長距離輸水箱涵關(guān)鍵項(xiàng)目施工技術(shù)

【摘要】南水北調(diào)中線天津干線工程全長155km，采用地埋式箱涵輸水方案，本文針對(duì)已設(shè)計(jì)的箱涵形式，以廊坊市段TJ4-4標(biāo)工程為例從降排水、基坑開挖、基礎(chǔ)處理、雙摻混凝土配合比應(yīng)用、箱涵混凝土澆筑、施工縫和結(jié)構(gòu)縫處理、土方回填等關(guān)鍵項(xiàng)目施工進(jìn)行了詳細(xì)的論述，可為同類工程的施工提供寶貴的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)；輸水箱涵；關(guān)鍵項(xiàng)目；施工技術(shù)

1 工程概況

舉世矚目的南水北調(diào)中線工程從丹江口水庫陶岔閘引水，經(jīng)長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口，沿唐白河流域和黃淮海平原西部邊緣開挖渠道，在河南省鄭州市附近通過隧道穿過黃河，沿京廣鐵路西側(cè)北上，自流到北京、天津。輸水干渠全長1273km，向天津輸水箱涵長155km。年調(diào)水規(guī)模130億m?。天津干線因其獨(dú)特地理位置，結(jié)合保護(hù)水質(zhì)、少占耕地、冬季防凍等特點(diǎn)，采用地埋暗涵形式，有效解決了保護(hù)耕地，保護(hù)水質(zhì)、防止冰凍等不利因素。此種箱涵適用于大流量、低水頭情況，造價(jià)較低，等特點(diǎn)。本文以南水北調(diào)中線工程天津干線廊坊市段TJ4-4標(biāo)工程為例，主要從基坑開挖、施工降排水、雙摻混凝土配合比研究、箱涵混凝土澆筑、施工縫和結(jié)構(gòu)縫處理、基槽回填等方面介紹了輸水箱涵的關(guān)鍵施工方法。

南水北調(diào)中線工程天津干線廊坊市段TJ4-4標(biāo)，全長約10.612km，主要以現(xiàn)澆凝土箱涵為主，為3孔4.4×4.4m有壓輸水箱涵，設(shè)計(jì)輸水流量55m3/s，標(biāo)準(zhǔn)單節(jié)箱涵長15m，斷面尺寸15.6×5.6m（寬×高），標(biāo)準(zhǔn)箱涵段以橡膠止水帶和聚硫密封膠連接。

2 關(guān)鍵項(xiàng)目施工工藝

2.1 基坑降水施工

本標(biāo)段地下水位約在地面以下2.5～5m左右，為保證土方開挖和基底干場作業(yè)，在開挖前先期進(jìn)行施工降水。

㈠ 基槽開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面為復(fù)式對(duì)稱梯形斷面，降水管井布置在基坑左右兩側(cè)2m寬的馬道外側(cè)，降水管井間距7～15m，管井開孔直徑φ700mm，井深18m～20m（井口與馬道齊平）。

㈡ 地面排水溝布置

地面排水目的：將從管井及集水坑抽出的水，經(jīng)地面明溝排至泄水區(qū)。

地面排水溝位置：在箱涵施工道路外側(cè)設(shè)置排水明渠，將基坑兩側(cè)降水井排水集中抽排至排水明渠內(nèi)，跨越施工主干道部位預(yù)埋鋼管對(duì)水管進(jìn)行保護(hù)；在箱涵開挖邊線無施工道路一側(cè)每隔30m設(shè)置一個(gè)集水池，集水池采用土工膜防滲，將降水井內(nèi)的水抽排至集水池。

㈢ 降水時(shí)間

在降水井鉆設(shè)完成后開始降水，直到土方回填至馬道高程為止。

降水井形成后，一般土方開挖至馬道后，開始降水，連續(xù)保持井內(nèi)的低水位，保證施工干場作業(yè)，確保工期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。在輸水箱涵及各建筑物混凝土澆筑完成，且外側(cè)土方填筑到一定高程后停止抽水，撤泵填井。

㈣ 成井工藝

管井開孔直徑φ700mm，井管采用φ350無砂混凝土管。井管外及井底500mm充填粒徑3～15mm圓形、亞圓形砂卵石濾料。

管井施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→場地放樣→開挖排水溝→鋪設(shè)總管和安裝水泵→成孔→下井管→填濾料→水泵就位→試抽水→正式抽水。

