本发明涉及一种用于钢管全包封混凝土浇筑的稳管支撑结构及其施工方法。
背景技术：
近年来，我国的水电工程项目逐渐增多，在水电工程中压力钢管的安装施工必不可少。目前管道建设趋向于长距离、大口径、大输量、高压力、高钢质。压力钢管的安装是水利水电工程施工的质量控制重点环节，而安装过程中的稳管精度对管道安装的施工质量影响大，管道安装的施工质量又对水利水电工程运行的平稳性和安全性。
现阶段，全包封钢管浇筑前稳管多采用如图1所示的弧形支墩1’，是在安装钢管2前浇筑形成弧形支墩，弧面对应的中心角约为60°，并在浇筑时预埋钢筋12’。
所述弧形支墩的施工时，首先进行支墩浇筑，浇筑过程中严格控制弧面位置及高程，弧形支墩1浇筑完成后，采用打磨等方式精调弧面的位置，确保位置准确，调整完成后在弧面内贴闭孔泡沫板，用于钢管防腐。
现有技术的缺点在于：
(1)支墩弧度很难控制，导致安装精度偏低；包封钢筋混凝土支墩一旦浇筑成型，安装的精度就不易调整。
(2)为了防止钢管的破坏，在支墩顶部放置聚乙烯闭孔泡沫板，从而增加了工程费用；
(3)对于钢筋混凝土包封钢管，钢筋需提前预埋或预留孔位；
(4)钢管安放过程中容易破坏钢管外防腐。
技术实现要素：
本发明的目的在于：提供一种钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构及其施工方法，解决现有技术中存在的上述技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构，其特征是包括：
平顶状的支墩，以钢筋混凝土浇筑成型；
稳管支架，包括两个相对设置的对拉支架以及连接在对拉支架之间的长度可调的拉杆，每个对拉支架上设有一个圆弧形钢板，所述圆弧形的弧度与所述钢管的弧度是一致的；
其中，所述钢管以至少两个支墩以及至少两副稳管支架协同支撑定位，钢管的端部伸出所述支墩一定长度。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构，其中：所述稳管支架放置在所述支墩的内侧。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构，其中：在所述圆弧形钢板的外侧面上贴有木板，并在木板的外侧面上形成有橡胶垫块。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构，其中：在支墩的上表面还设有可分离的橡胶垫层。
一种钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法，其特征是使用了如权利要求1所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构，其步骤包括：
(1)支墩施工以及稳管支架安放：
沿钢管管线中心线布置一排所述支墩，在支墩的一侧布置有所述稳管支架；
(2)钢管吊装：
用吊车将钢管吊运至支墩，并用稳管支架限定其轴线位置，待钢管稳定后摘钩；
(3)钢管的对口与精调：
先调整钢管的纵向位置，再通过稳管支架上的拉杆固定钢管的横向位置，调整到位后，将相邻钢管点焊；
(4)钢管焊接：
对调整到位的钢管与相邻钢管的管口进行焊接；
(5)全包封浇筑：
将所述支墩与所述钢管浇筑为一体。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法，其中：步骤(4)中，所述管口之间采用手工电弧焊、双“v”形坡口焊接，首先是坡口一侧进行焊接，完成后背面采用碳刨刨出“v”行坡口，再进行背部焊接。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法，其中：所述管口之间的内侧焊三遍，外侧焊两遍。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法，其中：在步骤(5)中还预先施加有抗浮措施，即将配重物品放在配重小车内，再将配重小车推入钢管内部。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法，其中：步骤(5)中采用分层浇筑，即由支墩底面开始向上浇筑混凝土，在浇筑至钢管下部时减缓浇筑速度，然后浇筑到对应于所述钢管的四分之一高度位置，进行第一次间歇1～2小时，并在混凝土快初凝时继续浇筑至所述钢管的二分之一高度位置，进行第二次间歇1～2小时，并在混凝土快初凝时继续浇筑至所述钢管的四分之三高度位置，进行第三次间歇1～1.5小时，最后在混凝土快初凝时继续浇筑直至全包封完成。
所述的钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法，其中：以一节或多节钢管构成一个混凝土仓，在所述混凝土仓浇筑前，将所述混凝土仓内的稳管支架撤出，而相邻钢管所属的稳管支架直到所述混凝土仓的混凝土达到一定强度后才撤出。
本发明的优点在于：
(1)可以保障钢管的安装进度，将精度的两个参数：高程和轴线位置分开控制；由于支墩为平顶状，可以减少曲面施工，而且平顶状支墩上可以方便调整高程与中心线位置，精确度容易得到保证；采用稳管支架对其轴线位置进行限位，即方便又准确。
(2)可以避免钢管外侧防腐涂层的破坏。
(3)可以缩短工期。
(4)预埋钢筋少，钢管环筋可以选择压槽方式，最后插入。
(5)稳管支架可以重复利用，节约了材料。
附图说明
图1是现有弧形支墩的结构示意图；
图2是本发明采用的稳管支撑结构的结构示意图；
