倒虹吸施工方法比較

摘 要 本文結合南水北調中線工程十八里河倒虹吸工程，通過分析倒虹吸工程的分類及特點，比較幾種不同的施工方法，找出了目前比較適合的施工方法，針對性的提出了一些改進意見和注意事項，為后續(xù)倒虹吸工程的施工做參考。

關鍵詞 倒虹吸；施工方法；南水北調

中圖分類號 TV627 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0112-02

倒虹吸是一種古老的輸水方式，由于在開始工作時不需人為地制造管中的真空，因而更為普及。特別是新中國成立以來，隨著我國農田水利技術的不斷發(fā)展完善，倒虹吸技術也得到了較快的發(fā)展和廣泛的應用，例如，南水北調中線工程就用了許多倒虹吸管來解決管線穿越河谷、道路等的問題。

1 倒虹吸的概念及工作原理

倒虹吸主要用于農田水利工程中，它是長距離輸水工程中渠道通過山谷、河流、洼地、道路、發(fā)或其他渠道的壓力輸水管道，是一種渠道交叉建筑物，是輸水及灌溉渠系中工程的重要建筑物之一。

早在2000多年前，中國已有成功的運用。如南宋時曾在引用褒水的山河堰上使用過。這種大型倒虹吸多采用漿砌塊石構筑，也可用竹筒連接而成。與虹吸管一樣，倒虹吸在立面上也呈弓形，不同的是，其弓彎向下。隨著現代農田水利技術的不斷發(fā)展完善，倒虹吸的應用越來越普遍，而且在大型的輸水過程中也普遍運用，例如，在南水北調中線工程中就運用了這種古老而成熟的技術。

2 倒虹吸的適用條件、特點及分類

當輸水河渠與河流、山谷、洼地、道路等障礙物或其他渠道交叉，且高差較小，建渡槽或填方渠道及涵洞均不能滿足洪水宣泄、或有礙船只通過、車輛通行時，應該修建倒虹吸管從障礙物底部通過。

當山谷、河流很深且寬，谷深超過30 m時，修建渡槽支墩高，跨度大，需要高空作業(yè)，施工吊裝難度大且造價高是可考慮采用倒虹吸；若做填方渠下涵洞，土方工程量大，排水涵洞較大且需要的勞動力較多時，也可采用倒虹吸。由此可見，倒虹吸技術在穿越深谷、河流時的應用優(yōu)勢是十分明顯的。

從水力學的角度來講，倒虹吸的缺點是水頭損失較大，但是，千百年來，特別是新中國成立后，從在農田水利建設中的運用來看，倒虹吸具有工程量少、施工方便、造價低、節(jié)約勞動力及三材等優(yōu)點，在工程中還是值得廣泛運用的。近年來，在結構形式、用材、施工方法和制管工藝上都有了較大的發(fā)展，倒虹吸管的材質不斷更新和提高，有的可以工廠化生產，這種技術的運用就更加廣泛了。

隨著倒虹吸這種古老的輸水技術的廣泛應用，經過千百年的發(fā)展進步，其制作方法、布置方式、斷面形式及建筑材料等也有多種形式，故倒虹吸的分類也不同，下面分而述之。

按照制造方式可分為兩大類，一類是現澆鋼筋混凝土倒虹吸管，這種技術在我國適用比較廣泛，一般在工地直接于基坑內澆筑，多用于大型輸水工程或交通要道上的交叉工程，是一種很經濟耐久的管型；另一類是預制倒虹吸管，也就是我們常說的輕型管，一般在工廠或者工地預制廠制作，基坑內拼接，常用于給水排水工程或中小型輸水工程中。近年來，隨著制管工藝的不斷提高，大管徑管道在大中型工程中也有選用。

按照埋設方式的不同，倒虹吸管可以分為上埋式、溝埋式和架空梁式。

按照斷面形式，可以分為圓形管道、箱形管道和直墻聯結的正反拱形管道。

按照倒虹吸管的材料分，可以分為以下七類：現澆混凝土管（圓管及箱形多孔管）、預應力鋼筋混凝土管、鋼管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管（HOBAS、FWRPMP）、大口徑球墨鑄鐵管和熱塑性管等。