2.2 土方開挖

箱涵涵身開挖深度約為10.5m；開挖邊坡坡比為馬道以上1：1.5，馬道以下1：2，馬道寬2m；開挖開口線寬度約為50m左右，底板寬度約為18.3m。根據(jù)相關(guān)要求，開挖分層為表土清理（50cm）、土方明挖和保護(hù)層開挖（30cm），其中土方明挖第一層開挖深度3.5m，第二層開挖深度約為3m～4.5m。第三層開挖深度約4m，第三層為地下水位以下開挖領(lǐng)先開挖排水溝，共分3個(gè)開挖順序，分層情況見圖 1。

圖1 箱涵基坑開挖典型分層斷面圖

第一、二層用反鏟南北橫向后退法開挖，反鏟從堆土帶對(duì)面一側(cè)開口線開始下鏟，靠近邊坡處預(yù)留大于40cm保護(hù)層，反鏟站立下一工作面修坡。開挖時(shí)以已完成清表的工作面作為開挖機(jī)械及自卸汽車行走平臺(tái)，采用反鏟和自卸車聯(lián)合挖運(yùn)作業(yè)，第一層開挖示意圖見圖 2。

圖2 第一層開挖示意圖

地下水位以上一、二層開挖完成后進(jìn)行基坑降水施工，在地下水位降至基底0.5m以下后，開始第三層開挖。在開挖至接近基底高程時(shí)，為了保護(hù)建基面，避免開挖機(jī)械擾動(dòng)原狀土和建基面暴露較長時(shí)間，基坑開挖底部箱涵建基面以上預(yù)留30cm的保護(hù)層，在第三層開挖時(shí)人工跟進(jìn)開挖集料，由第三層開挖的反鏟配合裝運(yùn)到自卸汽車中，以保護(hù)地基原狀土不受擾動(dòng)，在挖掘機(jī)進(jìn)行開挖作業(yè)時(shí)，由測量儀器全程跟蹤測量，保證邊坡坡比、開挖中心線和建基面高程符合設(shè)計(jì)要求。

由于本標(biāo)段需采用開挖土料進(jìn)行回填，開挖土料堆放在箱涵南側(cè)堆土區(qū)。根據(jù)水土保持的要求利用尼龍布對(duì)開挖土料進(jìn)行覆蓋，用土方編織袋進(jìn)行圍擋，圍擋高度為0.6～1m，圍擋頂寬0.5m，底寬1m，并在堆土區(qū)邊緣處設(shè)排水溝。

2.3 箱涵基礎(chǔ)處理

㈠公路涵基礎(chǔ)處理

為防止公路偏載振動(dòng)等造成的危害，根據(jù)相關(guān)要求，換填20cm厚碎石墊層加強(qiáng)基礎(chǔ)承荷能力，分散不均勻應(yīng)力。設(shè)計(jì)的碎石墊層厚20cm，粒徑為10～40mm，邊線至箱涵邊線外0.5m。碎石采用人工鋪筑，電動(dòng)夯夯實(shí)的方法施工。

㈡ 箱涵地下水浸沒處理

為防止箱涵兩側(cè)出現(xiàn)地下水位差等造成的浸沒危害，箱涵基礎(chǔ)面按照設(shè)計(jì)要求采用土工布包裹碎石的方式在箱涵底部和頂部設(shè)置地下水聯(lián)通體。碎石條帶每45m布置一道，輸水箱涵底部和頂部碎石墊層條帶厚度50cm、寬度1.5m，輸水箱涵底部墊層碎石條帶長度由箱涵墊層兩邊各延伸100cm，輸水箱涵頂部碎石條帶與箱涵寬平齊。

2.4 雙摻（摻粉煤灰和磨細(xì)礦渣）混凝土配合比應(yīng)用

本標(biāo)段沿線地下水位較高，主體箱涵混凝土埋于地下水位以下，長期受地下水環(huán)境中的硫酸根離子、氯離子等侵蝕。同時(shí)本標(biāo)段所處的京津冀地區(qū)分布有大量堿活性骨料，采用的骨料存在疑似堿骨料反應(yīng)。為此采用“大摻量磨細(xì)礦渣雙摻混凝土”可以有效“抗地下水化學(xué)侵蝕”和“抑制堿骨料反應(yīng)”解決上述問題，既提高了箱涵混凝土的質(zhì)量和耐久性，也有助于降低工程造價(jià)。

㈠ 施工性能較好

雙摻混凝土施工性能較好，由于雙摻混凝土膠凝材料用量較大（350～388kg/m?）、和易性好，在合適的坍落度情況下對(duì)澆筑和正道程序及密實(shí)度有很好的保證。

通過調(diào)整水膠比，雙摻混凝土的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)與普通混凝土相似。由于水泥產(chǎn)量的減少，混凝土的水化熱降低，雙摻混凝土抗裂性能大大提高。

