引洮二期配套工程靜寧縣供水管道跨越特殊段設(shè)計(jì)施工

馬耀忠

（甘肅甘蘭水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

引洮供水二期配套工程供水范圍涉及定西、白銀、天水市及平?jīng)? 市8 個(gè)縣區(qū)，發(fā)展灌溉面積29.2 萬(wàn)畝，年調(diào)水量3.15 億m3，工程規(guī)模為II 等大（2）型工程［1]。引洮供水二期配套靜寧縣城鄉(xiāng)供水小岔溝工程的主要進(jìn)行調(diào)蓄水池、水廠、加壓泵站、高位水池和供水管線的建設(shè)，其中，建設(shè)供水管線2 條長(zhǎng)度2.2 km，配水管道總長(zhǎng)53.83 km。供配水管線線路長(zhǎng)，在線路布置時(shí)考慮到地形地質(zhì)、施工條件、管線長(zhǎng)度及投資等因素的影響，不可避免的跨越溝、跨河道以及跨越公路等特殊段建筑物，在設(shè)計(jì)施工中供配水建筑物經(jīng)過(guò)特殊段建筑物的選型設(shè)計(jì)以及與管道保護(hù)措施非常重要，不僅影響工程投資，還關(guān)系到整個(gè)工程施工及后期運(yùn)行的安全。因此，本文主要從供配水管線跨越溝、跨河道以及跨路等特殊段建筑物進(jìn)行研究，并提出合理的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)方法，為工程設(shè)計(jì)及施工提供參考依據(jù)。

2 輸水線路跨溝（河）段設(shè)計(jì)

2.1 跨溝（河）輸水建筑物選型

本工程供配水管道跨越溝道共計(jì)6 處，總跨越長(zhǎng)度約5391 m，其中水廠直供管道0+000～1+400 段沿五方河河道左右岸布置，李店干管0+150～3+875 段順五方河河道及I級(jí)階地布置，其余4 處均為橫跨溝道，配水管線跨溝統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 配水管道跨溝一覽表

根據(jù)管道跨越天然河道、沖溝時(shí)均設(shè)置立體交叉排洪建筑物，以保證洪水順暢通過(guò)，保護(hù)管道安全，可選擇的跨溝建筑物為渡管、填方涵管和倒虹吸［2]?？紤]到大部分管線布置高程較高，水頭充裕，跨溝建筑物選型需根據(jù)工程投資比較確定，在跨越小溝道且填方不超過(guò)10 m 時(shí)，采用渡管型式較經(jīng)濟(jì)；在跨越大溝道時(shí)采用管橋（跨度小于40 m）或倒虹吸型式，但管道在跨越較深的溝道采用渡管時(shí)支撐排架高度過(guò)高，工程投資偏大，一般情況下，支撐高度超過(guò)20 m 時(shí)，不宜再采用渡管形式，應(yīng)以倒虹吸型式穿越。渡管及橋式倒虹吸設(shè)計(jì)時(shí)，支撐墩不宜設(shè)置在主河（溝）道中心，應(yīng)盡量采用大跨度渡管或鋼桁架管橋，跨度可采用30 m～40 m，主溝道盡量以大跨度通過(guò)，兩側(cè)可采用短跨度連接。

從表1 可以看出，本工程配水管線在跨越賈家河、治平河、葫蘆河3 條河道時(shí)，跨度分別為163 m、134 m 和242 m，跨度均較大，均超過(guò)40 m，根據(jù)以上選型原則，確定本工程管線跨越賈家河、治平河、葫蘆河3 條河道處均采用倒虹吸式埋管方案。根據(jù)平面布置，西張梁支管在樁號(hào)2+158～2+172 段跨越楊家溝，跨度較小為14 m。對(duì)此處跨溝建筑物進(jìn)行渡管和倒虹吸式埋管兩種方案進(jìn)行比較，比較方案如下：

方案一：渡管方案

此方案西張梁支管在樁號(hào)2+158～2+172 段跨越楊家溝處采用渡管方案，渡管總長(zhǎng)20 m，管材采用φ114 聚氨脂保溫鋼管，共計(jì)3 跨，支墩高度4.73 m～4.84 m，采用現(xiàn)澆C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面尺寸500 mm×300 mm，底部設(shè)鋼筋砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋入河床3.5 m。

方案二：倒虹吸式埋管方案

此方案西張梁支管在樁號(hào)2+158～2+172 段跨越楊家溝處采用倒虹吸式埋管方案，管道長(zhǎng)度14 m，設(shè)計(jì)埋深2.5 m，采用鋼管，管道安裝后，對(duì)管道外包現(xiàn)澆C25 混凝土，呈矩形斷面，斷面尺寸900 mm×900 mm，外包混凝土兩側(cè)夯填砂礫石、頂部依次采用小塊石、大塊石、格賓籠塊石等防沖材料，上部采用原開(kāi)挖料回填。兩方案經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表2。