图3、图4分别是图2的a-a、b-b截面示意图；
图5是多个钢管对接的施工示意图；
图6是龙门钢架的结构示意图；
图7是焊接分层示意图；
图8是配重小车布置图；
图9是分层浇筑示意图；
图10a、图10b是支墩钢筋布置的两个不同方向视图。
具体实施方式
如图2、图3、图4所示，本发明提供一种钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构，包括：
平顶状的支墩1，主要用于承受钢管2的重量；其优选采用长方体结构，以钢筋混凝土浇筑成型，为了防止钢管2吊装到支墩1上的时候磨损钢管2表面上的防腐涂层，在支墩1的上表面还设有可分离的橡胶垫层11；
稳管支架3，包括两个相对设置的对拉支架以及连接在对拉支架之间的拉杆31，所述对拉支架又包括位于上方的圆弧形钢板32以及将圆弧形钢板32支撑住的底座33，所述底座33优选采用槽钢焊接而成，而所述拉杆31可以是用对拉螺栓连接的钢筋，能够调节两个底座33的距离，使两个所述圆弧形钢板32的圆心相重合，所述圆弧形钢板32的弧度与所述钢管2的弧度是一致；
其中，为了避免所述圆弧形钢板32破坏钢管2表面的防腐，在所述圆弧形钢板32的外侧面上贴有木板34，并在木板34的外侧面上形成有橡胶垫块35；
以长6米的dn2600钢管2为例，每个钢管2以两个支墩1以及两副稳管支架3协同支撑定位，钢管2的各端伸出所述支墩1的长度约为1.5米，而所述稳管支架3紧贴于所述支墩1的内侧固定。钢管2高程由支墩1高程控制，在支墩1混浇筑前进行测量放线，按放线高程浇筑；在支墩1混凝土浇筑后(混凝土初凝前)复核支墩1顶高程，如不满足要求及时通过增、减混凝土进行控制；吊装钢管2前再次精确测量支墩1顶高程，如支墩1顶高程仍存在超规范偏差，通过打磨支墩1顶面混凝土表面或垫薄钢板来调整支墩1顶高程，确保钢管2高程满足规范要求。再通过稳管支架3来控制钢管2的轴线位置，以便于钢管2的安装与焊接。
而且，如图10a、图10b所示，为了便于钢筋连接，在支墩1的顶面上预留有弧形预留槽12，在钢管2落在支墩1顶面时，钢管2上的环向筋恰好能够陷在弧形预留槽12中，使钢管2与支墩1完美配合相接；在支墩1底部还沿水平横向(垂直于钢管2的轴向方向)预埋有两端伸出的横向钢筋13，用于与钢管2的横向筋连接；在支墩1上部与底部还分别沿纵向设有预留孔14，可供钢管2的纵向筋穿过支墩1。如此，钢管2的定位与钢筋的连接可同时进行，避免交叉施工。
如图5所示，是本发明提供一种钢管2全包封混凝土浇筑稳管支撑结构的施工方法示意图，其步骤包括：
1、支墩1施工以及稳管支架3安放：
沿钢管2管线中心线布置一排所述支墩1，以每一节钢管2使用两个支墩1支撑较为适宜，所述支墩1露出所述钢管2端头的一侧为外侧，相对的另一侧为内侧；然后紧靠每个支墩1的内侧布置一副所述稳管支架3；
2、钢管2吊装：
根据每节钢管2重量配置吊车进行钢管2吊装，为保证钢管2外防腐涂层不被破坏，采用吊带吊装，挂钩处增设扁担梁以保证吊运平衡。钢管2按照要求吊运至支墩1，扣紧稳管支架3，限定其轴线位置，待钢管2稳定后再摘钩。
3、钢管2的对口与精调：
吊车吊运钢管2时，指挥人员严格控制钢管2就位位置，一次将钢管2纵向位置基本调整到位，相邻钢管2在纵向上的局部缝隙采用如图6所示的龙门钢架4(脚部设有滚轮41，导链42上连接有四个5t手拉葫芦)进行微调来消除。
纵向位置调整完成后，采用龙门钢架4将钢管2抬起以调整高程，通过稳管支架3上的拉杆31以调整钢管2的横向位置，调整到位后，取出支墩1上表面的橡胶垫层11，使钢管2直接接触支墩1的水泥表面，支墩1表面的橡胶垫层11为保护钢管2外防腐增加的临时措施，钢管2焊接前取出，不影响钢管2安装的最终高程，施工过程中橡胶垫层11的厚度不影响钢管2安装精度，钢管2安装高程始终以支墩1顶面混凝土高程控制。
4、钢管2焊接：
如图7所示，相邻的各个的管口之间采用手工电弧焊、双“v”形坡口焊接，首先是坡口一侧进行焊接，完成后背面采用碳刨刨出6mm深、10mm宽的“v”行坡口，再进行背部焊接。经多次试验后，最终确定最佳的焊接遍数为：内侧焊三遍(打底、填充、盖面)，外侧焊两遍(打底、盖面)。
5、全包封浇筑：
5.1、抗浮措施：包封混凝土浇筑过程中，会产生非常大的浮力，通过计算得知钢管2在浇筑过程中的自重小于上浮力，因此需要采取有效的抗浮措施，主要是增加配重，即，如图8所示，将配重51用砂袋放在配重小车52内，再将配重小车52推入钢管2内部，以dn2600钢管2为例，每延米钢管2增加配重1.5t为宜。
5.2、分层浇筑：由支墩1底面开始向上浇筑混凝土，在浇筑至钢管2下部时减缓浇筑速度，然后浇筑到对应于所述钢管2的四分之一高度位置51，进行第一次间歇1～2小时(夏天取小值)，并在混凝土快初凝时继续浇筑至所述钢管2的二分之一高度位置52，进行第二次间歇1～2小时(夏天取小值)，并在混凝土快初凝时继续浇筑至所述钢管2的四分之三高度位置53，进行第三次间歇1～1.5小时(夏天取小值)，最后在混凝土快初凝时继续浇筑直至全包封完成。
多段钢管2之间可采用分段浇筑，例如，如图5所示，以两节钢管2为一个混凝土仓一同进行浇筑，在所述混凝土仓浇筑前，将所述混凝土仓内的稳管支架3撤出，而相邻钢管2所属的稳管支架3直到所述混凝土仓的混凝土达到一定强度后才撤出，以保证浇筑过程中的钢管2稳定。而撤出的稳管支架3可以在其他位置的钢管2吊装中使用，以实现稳管支架3的循环利用。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。