㈡ 抑制堿骨料反應(yīng)

本標(biāo)段所處的京津冀地區(qū)分布有大量堿活性骨料，采用的骨料存在疑似堿骨料反應(yīng)。雙摻混凝土微觀結(jié)構(gòu)得到改善，降低了堿在混凝土內(nèi)部的移動(dòng)速度，同時(shí)，由于對(duì)堿的固結(jié)作用，大大的降低了混凝土孔溶液堿離子濃度，有效的抑制堿骨料反應(yīng)的發(fā)生，可避免工程由于使用活性堿骨料造成的堿骨料反應(yīng)破壞。

㈢ 抵抗硫酸根離子破壞

本標(biāo)段沿線地下水位較高，沿線主體箱涵混凝土埋于地下水位以下，長期受地下水環(huán)境中的硫酸根離子、氯離子等侵蝕。硫酸鹽侵蝕會(huì)通過物理化學(xué)過程使混凝土脹裂，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，在配合比設(shè)計(jì)過程中必須進(jìn)行重要防范。

雙摻混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕能力高。由于混凝土密實(shí)性的提高，硫酸根離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部變得困難，這樣就消除或減少了高硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）形成的可能性，阻礙是高結(jié)晶型侵蝕的發(fā)生，大幅度減少混凝土膨脹，使混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕的能力大大提高。

㈣ 抗氯離子滲透

由于混凝土密實(shí)性提高，氯離子擴(kuò)散系數(shù)大幅度降低，從而使混凝土抗氯離子滲透能力得到提高，將延緩和推遲鋼筋銹蝕的時(shí)間。

2.5 箱涵混凝土工程

15m長標(biāo)準(zhǔn)箱涵每節(jié)混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑到底板八字以上50cm，第二次澆筑箱涵墻體和頂板。箱涵混凝土主要施工程序如下：

基礎(chǔ)聯(lián)合驗(yàn)收→墊層混凝土澆筑→底板鋼筋安裝→模板施工→混凝土澆筑前驗(yàn)收→底板混凝土澆筑→施工縫處理→中墻鋼筋安裝→鋼筋驗(yàn)收→模板臺(tái)車安裝（或平移）→臺(tái)車剛模板調(diào)整加固→邊墻、頂板鋼筋安裝→邊墻、頂板外側(cè)模板拼裝、調(diào)整及加固→混凝土澆筑前驗(yàn)收→頂板混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→箱涵外模拆模→臺(tái)車模板脫?！乱还?jié)箱涵施工。

㈠ 混凝土墊層施工

本合同工程箱涵底板下設(shè)10cm厚C10混凝土墊層，結(jié)構(gòu)箱涵墊層寬度為15.4m～15.6m，墊層的澆筑采用汽車混凝土泵輸送入倉，人工平倉，平板振動(dòng)器振搗，人工抹面的方式進(jìn)行。

㈡ 箱涵模板支立

本工程箱涵施工所用模板均為鋼模板，箱涵底板倉號(hào)腋角采用定型腋角模板，外側(cè)采用P150普通平面鋼模板。側(cè)墻/頂板倉號(hào)內(nèi)側(cè)模板采用簡易鋼模臺(tái)車，外側(cè)采用P150系列模板拼裝，鋼管腳手架支撐。堵頭模板結(jié)合止水位置及八字墻腋角形式均采用定型模板。

⑴ 底板模板支立

底板倉號(hào)外側(cè)采用三層P6015組合模板拼裝而成，腋角部位采用定型腋角鋼模板。在施工底板倉號(hào)時(shí)，制作φ48鋼管單桁架外對(duì)撐形式來加固底腋角模板，每隔3m設(shè)置一道。

箱涵兩節(jié)涵身連接處設(shè)有一道橡膠止水帶，該部位模板配置由P3015模板和堵頭異型模板配合使用。

⑵ 墻體及頂板模板支立

內(nèi)墻及頂板模板主要采用鋼模臺(tái)車施工。箱涵標(biāo)準(zhǔn)段涵身段長15m，每節(jié)臺(tái)車標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸4.4×4.4×7.5m（寬×高×長），每節(jié)每孔涵身配置兩節(jié)鋼模臺(tái)車，即將兩節(jié)7.5m長的鋼模臺(tái)車對(duì)接成15m長；鋼模臺(tái)車軌距2m。鋼模臺(tái)車主要由模板組、行走機(jī)構(gòu)、臺(tái)車架、承重梁、螺桿支撐壓系統(tǒng)、一些輔助平臺(tái)構(gòu)成，面板厚度δ=4mm。鋼模臺(tái)車支撐示意見圖3。

