本实用新型涉及一种海上取水口的预制横梁支撑系统。
背景技术：
现有技术公开了几种取水口的施工方法。
中国专利CN104452699A公开了一种预置式的取水口施工方法，该方法步骤如下：在施工的引水隧洞取水口位置先开挖引渠，然后对引水口四周岩体进行处理；然后开挖一段水平隧洞并进行衬砌；在隧洞进口预置一混凝土塞体堵塞隧洞进口，这样即可为今后规划的引水工程做好了先期准备。采用本发明，由于引水口周围岩体在预置岩塞体之前已经进行了处理，处于稳定状态，在进行岩塞爆破时一般不会出现滑坡塌落的危险，安全性好，缩短了后期引水工程施工工期，节省投资，且易于岩塞爆破的实施。
中国专利CN104074234A公开了一种电厂循环水系统的内河取水口结构及其施工方法，其结构包括桩基和取水头，所述桩基由埋插在内河河床的多条固定桩构成，全部固定桩的上端在同一水平面上；所述取水头为一体式钢筋混凝土框体结构，在取水头的底部设有与桩基固定桩对应的安装凹槽，取水头利用该安装凹槽直接扣接固定安装在桩基上，形成密封式集水井；在取水头的侧壁设有入水口和出水口，所述的入水口设在密封式集水井的上部，出水口设在密封式集水井的下部，出水口连接有取水管，形成密封式刚性内河取水口结构。本发明还公开其结构的施工方法，该结构稳定性好、保证结构安全可靠，施工方法方案简单、有利于加快施工进度等有益效果。
上述方法多用于河流或湖泊取水，海上由于风浪大，对于取水口头部结构稳定性有更严格的要求。
技术实现要素：
本实用新型的目的是满足海上取水口结构稳定性要求，提供一种用于海上取水口施工的预制横梁支撑系统，该预制横梁支撑系统用于支撑在其上放置取水自流管管道的横梁，其包括：括分别从横梁两侧穿过横梁的格构柱、在横梁的中间及两端的两侧打设的三对灌注桩，每对灌注桩之间架设下部支撑梁，下部支撑梁上放置用于直接支撑横梁并且其纵向与横梁的纵向一致的承重主梁，在横梁两端的格构柱的上方分别架设钢架，钢架的两端与位于横梁两侧的灌注桩连接，位于横梁的同一侧的两个灌注桩的上部也通过钢架连接。
进一步地，在所述横梁的上方设有吊环。
本实用新型进一步提供了使用上述预制横梁支撑系统的海上取水口施工方法，该方法包括以下步骤：
(A)开挖取水泵站基坑；
(B)在取水泵站基坑靠近水面的一侧构筑临时围堰；
(C)待围堰建成后实施围堰与泵房基坑间取水管道基槽开挖，开挖后进行围堰内土建施工和设备安装；
(D)待围堰内土建、安装全部完成后实施围堰一次拆除爆破，进行围堰外取水基槽水上段基槽开挖；
(E)取水头部施工，包括安装嵌岩灌注桩(即钢管桩)，在嵌岩灌注桩上安装横梁，在横梁上安装取水自流管管道；
(F)取水自流管管道安装完成后水下采用素混凝土包封，包封后进行沟槽回填。
步骤(A)中，泵站基坑开挖采用多级放坡开挖，例如可以设置三级边坡和一级平台，第一级边坡高度8m，第二级边坡开挖至凝灰岩顶面，第三级边坡自凝灰岩顶面到天然地面。
步骤(E)中，取水头部设置3-10个排架，每个排架包括两根嵌岩灌注桩，灌注桩预埋钢格构，上部设置预制横梁或现浇横梁，在嵌岩灌注桩两侧各设置一根钢管桩作为支撑桩，钢管桩顶部横向工字钢(例如I32工字钢)平连，其上钢结构的承重梁(例如双拼H40型钢)，然后浇筑灌注桩砼，
