜撑，横撑和竖撑相接固定的角与第一斜撑中部设置有第二斜支撑。

优选的方案中，所述弧段内支撑结构与内支撑结构结构相似，在原有的钢板桩连接弧段分两半在内部沿着弧段分别焊接一端耳朵状钢筋，然后用混凝土对钢板桩连接弧段和耳朵状钢筋进行浇筑，形成两段锁口弧环混凝土结构。

一种钢板桩围堰原位置换改建加固的方法，采用上述任意一项所述的一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构，所述方法包含如下步骤：

step1：对钢板桩连接弧段进行原位置换改建加固；

step2：钢板桩连接弧段进行原位置换改建加固达到设计强度后，对钢板桩筒体进行原位置换改建加固；

step3：进行堤顶道路恢复、绿化及景观工程。

所述步骤1的具体步骤为：

step1.1：挖除挖除钢板桩连接弧段上部内部的砂砾石填充料；

step1.2：对钢板桩连接弧段上部进行内部支撑；

step1.3：继续挖除钢板桩连接弧段内部的砂砾石填充料，直至全部挖除；

step1.4：挖至底部前，在钢板桩连接弧段底部外壁均匀布置若干外支撑结构，将横撑采用锚固螺栓与地面固定牢靠，竖撑立面点焊固定在钢板桩连接弧段钢板上；

step1.5：钢板桩连接弧段浇筑；

step1.6：钢板桩连接弧段浇筑达到设计强度后，拆除钢板桩连接弧段底部外壁的外支撑结构。

所述步骤1.2的具体步骤为：

step1.2.1：在原有的钢板桩连接弧段分两半在内部沿着弧段分别焊接一端耳筋（9）；

step1.2.2：用混凝土对钢板桩连接弧段和耳朵状钢筋进行浇筑，形成两段锁口弧环混凝土结构，中间留伸缩缝。

所述步骤1.5的具体步骤为：

step1.5.1：用混凝土对钢板桩连接弧段底部分两半进行浇筑，浇筑成两个半弧混凝土底板（10），中间留伸缩缝；

step1.5.2：向上继续分两半浇筑混凝土，直至与上部锁口弧环浇筑成一个整体，最终形成留有伸缩缝的两半实体混凝土连接弧段。

所述步骤2的具体步骤为：

step2.1：挖除挖除钢板桩筒体上部内部的砂砾石填充料；

step2.2：对钢板桩筒体上部进行内部支撑，在原有的钢板桩圆筒内部沿着内壁焊接一圈耳朵状钢筋，然后用混凝土将钢板桩圆筒和耳朵状钢筋浇筑为一体，形成一整段锁口圆环混凝土结构；

step2.3：继续挖除钢板桩筒体内部的砂砾石填充料，直至全部挖除；

step2.4：挖至底部前，在钢板桩筒体底部外壁均匀布置若干外支撑结构；

step2.5：钢板桩筒体浇筑；

step2.6：钢板桩钢板桩筒体浇筑达到设计强度后，拆除钢板桩连接弧段底部外壁的外支撑结构；

step2.7：回填砂砾石料；

step2.8：待填料沉降结束后，进行堤顶道路恢复、绿化及景观工程。

所述步骤2.5的具体步骤为：

step2.5.1：用混凝土对钢板桩筒体进行整体浇筑，浇筑成一个整圆底板支撑钢板桩筒体；

step2.5.2：向上继续浇筑混凝土，浇筑成圆环混凝土结构，直至与钢板桩筒体上部锁口圆环浇筑成一个整体，最终形成一个有底无盖的空心圆柱混凝土结构。

本发明提供的一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构及方法，有如下有益效果：

1、本发明通过在原有钢板桩围堰的上部开口内部设置锁口环状支撑，有效的对原钢板桩围堰进行支撑，防止变形，利于后续施工人员和材料的进出及施工，同时保障了安全；

2、本发明通过在原有钢板桩围堰的底部设置临时水平支撑，有效的防止了原钢板围堰的坍塌，保证了施工的安全和顺利进行；

3、本发明采用先浇筑钢板桩围堰上部开口的方式，方便起重、吊装和原砂砾石填充料，同时利于后续施工材料和人员的进出、上下，安全可靠；

4、本发明采用整体底板式浇筑，使后期建造的永久围堰基础稳固，有效保证了建筑物的安全和质量；

5、本发明采用在原位对钢板桩围堰进行置换改建加固，避免了对超期服役钢板桩围堰的拆除，充分利用原有结构和物料，在不增加原有围堰的面积及不占用额外保护水域的情况下，将原钢板桩围堰置换改建加固为钢筋混凝土围堰，是一种经济、高效、环保的除险加固方法，有广泛的实践应用价值，对于水工建筑的持续运行和保护有着重要的指导意义；