3 倒虹吸常見施工方法比較

倒虹吸管由進口段、管道段和出口段三部分組成，為了減少設計和施工難度，總體布置應選擇地形、地質較好的地段，并宜與河流、溝渠、道路中心線正交，管軸線在平面布置上的投影宜為直線。

進口段應盡可能布置在挖方渠段上，以減少沉陷、滲漏及坍方現象，保證管道不受洪水沖擊。

出口段的布置應使出口斷面逐漸擴大，以調整出口水流的流速分布，減少水頭損失，防止對下游渠道的沖刷。管道段是倒虹吸工程的主體，也是施工的關鍵。下面就結合南水北調中線一期工程十八里河倒虹吸工程的施工，就現澆鋼筋混凝土倒虹吸管的施工做簡單的比較。

南水北調中線一期工程總干渠十八里河渠道倒虹吸屬于鄭州2段內的河渠交叉建筑物，位于河南省鄭州市南郊劉灣村西約250 m處山前傾斜平原，場區(qū)地勢南西高，北東低。倒虹吸斜管段建基面多為第④層輕粉質壤土，少量為第③層重粉質壤土，水平段建基面高程約106.4 m，基礎置于第④層輕粉質壤土上，建基面均處于地下水位以下， 施工時應采取適當的排水措施?；娱_挖最深約22 m。

管道段混凝土的施工，有以下三種方案：一是整體推進法，即按照從進口到出口的順序，整體澆筑；二是分部會和法，即從兩頭向中間靠攏，在倒虹吸管的中間部分合攏；三是分層分段澆筑法，即管身段混凝土按底板、墻體→墻體、頂板兩層順序施工，底板按分節(jié)采用跳倉法澆筑，墻體及頂板按分節(jié)采用流水作業(yè)法施工，澆筑方向采用軸線方向澆筑。下面分別介紹這幾種

方法。

整體推進法施工是一般中小型水利工程慣用的方法，按照工程的布局和結構形式，順水流方向，依次按照施工導流、土方開挖、填筑和倒虹吸管身段、進出口漸變段及閘室段混凝土澆筑工程，以及配電室施工和閘門啟閉機安裝等工作內容推進，這樣施工的整體性比較好，但是，從一個方向施工，施工作業(yè)面較少，工期往往比較長，會影響工程的整體進展和后續(xù)工程的建設，故這種方法在此不適用。

分部會合法施工是目前渠道和隧洞適用中比較常用的一種方法，即從兩頭向中間分別施工，在中間匯合。在本工程中，中間段是為最低處，需要的開挖深度比較大，而且施工導流及防汛是施工的一個難點，所以在此不考慮這樣的方式。

分段分層澆筑法是目前大體積混凝土工程中經常使用的一種比較經濟適用且技術上可行的方法。本工程中管身段混凝土的澆筑即屬于大體積混凝土結構，為了考慮混凝土結構在凝結的過程中水化熱的散失和工程的整體進展，按照即管身段混凝土按底板、墻體→墻體、頂板兩層順序按照分節(jié)法施工。

根據施工總布置規(guī)劃，管身段混凝土料采用拌和樓集中拌制，6 m3混凝土攪拌車運輸，皮帶機輸送經負壓溜管入倉。倒虹吸混凝土運輸線路為：拌和樓→場內施工總干道→皮帶機受料斗→龍門架式皮帶布料機至施工部位（或砼皮帶輸送機至倉位）。管身段混凝土施工包括底板、側墻和頂板混凝土澆筑。

除墊混凝土外均采用皮帶機送料經布料機入倉法施工，混凝土下料傾落自由高度不宜過大，每胚層澆筑厚為40 cm~50 cm。底板按分節(jié)采用跳倉法澆筑，墻體及頂板按分節(jié)采用流水作業(yè)法施工，澆筑方向采用軸線方向澆筑。

底板墊層：每節(jié)管身的底板墊層厚10 cm。采用6 m3混凝土攪拌運輸車運料到倉面，用人工推雙輪車運料，沿垂直于管軸線布料，人工攤平，振搗方式采用平板振搗器振搗。