优选地，步骤(E)中的横梁安装在本实用新型的上述预制横梁支撑系统上，所述预制横梁支撑系统如上所述包括分别从横梁两侧穿过横梁的格构柱(钢格构)、在横梁的中间及两端的两侧打设的三对(六根)灌注桩(钢管桩直径600-1000mm，优选约800mm)，每对灌注桩之间架设下部支撑梁(例如I32工字钢)，下部支撑梁上放置用于直接支撑横梁并且其纵向与横梁的纵向一致的承重主梁(例如双拼[36槽钢)，在横梁两端的格构柱的上方分别架设钢架(例如双拼H40型钢)，钢架的两端与位于横梁两侧的灌注桩连接，位于横梁的同一侧的两个灌注桩的上部也通过钢架(例如I32工字钢)连接。通过设置这样的支撑系统，可以长期抵抗海浪冲击，保持结构稳定。
进一步，在横梁的上方设有吊环。
步骤(F)的素混凝土包封中，海上采用搅拌船浇筑。混凝土可以采用商品砼，按C35水下混凝土拌制，混凝土粗、细骨料应采用级配良好的碎石、中粗砂，含砂率宜采用0.4～0.5，水泥不得采用立窑水泥且强度不应低于42.5，胶凝材料用量不宜小于350Kg/m3，且水泥用量不应小于300Kg/m3，坍落度控制在18±2cm。岸侧路域混凝土用罐车运输，汽车泵车入模浇筑施工，插入式振捣器振捣。海上采用搅拌船浇筑。砼浇筑前必须先检查混凝土泵的输送管路确保不透水。
进一步地，取水管采用牺牲阳极保护，阳极可以在取水管的水平直径线两侧及底部分布，阳极间距可以为9-10m，也可以在取水管的水平直径线两侧以及水平直径线两侧的斜下方(例如距离水平直径线两侧45度角度处)，阳极间距可以为11-13m。
本实用新型的优点：
本实用新型的用于海上取水口施工的预制横梁支撑系统结构坚固稳定、可耐受海浪冲击和盐分腐蚀。
附图说明
图1是取水口示意图，其中1为取水泵站、2为爆破开挖区，3为岸坡线，4为取水廊道，5为取水口头部，6为临时围堰，7为材料码头。
图2为预制横梁支撑系统立体图。
图3为本实用新型的预制横梁支撑系统俯视图；其中10为横梁，11为灌注桩，12为格构柱(钢格构)，13为下部支撑梁，14为承重主梁，15为钢架，16为钢架，17为吊环。
图4为用于取水自流管管道的自流管牺牲阳极一种安装方式示意图。
图5为用于取水自流管管道自流管牺牲阳极另一种安装方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图来进一步说明本实用新型。
取水口如图1所示，取水泵站1建在岸坡线3附近，取水泵站1连接取水廊道4，在取水泵站1与取水廊道4的连接处为爆破开挖区2，取水廊道4的前方为取水口头部5，在取水廊道4和取水口头部5之间建设临时围堰6。
如图2、3所示，本实用新型的用于支撑海上取水口安放取水自流管管道的横梁的预制横梁支撑系统包括分别从横梁10两侧穿过横梁的格构柱(钢格构)12、在横梁的中间及两端的两侧打设的三对(六根)灌注桩(钢管桩直径600-1000mm，优选约800mm)11，每对灌注桩之间架设下部支撑梁(例如I32工字钢)13，下部支撑梁13上放置用于直接支撑横梁并且其纵向与横梁的纵向一致的承重主梁(例如双拼[36槽钢)14，在横梁两端的格构柱的上方分别架设钢架(例如双拼H40型钢)16，该钢架16的两端与位于横梁两侧的灌注桩11连接，位于横梁的同一侧的两个灌注桩11的上部也通过钢架(例如I32工字钢)15连接。通过设置这样的支撑系统，可以长期抵抗海浪冲击，保持结构稳定。
进一步地，在横梁的上方设有吊环17。