圖3 鋼模臺(tái)車支模施工示意圖

φ20拉桿采用定位錐對(duì)拉固定在模板上，拆模時(shí)旋轉(zhuǎn)退出定位錐，用預(yù)縮砂漿填堵定位錐孔。

⑶ 模板拆除

不承重的側(cè)面模板，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到3.5Mpa并能保證其表面及棱角不因拆模而損壞時(shí)拆除。頂板模板為承重模板，根據(jù)混凝土試塊強(qiáng)度，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后拆除。

㈢ 橡膠止水帶和閉孔泡沫板安裝

橡膠止水帶采用止水卡加固，止水帶要埋正對(duì)中，止水帶中間可伸縮部分不得埋入混凝土中，保證其可自由變形。

為了便于閉孔泡沫板的施工，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，采購已加工成型的閉孔泡沫板。閉孔泡沫板采用先貼法安裝，即在支立模板時(shí)將泡沫板用鐵絲固定在模板內(nèi)側(cè)。

㈣ 鋼筋制安

鋼筋進(jìn)場后首先經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)室取樣檢驗(yàn)合格后方開始制作安裝。鋼筋制作在后方加工廠完成；鋼筋連接方式有搭接焊、幫條焊、機(jī)械連接及閃光對(duì)焊。

鋼筋加工完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诨炷翂|層上逐根彈好鋼筋位置線，根據(jù)位置線擺放加工好的底層主筋。彎起延伸至墻體內(nèi)的主筋上端利用單排腳手架挑出的順?biāo)畻U與主筋臨時(shí)綁好，確保主筋的垂直度、間距及穩(wěn)定。檢查主筋的間距、根數(shù)等符合要求后，開始綁扎底板底層筋中的分布筋。分布筋的接頭采用焊接，同時(shí)將光面鋼筋的末端做成彎鉤。鋼筋網(wǎng)的交叉點(diǎn)采用20#鍍鋅鉛絲綁扎，除靠近外圍的兩行鋼筋的交叉點(diǎn)全部扎牢外，中間部分的交叉點(diǎn)采用倒順扣相隔扎牢，保證不產(chǎn)生位移，然后綁扎腋角的八字筋。每孔底板下層筋與上層筋之間放置4道架立筋，用于保證兩層鋼筋的間距。上層鋼筋網(wǎng)的綁扎方法與下層相同。兩層鋼筋網(wǎng)綁扎合格后，在墻體的主筋底部綁扎2道分布筋，上部綁扎2道分布筋。模板邊鋼筋每隔1.0m梅花形放置一塊 5cm厚墊塊，作為細(xì)部支立并確保鋼筋保護(hù)層厚度。

頂板的鋼筋綁扎方式同底板。

㈤ 混凝土澆筑

本工程箱涵混凝土主要為雙摻C30W6F150混凝土，混凝土拌和采用HZS90型拌合樓集中拌料，混凝土攪拌車進(jìn)行水平運(yùn)輸，入倉主要采用移動(dòng)龍門式布料機(jī)直接入倉。每節(jié)箱涵分兩次澆筑，第一次澆筑至八字以上50cm，第二次澆筑剩余的墻體及頂板。

混凝土采用布料機(jī)分層均勻下料，每次下料厚度不高于0.3m?；炷琳駬v采用φ50軟軸插入式振搗器振搗，經(jīng)平倉后的混凝土用振搗棒依次振搗，間距不超過振搗器有效半徑的1.5倍，并垂直插入下層混凝土10cm，振搗棒插入點(diǎn)采取梅花形布置，振搗時(shí)間以混凝土中氣泡已排出，粗骨料不再顯著下沉并開始泛漿時(shí)為準(zhǔn)。

混凝土澆筑過程中，模板、鋼筋等有關(guān)工種均派專人值班，及時(shí)對(duì)模板、鋼筋進(jìn)行檢查維護(hù)，防止結(jié)構(gòu)變形、走樣、損壞及鋼筋位移，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

㈥ 混凝土養(yǎng)護(hù)

在澆筑完成后12～18h內(nèi)開始養(yǎng)護(hù)，在成品混凝土的平面位置采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，墻體等立面位置采用拆模后采用覆蓋薄膜的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d。

2.6 土方回填

回填土料采用開挖土的混合料。一般段土方回填壓實(shí)度不小于0.90；公路涵、保水堰土方回填壓實(shí)度不小于0.94。建筑物周圍至少0.5m和頂板以上1m范圍內(nèi)采用人工夯實(shí)。

