北疆供水工程加高項目設(shè)計與施工

王湘伊 王明明

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局 新疆烏魯木齊 836403）

1 概述

1.1 工程概況

北疆供水工程某干渠工程為大（Ⅱ）型工程，渠線全長135.857km，設(shè)計流量68m3/s，加大設(shè)計流量75m3/s，渠道斷面形式為平底梯形斷面和弧形底梯形斷面，渠底寬 4m，內(nèi)外邊坡 1∶2，縱坡 1/10000—1/125000。渠深 5.4—6.2m，水深4.68—5.36m，渠堤超高 0.5m，沿線有隧洞、渡槽、分水樞紐、分水閘、節(jié)制閘、退水閘、排洪涵洞、蓄洪庫、納洪口、公路橋等。

1.2 運行概況

北疆供水工程主要是解決烏魯木齊經(jīng)濟區(qū)、北疆油田城市和工業(yè)用水以及準東煤炭化基地用水，并兼顧沿線農(nóng)牧業(yè)和生態(tài)用水。該工程于2000年試運行，目前已安全運行14年。由于新疆經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水需求逐年增大，在2007年北疆供水工程干渠輸水運行最大流量已達70m3/s，現(xiàn)有的渠道輸水能力已滿足不了工業(yè)及農(nóng)牧業(yè)和生態(tài)用水日益增長的需求。

2 加高工程設(shè)計

為緩解用戶用水需求矛盾，充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施及水資源，對現(xiàn)有的渠道進行加高改造，充分發(fā)揮工程綜合效益。

2.1 加高方案數(shù)據(jù)分析

收集運行期數(shù)據(jù)，對當前干渠過流能力進行初步分析。采用運行期最大流量時干渠渠堤每隔500m的水深數(shù)據(jù)，在明渠均勻流情況下，在渠道加高設(shè)計過流量Q＝95m3/s時，通過水力學(xué)公式計算反推各斷面水深，確定渠道橫斷面尺寸，渠堤需要加高的高度。

2.2 加高方案制定

依據(jù)分析數(shù)據(jù)資料，制定渠堤加高方案，拆除加高部位的原渠道渠沿石及渠沿石下0.5-1層襯砌板、板下砂漿、膜下砂漿，保留50cm寬的舊塑膜與新塑膜焊接。然后按照設(shè)計尺寸及渠道土方回填技術(shù)要求，進行分層小功率震動碾壓，最后修坡、襯砌。將占渠線總長22%的穩(wěn)定性較差的泥巖段進行全面置換，在渠底設(shè)置縱橫向排水；加強渠堤加高與基礎(chǔ)設(shè)施連接部位的施工；考慮工程地質(zhì)條件、自然條件和運行期限制等多方面因素影響，采取分步實施方案，先進行地質(zhì)條件復(fù)雜、重要基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域，后進行一般區(qū)域，結(jié)合干渠春秋季維修，分期逐步完成總干渠加高工程任務(wù)。

3 加高工程施工

3.1 自然條件

北疆供水某干渠工程所在地區(qū)屬大陸北溫帶及寒溫帶。多年平均氣溫 3.4℃，最高氣溫39.60℃，最低氣溫-42.7℃，多年平均降水量112.70 mm，多年平均蒸發(fā)量1844.40mm,多年平均雷暴日22.2天，最大積雪深度0.28m，最大凍土深度 1.50m，多年平均日照時數(shù) 2890小時，多年平均無霜期146天，每年可施工期較短。

3.2 工程地質(zhì)條件

北疆供水工程干渠渠線先后穿越剝蝕起伏的平原，剝蝕起伏的平原與沖洪積平原的過渡帶和河谷階地。渠道挖方渠道總長約76.69km，半挖半填渠道總長約為 36.77km，平均填方高1.61m，平均挖深 3.99m；深挖方、高填方，總長分別為8.15km和8.86km，深挖方主要是渠道通過平臺段最大挖深可達32m，高填方主要位于烏倫古河河谷和較大的沖溝，最大填方高度達15m?？偢汕鄮r、砂質(zhì)泥巖分布面積約占渠道總面積的 21.6%，其中渠底分布的泥巖長為42.248km，大部分以弱-中膨脹巖為主，局部段為強膨脹巖，對渠道的安全運行存在不同程度的潛在危害。

3.3 工程交通條件

干渠加高工程是在原有工程基礎(chǔ)上進行施工，周邊城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路均可通至施工現(xiàn)場?，F(xiàn)有的伴行公路作為施工主干道，滿足施工交通要求，施工期間可作為臨時施工道路，場內(nèi)交通較為方便。