使用本实用新型的预制横梁支撑系统的海上取水口施工方法包括以下步骤：
(A)开挖取水泵站基坑；
(B)在取水泵站基坑靠近水面的一侧构筑临时围堰；
(C)待围堰建成后实施围堰与泵房基坑间取水管道基槽开挖，开挖后进行围堰内土建施工和设备安装；
(D)待围堰内土建、安装全部完成后实施围堰一次拆除爆破，进行围堰外取水基槽水上段基槽开挖；
(E)取水头部施工，包括安装嵌岩灌注桩(即钢管桩)，在嵌岩灌注桩上安装横梁，在横梁上安装取水自流管管道；
(F)取水自流管管道安装完成后水下采用素混凝土包封，包封后进行沟槽回填。
步骤(A)中，泵站基坑开挖采用多级放坡开挖，例如可以设置三级边坡和一级平台，第一级边坡高度7-9m，优选约8m，第二级边坡开挖至凝灰岩顶面，第三级边坡自凝灰岩顶面到天然地面。取水泵站基坑开挖面积约3000-8000m2，优选约5100m2，开挖底标高-5～-8m，优选约-6.7m。
由于取水管道设置在海水底部(底标高例如-5.15m)，取水管道最后还要与泵房主机连接，因此，从泵房基坑开挖，取水管道槽开挖，泵房土建、设备安装及取水管分段安装等综合考虑，爆破开挖可以分3个阶段、4个区域进行：
三个阶段爆破：
第一阶段；泵房基坑和以围堰为分界线的取水管道最外侧基槽开挖，待围堰以外取水管道基槽开挖完场后，再实施围堰施工。
第二阶段：待围堰建成后实施围堰与泵房基坑间取水管道基槽开挖。
第三阶段：待围堰内土建、安装全部完成后实施围堰一次拆除爆破。
4个爆破区域划分：泵房基坑、围堰外水下取水管道基槽开挖、围堰内取水管道基槽开挖及围堰拆除。步骤(E)中，取水头部设置3-10个排架，每个排架包括两根嵌岩灌注桩，灌注桩预埋钢格构，上部设置预制横梁或现浇横梁，在嵌岩灌注桩两侧各设置一根钢管桩作为支撑桩，钢管桩顶部横向工字钢(例如I32工字钢)平连，其上钢结构的承重梁(双拼H40型钢)，然后浇筑灌注桩砼。
步骤(F)中横梁安装在如上所述的预制横梁支撑系统上。步骤(F)中，取水自流管道可以采用DN1800、DN1000取水管，DN1800自流取水管总长度约206m，DN1000自流取水管总长度约197m，取水自流管底标高在约-3.0～-4.9之间。
自流取水管采用焊接钢管，标准为Q235B，管径可以采用A系列，钢管可以在制桩厂加工制作，单根自流取水管可以陆上拼接成50米长四段管节，每段内采用法兰连接，在工厂焊接好两端法兰封板，每段自流管水下拼装时采用哈夫连接，安装前在自流管外壁焊接钢板，以便搭接连续加氯管支架，法兰连接螺栓、螺帽采用双相不锈钢材质。取水自流管管节由平板驳运至施工现场，80t浮吊配合水下潜水安装。管道外壁采用素混凝土包封，管道内壁采用重防腐，并采用牺牲阳极保护。
钢管焊接接头要进行机械性能试验，并达到标准，钢管焊缝均为连续螺旋焊缝。钢管表面不得有裂缝、气泡、起鳞或夹层等缺陷，钢管所有焊缝均作检查。
可以采用防腐处理，钢管涂装前的除锈应达到Sa2级，表面粗糙度达到60-100μm，重防腐涂层选用环氧型防腐涂料，同一涂装配套中的底、中、面漆选用同一厂家产品，涂料要有完备的材质证明资料。采用的防腐涂料应具有良好的耐候性，能适应干湿交替变化，并具有耐磨、耐冲击和耐候的性能。涂层厚度满足防腐蚀设计使用年限的要求(20年)，且不得小于1500μm。