6、本发明将原有围堰原位置换改建加固成永久钢筋混凝土围堰后，进行道路修建、绿化和景观工程，利国利民，有效的保护了改建区域的生态环境，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明原钢板桩围堰的结构示意图；

图2为本发明置换改建加固后的永久围堰结构示意图；

图3为本发明置换改建加固后的水工建筑物正视图；

图4 为本发明置换改建加固后的水工建筑物俯视图；

图5为本发明置换改建加固后的水工建筑物圆筒位的局部剖视图；

图6为本发明置换改建加固后的永久围堰局部剖视的俯视图；

图7为本发明置换改建加固时圆筒围堰的示意图；

图8为本发明置换改建加固时围堰内外支撑结构布置的示意图；

图9为本发明外支撑结构的结构示意图；

图中：钢板桩圆筒1，钢板桩连接弧段2，内支撑结构3，外支撑结构4，弧段内支撑结构5，混凝土筒体桩6，混凝土弧段桩7，伸缩缝8，耳筋9，底板10，横撑41，竖撑42，第一斜撑43，，第二斜支撑44。

具体实施方式

如图1~9所示，一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构，包括原有的若干钢板桩圆筒1和钢板桩连接弧段2，原有的若干钢板桩圆筒1和钢板桩连接弧段2依次串联刚性固定在一起，形成一段整体弧形钢板桩，还包括用于对原有的钢板桩圆筒1上部内壁进行支撑的内支撑结构3，对原有的钢板桩圆筒1和钢板桩连接弧段2下部外壁进行支撑的若干外支撑结构4，用于对原有的钢板桩连接弧段2上部内壁进行支撑的弧段内支撑结构5，在原有的钢板桩圆筒1的内部浇筑混凝土形成混凝土筒体桩6，在原有的钢板桩连接弧段2的内部浇筑混凝土形成混凝土弧段桩7，原有钢板桩筒体1、连接弧段2连同内支撑结构3、混凝土筒体桩6和混凝土弧段桩7共同构成永久围堰。

在本实施例中，所述内支撑结构3为锁口圆环混凝土结构，在原有的钢板桩圆筒1内部沿着内壁焊接一圈耳筋9，然后用混凝土将钢板桩圆筒1和耳筋9浇筑为一体，形成一整圈锁口圆环混凝土结构；

所述外支撑结构4为三角支架，包含横撑41，横撑41采用锚固螺栓固定在地面，竖撑42立着固定在横撑41上，横撑41与竖撑42间连接固定有第一斜撑43，横撑41和竖撑42相接固定的角与第一斜撑43中部设置有第二斜支撑44；

所述弧段内支撑结构5与内支撑结构3结构相似，在原有的钢板桩连接弧段2分两半在内部沿着弧段分别焊接一端耳筋9，然后用混凝土对钢板桩连接弧段2和耳筋9进行浇筑，形成两段锁口弧环混凝土结构；

具体使用是，一种钢板桩围堰原位置换改建加固的方法，采用上述任意一项所述的一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构，所述方法包含如下步骤：

step1：对钢板桩连接弧段2进行原位置换改建加固；

step2：钢板桩连接弧段2进行原位置换改建加固达到设计强度后，对钢板桩筒体2进行原位置换改建加固；

step3：进行堤顶道路恢复、绿化及景观工程。

所述步骤1的具体步骤为：

step1.1：挖除挖除钢板桩连接弧段2上部内部的砂砾石填充料；

step1.2：对钢板桩连接弧段2上部进行内部支撑；

step1.3：继续挖除钢板桩连接弧段2内部的砂砾石填充料，直至全部挖除；

step1.4：挖至底部前，在钢板桩连接弧段2底部外壁均匀布置若干外支撑结构4，将横撑41采用锚固螺栓与地面固定牢靠，竖撑42立面点焊固定在钢板桩连接弧段2钢板上；