3.4 建筑材料的來源

干渠上游樞紐附近及干渠下游頂山附近有2處混凝土骨料場，11處渠道填方料場，沿線沒有合適的混凝土骨料場。混凝土骨料、反濾料由承包人就近從骨料場采購。預(yù)制混凝土板、預(yù)制混凝土渠沿石、預(yù)制混凝土網(wǎng)格梁由頂山板廠、635板廠提供。水泥、塑膜、聚氨酯、外加劑由材料設(shè)備處提供。

3.5 供水、供電

工程用水主要由施工用水、生活用水和消防用水三大部分組成。引水渠道及福海水庫為本工程生產(chǎn)和生活用水水源。在伴渠輸變電線路指定點接電。

3.6 施工材料

施工材料由最近板廠、材料庫房調(diào)運。砂石骨料由承包人由料廠運輸至施工現(xiàn)場。

3.7 計量

現(xiàn)場施工測量放樣，混凝土、砂漿的抗壓、抗凍、抗?jié)B試驗，土方干容重、干密度、壓密度等實驗。

3.8 加高工程施工控制

3.8.1 渠道襯砌現(xiàn)場布置

做好施工前施工便道、砂漿及混凝土攪拌設(shè)備、砂石骨料及水泥堆放場地、預(yù)制構(gòu)件堆放場地、蓄水池的布置。施工便道間距以500m開設(shè)一個路口為宜；分段施工以每段一個路口為宜，便道寬度 6m；砂漿及混凝土攪拌設(shè)備應(yīng)布置在渠道與伴行公路之間，距施工便道外側(cè)2m為宜；砂石骨料及水泥應(yīng)堆放在混凝土攪拌機后或側(cè)面；襯砌預(yù)制構(gòu)件整齊堆放在馬道外側(cè)利于土方回填的位置，每垛堆放高、長、寬度分別不超過1.0m、3m、1.5m，垛與垛的間距不小于2m；砂漿和混凝土的拌和與養(yǎng)護用水應(yīng)用水箱蓄存，位置應(yīng)與拌和設(shè)備緊湊布置，并利于砂漿養(yǎng)護。

3.8.2 預(yù)制構(gòu)件拆除

拆除后的預(yù)制構(gòu)件按六角板、五角板、四角板等不同規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件分開整齊堆放，每垛堆放高、長、寬度分別不超過1.0m、3m、1.5m，垛與垛的間距不小于 2m，距渠堤邊坡開口線2.0m，不能影響土方回填。

3.8.3 土方回填

清理干凈基礎(chǔ)面，并保持平整；加高段回填不含泥巖土料；馬道回填含礫白砂巖或天然戈壁料；按照設(shè)計尺寸分層回填，回填厚度每層不超過0.5米。

3.8.4 邊坡修整

按照單元長度（19.4m）、設(shè)計尺寸（邊坡長度）進行放線修整邊坡，渠邊坡坡比均為1:2；對粗修后的松軟邊坡進行灑水打夯，然后進行精修，保證坡面平整、堅實，滿足設(shè)計要求。

3.8.5 隔梁槽開挖

按單元長度確定第一個橫隔梁中心點，每隔19.4m確定其余橫隔梁中心點，進行通梁掛線后開挖，用鋼卷尺控制挖深，保證基槽順直、完整，符合現(xiàn)澆隔梁斷面設(shè)計尺寸（0.3*0.3m），隔梁槽寬允許偏差±10mm；隔梁槽深允許偏差±10mm。

3.9 砂漿拌制與運輸

砂漿嚴格按照配合比進行攪拌，拌合時間3分鐘；拌和好的砂漿不宜長時間存放，堆放的砂漿必須蓋防曬布，并在30分鐘內(nèi)用完；砂漿運輸路面要平，較遠運輸蓋防曬布。

3.10 膜下砂漿

膜下砂漿采用先邊坡后渠底，坡面自上而下，渠底由一端開始向后倒退的方式施工；砂漿厚度采用角鋼控制（砂漿厚度 2.5cm允許偏差＞-3mm），角鋼每兩根為一組；砂漿鋪筑時抹子運動方向應(yīng)是由上往下抹漿，刮尺找平時也必須由上向下移動，禁止反向操作在兩根角鋼內(nèi)鋪筑砂漿，壓實后，砂漿厚度與角鋼立面同高，用長刮尺找平后，再移動角鋼鋪筑相鄰面。