取水管可以在加工厂码头落驳，采用1艘3000t自航驳船水上运输至施工现场。在驳船甲板上设置稳桩支架，支架用型钢制作，钢管装船采取多支点大方木底楞搁置。钢管装船利用码头上吊机直接吊装上船。
钢管管端在工厂用法兰焊牢，并分别在两端封板上焊制直径50mm左右的进水阀门和排气阀门(下水前关闭)，钢管水上船运至施工现场后，用80T浮吊将钢管从运桩船上吊至水中，用卷扬机、浮吊将钢管牵引至基槽上方并粗略定位，然后从钢管的一端注水，打开另一端阀门排气，使钢管缓慢下沉(随时调整好排水管轴线及管位)，直至钢管下沉到位。
钢管下沉到管道基础后，采用管座等对钢管临时进行固定，然后对钢管下沉就位后的高程及轴线进行验收，合格后浇筑素混凝土包封。
取水管可以采用牺牲阳极保护。取水口牺牲阳极阴极保护范围为3根整根取水钢管，有效保护年限>20年。取水自流管架空段(约55m)内外壁均进行保护，混凝土包封段仅考虑内壁保护，自流管内外壁牺牲阳极阴极保护方案如下：
①、管道内壁阳极安装布置：阳极成组埋设，2只为一组；对于DN1800管道，管道内壁阳极成组安装，2只为一组，阳极安装间距约为11.8米，两只阳极安装在管道内壁下半部分，与管道垂直中轴线成45度角的位置；对于DN1000管道。管道内壁阳极单只安装，2只阳极间距约为10米，阳极安装在管道底部。
②、管道外壁阳极安装布置：对于DN1800管道，管道外壁阳极成组安装，2只为一组，阳极安装间距约为11米；两只阳极分别安装在管道水平方向的两侧。对于DN1000管道，管道外壁单只安装，阳极间距约为9.2米。
③、阳极安装数量例如可以如下表所示：
管道内壁阴极保护所需阳极数量
取水口钢管牺牲阳极可以在钢管厂制作时进行焊接。每块牺牲阳极两个焊脚、四条焊缝，要求每条焊缝的长度>80mm，焊缝截面高度>5mm，焊缝基本连续平整，宽度基本均匀，无明显裂纹，焊接牢固。
阳极材料可以使用Al-Zn-In-Mg-Ti合金，其电化学性能满足下列要求：
铝合金阳极的电化学性能
阳极规格例如为1200×(200+280)×150，阳极重量为120kg，扁钢规格：釆用宽度B＝70，厚度8mm的镀锌扁钢。
牺牲阳极安装位置应使被保护钢结构表面电位均匀分布，应大致均匀布置，牺牲阳极安装位置在阳极安装时应避开管道焊缝，若阳极安装位置有障碍，可适当调整安装位置。
阳极21的分布可以如图4所示，在自流管20的水平直径线两侧及底部分布，阳极间距d可以为9-10m，也可以如图5所示在自流管20的水平直径线两侧以及水平直径线两侧的斜下方(例如距离水平直径线两侧45度角度处)，阳极间距可以为11-13m。
阳极安装完毕后，对焊接处进行防腐处理，要求与钢管内壁防腐等级相同；阳极下底面涂刷两道耐海洋生物油漆，其他阳极严禁沾染涂料。
在自流管安装完毕后可以用混凝土包封。步骤(F)的素混凝土包封中，海上采用搅拌船浇筑。混凝土可以采用商品砼，按C35水下混凝土拌制，混凝土粗、细骨料应采用级配良好的碎石、中粗砂，含砂率宜采用0.4～0.5，水泥不得采用立窑水泥且强度不应低于42.5，胶凝材料用量不宜小于350Kg/m3，且水泥用量不应小于300Kg/m3，坍落度控制在18±2cm。岸侧路域混凝土用罐车运输，汽车泵车入模浇筑施工，插入式振捣器振捣。海上采用搅拌船浇筑。砼浇筑前必须先检查混凝土泵的输送管路确保不透水。
经过上述步骤，可以在海上建设安全、结构稳定、耐受海浪冲击和盐分腐蚀的取水口设施。