step1.5：钢板桩连接弧段2浇筑；

step1.6：钢板桩连接弧段2浇筑达到设计强度后，拆除钢板桩连接弧段2底部外壁的外支撑结构4。

所述步骤1.2的具体步骤为：

step1.2.1：在原有的钢板桩连接弧段2分两半在内部沿着弧段分别焊接一端耳筋9；

step1.2.2：用混凝土对钢板桩连接弧段2和耳筋9进行浇筑，形成两段锁口弧环混凝土结构，中间留伸缩缝8。

所述步骤1.5的具体步骤为：

step1.5.1：用混凝土对钢板桩连接弧段2底部分两半进行浇筑，浇筑成两个半弧混凝土底板10，中间留伸缩缝8；

step1.5.2：向上继续分两半浇筑混凝土，直至与上部锁口弧环浇筑成一个整体，最终形成留有伸缩缝8的两半实体混凝土连接弧段。

所述步骤2的具体步骤为：

step2.1：挖除挖除钢板桩筒体1上部内部的砂砾石填充料；

step2.2：对钢板桩筒体1上部进行内部支撑，在原有的钢板桩圆筒1内部沿着内壁焊接一圈耳筋9，然后用混凝土将钢板桩圆筒1和耳筋9浇筑为一体，形成一整段锁口圆环混凝土结构；

step2.3：继续挖除钢板桩筒体1内部的砂砾石填充料，直至全部挖除；

step2.4：挖至底部前，在钢板桩筒体1底部外壁均匀布置若干外支撑结构4；

step2.5：钢板桩筒体1浇筑；

step2.6：钢板桩钢板桩筒体1浇筑达到设计强度后，拆除钢板桩连接弧段2底部外壁的外支撑结构4；

step2.7：回填砂砾石料；

step2.8：待填料沉降结束后，进行堤顶道路恢复、绿化及景观工程。

所述步骤2.5的具体步骤为：

step2.5.1：用混凝土对钢板桩筒体1进行整体浇筑，浇筑成一个整圆底板10支撑钢板桩筒体1；

step2.5.2：向上继续浇筑混凝土，浇筑成圆环混凝土结构，直至与钢板桩筒体1上部锁口圆环浇筑成一个整体，最终形成一个有底无盖的空心圆柱混凝土结构。

优选的方案中，所述内支撑结构3为锁口圆环混凝土结构，在原有的钢板桩圆筒1内部沿着内壁焊接一圈耳筋9，然后用混凝土将钢板桩圆筒1和耳筋9浇筑为一体，形成一整圈锁口圆环混凝土结构；以上设置，有效的对挖除砂砾石料后原钢板桩筒体1围堰上部进行支撑，防止变形，方便后续施工的进行。

优选的方案中，所述外支撑结构4为三角支架，包含横撑41，横撑41采用锚固螺栓固定在地面，竖撑42立着固定在横撑41上，横撑41与竖撑42间连接固定有第一斜撑43，横撑41和竖撑42相接固定的角与第一斜撑43中部设置有第二斜支撑44；以上设置，有效的对挖除砂砾石料后原钢板桩围堰底部进行支撑，防止坍塌，方便后续施工的进行，同时保障水工设施的安全。

优选的方案中，所述弧段内支撑结构5与内支撑结构3结构相似，在原有的钢板桩连接弧段2分两半在内部沿着弧段分别焊接一端耳筋9，然后用混凝土对钢板桩连接弧段2和耳筋9进行浇筑，形成两段锁口弧环混凝土结构；以上设置，有效的对挖除砂砾石料后钢板桩连接弧段2围堰上部进行支撑，防止变形，方便后续施工的进行，同时预留伸缩缝8，保证后续施工的安全。

优选的方案中，一种钢板桩围堰原位置换改建加固的结构，包括原有的若干钢板桩圆筒1和钢板桩连接弧段2，原有的若干钢板桩圆筒1和钢板桩连接弧段2依次串联刚性固定在一起，形成一段整体弧形钢板桩，还包括用于对原有的钢板桩圆筒1上部内壁进行支撑的内支撑结构3，对原有的钢板桩圆筒1和钢板桩连接弧段2下部外壁进行支撑的若干外支撑结构4，用于对原有的钢板桩连接弧段2上部内壁进行支撑的弧段内支撑结构5，在原有的钢板桩圆筒1的内部浇筑混凝土形成混凝土筒体桩6，在原有的钢板桩连接弧段2的内部浇筑混凝土形成混凝土弧段桩7，原有钢板桩筒体1、连接弧段2连同内支撑结构3、混凝土筒体桩6和混凝土弧段桩7共同构成永久围堰；以上设置，有效的利用了钢板桩围堰，同时在原位进行置换改建加固，形成永久围堰，施工便利，水生态环境影响小，延长了原有围堰发挥导流作用的期限。

通过采用本发明的结构及方法，安全快速的完成了某项目超期服役的钢板桩围堰的原位置换改建加固，形成了永久的水工建筑物，延长了原有围堰发挥导流作用的期限，同时修建了堤顶道路、绿化及景观工程，利国利民，保护了生态环境，适用性广，推广价值高，具有良好的经济效益和社会效益。