底板：采用臺階法鋪料，總體澆筑方向為順軸線方向澆筑，從倉位左端向右端鋪料，逐層向前推進，并形成明顯臺階，直到把整個倉位澆筑到收倉高程。

臺階法澆筑時的施工要點：嚴格控制二、三層攤鋪長度，斜坡分層處振搗要密實，不得漏振。坡度不大于1:2。以最快速度覆蓋上層混凝土，最大限度地縮短混凝土面暴露時間。澆筑中因故停工時，必須在初凝前把接頭處的混凝土振搗密實，特別是鋼筋網附近。

澆筑斜坡底板和頂板時，對每一層臺階的澆筑方向為從低處向高處下料。底板八字腳要在其鄰近底板鋪最后一層料后開始下料，振搗要均勻，直至八字底部翻漿止，避免過振與漏振搗。

墻體澆筑：胚層厚度30 cm~50 cm，采用平鋪法澆筑。周圈分層布料澆筑，先澆中墻，再澆邊墻，總體上各墻均勻上升，在倉內設置溜筒，每隔2 m~3 m布置一組，將倉內澆筑面分成幾個區(qū)段，每段固定澆筑工人。

頂板澆筑：采用與底板相同的澆筑方法。

在混凝土澆筑過程中，觀察模板、支架、鋼筋、預埋件的情況，若發(fā)現有變形、移位時，及時采取措施進行處理。底板和頂板混凝土采用插入式振搗器振搗，側墻采用軟軸振搗器振搗。振搗時以混凝土不再顯著下沉，不出現氣泡，并開始泛漿為準，避免過振、漏振和欠振。振搗器距模板的垂直距離不小于振搗器有效半徑的1/2，每層澆筑厚度不大于40 cm?；炷翝仓戤吅?，要將表層浮漿刮去，以免在兩層混凝土之間產生軟弱夾層。

為保證側墻、頂板混凝土施工質量，盡量減少混凝土面氣泡，混凝土采用二次復振的方法，即在混凝土正常振搗30 min后再進行一次振搗，以排除混凝土內的氣泡，保證混凝土表面光潔度。

4 施工過程中容易出現的問題及處理

水工建筑物混凝土在澆筑過程中，最容易出現的一個問題就是發(fā)生裂縫。發(fā)生裂縫的原因很多，根據本工程的結構特點，為防止混凝土發(fā)生裂縫，主要采取以下措施。

1）降低混凝土澆筑溫度。①砂石料堆高6 m以上，堆放時間適當延長，取料時，取料堆下部溫度較低的骨料，粗骨料采用噴霧降溫，采用地下水拌制混凝土；②加快混凝土的入倉覆蓋速度，縮短混凝土運輸和曝曬時間；③倉面采用噴水霧的方法以降低倉面的氣溫；④高溫天氣澆筑混凝土，利用早、晚進行澆筑，避開白天高溫時段施工；⑤澆筑完畢后及早養(yǎng)護和保濕，防陽遮蓋。

2）降低混凝土的水化熱溫升?；炷林袚郊臃勖夯液屯饧觿?，以減少單位水泥用量，減少混凝土的水化熱溫升，降低混凝土內的最高溫度。

3）加強混凝土表面的養(yǎng)護和保護，避免表面裂縫發(fā)生。在高溫季節(jié)，表面采用常流水養(yǎng)護。

4）合理地進行澆筑分層分塊，改善澆筑塊的散熱條件。

5）發(fā)現裂縫及時進行檢查和處理，防止由表面向深層發(fā)展。

為保證本工程混凝土質量滿足設計要求，混凝土施工質量達到優(yōu)良，在混凝土施工過程中，必須嚴格按規(guī)范及設計要求，對混凝土生產的原材料、配合比及倉面作業(yè)等混凝土生產過程中的各主要環(huán)節(jié)進行全方位、全過程的質量控制，不斷提高混凝土施工質量。

5 結束語

大型倒虹工程的地形地質條件及水力學條件的復雜性，對于大跨度、大落差、大流量的倒虹吸管，其工程結構的布置設計都有其本身的特點。為保證工程做到經濟合理可靠的目的，最好能通過水工模型試驗加以論證及優(yōu)化。

參考文獻

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