3.11 一布一膜鋪設(shè)與焊接

鋪膜前清掃干凈膜下砂漿上一切雜物；土工膜與膜下砂漿壓平貼緊并留有一定的松弛度，坡頂以上土工膜應(yīng)整齊卷好，并在覆蓋后壓緊；焊接前必須首先進行試拼接，以決定焊接溫度和行走速度；焊接搭接形式為上游一副壓往下游一副，搭接寬度 10cm，焊接時必須保證搭接部位清潔干凈，焊縫經(jīng)檢查驗收合格后，縫間土工布應(yīng)手工縫合，并立即進行下道工序，陽光直射下土工膜應(yīng)在12小時內(nèi)覆蓋；焊縫要密實牢固，輪痕跡明顯，平直，無褶皺，無輪切現(xiàn)象；嚴禁一布一膜上堆放預(yù)制板與施工人員行走。

3.12 橫隔梁施工

在膜下砂漿鋪筑完成后進行基槽清理、埋設(shè)土工膜、立模、澆筑和養(yǎng)護施工；混凝土嚴格按照配合比進行攪拌，攪拌時間3分鐘；混凝土拌和料用袋裝料，從渠底隔梁槽開始依次向上倒入隔梁槽內(nèi),不得從槽內(nèi)膜上滑漿，振搗密實，防止漏振，隔梁表面原漿抹光。

3.13 預(yù)制板襯砌

砌筑前先將坡面一布一膜拉展，逐層拉水平線砌筑，砂漿的鋪筑與砌板同步，用編織袋沿坡面下漿，邊坡斜長距坡頂1.5m范圍內(nèi)可采用直接入倉方式；預(yù)制板鋪砌時板下砂漿應(yīng)飽滿、厚度2cm，并用木錘適度敲擊，使其平整與砂漿接觸緊密，板縫寬2cm，襯砌面應(yīng)平整，允許偏差10～15mm。

3.14 砂漿勾縫

使用專用勾縫刀將縫間砂漿搗實，原漿抹平、壓光；板縫砂漿必須飽滿均勻，光潔平整，不得突出板平面；預(yù)制板襯砌完畢，待勾縫砂漿終凝后，覆蓋麻袋或線毯保溫養(yǎng)護，養(yǎng)護時限不得少于14天。

3.15 渠沿石砌筑

對渠沿石槽開挖，開挖時嚴禁損壞卷起的渠頂邊膜；按照設(shè)計高程進行渠沿石施工放線；勾縫與砌筑同步，勾縫砂漿飽滿均勻、光潔，縫面與渠沿石相應(yīng)面為同一平面；渠沿石砌筑順直、頂面水平，渠沿石頂高程允許偏差±10mm，軸線允許偏差±10～20mm。

3.16 馬道膜埋設(shè)

進行馬道開挖，保持開挖面平整，無突出硬物，滿足馬道膜埋設(shè)要求；馬道膜埋設(shè)寬度按要求1.5m進行焊接，馬道開挖完成后，將馬道膜拉展檢查并確認無破損后，人工回填，最后進行機械碾壓。

3.17 伸縮縫處理

清掃干凈伸縮縫內(nèi)一切雜物，控制縫寬2cm～2.2cm，縫深5～6cm；在施工現(xiàn)場進行聚氨脂砂漿拌和，即將過濾、烘干后的細砂與米蘭花A、B組（重量比）按1:2:7的比例倒入拌和器內(nèi)人工攪拌均勻，拌合后的聚氨脂砂漿在 15分鐘內(nèi)用完，超過時間以棄料處理；將拌合后的聚氨脂砂漿用嵌縫刀控制，將砂漿沿渠邊坡自上而下緩緩灌入伸縮縫內(nèi)，用嵌縫刀不斷進行刮平處理，不得出現(xiàn)斷頭或空洞，并避免粘到預(yù)制板上；嵌縫完成后，8h內(nèi)防止與水接觸。

3.18 現(xiàn)場整治

加高現(xiàn)場完成后，對現(xiàn)場進行清理，將棄板、工程垃圾集中處理掩埋，進行場地平整，恢復(fù)工程原始地貌。

4 結(jié)語

2008年北疆供水工程開始渠堤加高工程，至2013年，已完成渠堤加高55km，累計安全輸水40億m3，年輸水量較2008年增長約25%，較大緩解了當前用水需求矛盾。經(jīng)實踐證明，渠堤加高工程滿足工程安全輸水要求，最大限度發(fā)揮了北疆供水工程的綜合效益，更好地促進北疆供水工程的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。