回填前進(jìn)行生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)，確定鋪土厚度、碾壓機(jī)具、碾壓遍數(shù)及機(jī)械行走速度?；靥钔亮献畲蟾擅芏葹?.71g/cm3，最佳含水率為15.5%，機(jī)械鋪土厚度35cm，碾壓遍數(shù)為7遍，碾壓設(shè)備為SD16型推土機(jī)，自重17t，行駛速度為一檔，速度為3km/h勻速狀態(tài)，碾壓時(shí)，相鄰作業(yè)面的搭接碾壓寬度，垂直軸線方向不小于3m，相鄰碾跡搭壓寬度不小于20cm；打夯時(shí)連環(huán)套打法，夯跡雙向套壓，夯壓夯1/3，行壓行1/3，分段分片夯實(shí)，夯跡搭壓寬度大于1/3夯徑，達(dá)到壓實(shí)度要求。

回填過程采用自卸汽車運(yùn)料，推土機(jī)攤鋪、碾壓或電動(dòng)夯碾壓。由測量人員控制鋪土厚度，試驗(yàn)人員按照規(guī)定的頻次進(jìn)行取樣檢測，檢測合格后方進(jìn)行下層填筑。箱涵兩側(cè)土方回填同時(shí)進(jìn)行，兩側(cè)回填高度大致相同，并保持均衡上升。

降水井在土方回填至馬道高程后，停止降水工作，拆除排水管線，選用砂礫石進(jìn)行回填，井口2m范圍內(nèi)回填開挖料，人工木棒振實(shí)至井口高程。

2.7 施工縫和結(jié)構(gòu)縫處理

㈠ 混凝土施工縫面處理

為了延長箱涵內(nèi)外水壓的滲徑，混凝土箱涵在側(cè)墻一二期結(jié)合面上設(shè)置了底寬10cm，深10cm，坡比1：1的體型鍵槽，施工縫在混凝土初凝前預(yù)埋杉木條，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以后剔出，使已澆筑混凝土上部形成一凹槽。杉木條剔除后，進(jìn)行施工縫的處理工作，混凝土表面采用人工鑿毛，直至露出新鮮石子，然后用高壓水槍將混凝土表面清洗干凈，排除積水。在箱涵施工縫上澆筑第一層混凝土前，先鋪一層2～3cm厚的水泥砂漿，根據(jù)澆筑速度的快慢，隨鋪隨澆。

㈡ 混凝土箱涵結(jié)構(gòu)縫處理

在進(jìn)行密封膠施工之前，首先將箱涵變形縫的縫槽清洗干凈，待干燥后，在要填塞的預(yù)留槽兩側(cè)距施工縫5mm處貼上膠條，密封膠的施工采用手動(dòng)注膠槍注射入施工縫內(nèi)。裝槍時(shí)將生產(chǎn)廠家提供的中間帶有出膠孔的壓膠盤置入膠面上，取下槍管前后螺蓋，將密封膠置于槍管內(nèi)，管內(nèi)空氣順槍管后孔排出，將裝滿膠的槍管前后螺蓋裝上，完成裝膠后涂膠。施工時(shí)分兩次灌注，先灌注縫兩側(cè)壁，然后灌注中間。聚硫密封膠灌滿后用抹灰刀整型。待密封膠具有一定強(qiáng)度后，撕去膠條，以保證接縫外觀整潔。

密封膠嵌填施工后，養(yǎng)護(hù)期為28d。在注膠完成后禁止人員對(duì)未凝固的膠體觸摸或磕碰，防止對(duì)膠體外觀造成破壞。

3 結(jié)論

現(xiàn)南水北調(diào)天津干線已實(shí)現(xiàn)了順利通水，一渠清澈的長江水送向津門，實(shí)現(xiàn)的億萬人民多年的夙愿。2014年進(jìn)行的2次通水試驗(yàn)，該地埋箱涵不論從抗?jié)B漏水、還是抗裂、抗堿等方面都通過中國水科院的檢驗(yàn)，實(shí)踐證明工程是優(yōu)良的。說明對(duì)高水位下長距離地埋工程施工從降排水、土方開挖、雙摻混凝土配合比應(yīng)用、混凝土澆筑、土方填筑、施工縫及結(jié)構(gòu)縫的處理等方面按上述工藝進(jìn)行施工是成功的，從現(xiàn)場實(shí)際施工情況來驗(yàn)證方案是科學(xué)可行的，為以后類似工程的施工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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馬雪紅 女（1975-） 高級(jí)工程師 中國水利水電第四工程局有限公司 主要從事水利水電工程施工技術(shù)管理