表2 西張梁支管跨楊家溝處建筑物選型經(jīng)濟(jì)比較表

經(jīng)計(jì)算，方案一直接工程投資約1.14 萬(wàn)元，方案二直接工程投資約9.16 萬(wàn)元，方案一較方案二投資省8.02 萬(wàn)元，結(jié)合以上選型原則綜合考慮，確定本工程西張梁支管跨越楊家溝處采用方案一。

2.2 跨溝、跨河管道管材選型

管材需進(jìn)行比較后使用，本工程供水流量均較小，管徑均在400 mm 及以下，管材選擇主要對(duì)鋼管、球墨鑄鐵管及聚氯乙烯管（PVC-U）、聚乙烯管（PE）等管材等進(jìn)行比較。結(jié)合本工程區(qū)的地質(zhì)地形條件，及本工程中大部分管道工作壓力情況，從管槽開(kāi)挖、管道的制造到在管槽內(nèi)安裝整個(gè)土建施工程序考慮以及工程安全運(yùn)行的要求、工程造價(jià)等綜合因素，對(duì)輸水壓力較大及跨溝跨河跨路的管段采用無(wú)縫鋼管和螺旋鋼管（管道壓力較大時(shí)，管道設(shè)計(jì)外徑大于300 mm 采用螺旋鋼管，管道設(shè)計(jì)外徑小于300 mm 采用無(wú)縫鋼管），管道鋼材為Q345B，其余均主要選擇PE100 型管材。

2.3 跨溝、跨河建筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)跨溝建筑物選型原則，西張梁支管在樁號(hào)2+158～2+172 段跨越楊家溝處采用渡管方案，其余8 處（包括水廠直供管道沿途跨河4 處）管道跨河段均采用倒虹吸式埋管方案，渡管設(shè)計(jì)參考方案比選，本次重點(diǎn)進(jìn)行倒虹吸式埋管設(shè)計(jì)。

為了防止管道或建筑物基礎(chǔ)受溝道水流及洪水的沖刷破壞，對(duì)跨溝段管道需進(jìn)行防護(hù)。

（1）管道跨溝段埋管沖刷深度計(jì)算

管道跨溝（河）處沖刷深度計(jì)算，計(jì)算方法采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中堤岸沖刷深度計(jì)算公式，對(duì)管道跨溝段均按P=5%設(shè)計(jì)洪水，進(jìn)行沖刷深度計(jì)算。根據(jù)管道跨溝各段所處溝（河）道縱坡、河寬，采用明渠均勻流公式計(jì)算出管道跨溝處溝(河)道在P=5%設(shè)計(jì)洪峰流量時(shí)的水深和流速，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 配水管道跨溝處溝道水力要素計(jì)算成果表

經(jīng)計(jì)算，管道跨溝（河）處泥沙起動(dòng)流速Uc及局部沖刷深度hs計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表4、表5。

表4 管道跨溝（河）處溝（河）道泥沙起動(dòng)流速Uc 計(jì)算成果表

表5 管道跨溝（河）處溝（河）道沖刷深度計(jì)算成果表

（2）設(shè)計(jì)埋深確定

已建工程經(jīng)驗(yàn)證明，管道埋深對(duì)于管道及工程的運(yùn)行安全至關(guān)重要，為了安全起見(jiàn)，根據(jù)前述沖刷深度計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合附近工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程管道埋深按設(shè)計(jì)埋深值確定為2.5 m～4.0 m，其中葫蘆河計(jì)算沖刷深度為3.41 m，管道跨河處設(shè)計(jì)埋深值確定4.0 m；其余幾處溝（河）道計(jì)算沖刷深度為0.11 m～-0.94 m，管道跨河處設(shè)計(jì)埋深值確定2.5 m。

（3）跨河（溝）處埋管防護(hù)措施

對(duì)于橫跨溝（河）道段埋設(shè)管道，設(shè)計(jì)均采用鋼管，管道設(shè)計(jì)埋深2.5 m～4.0 m。設(shè)計(jì)將跨溝段管槽開(kāi)挖后，巖石、砂礫石地基不做基礎(chǔ)處理，土基需進(jìn)行表面夯實(shí)，底部鋪設(shè)15 cm 厚現(xiàn)澆C15 砼墊層，將管道安裝后，管道外包現(xiàn)澆C25 鋼筋混凝土，呈矩形斷面，斷面尺寸900 mm×900 mm，外包混凝土兩側(cè)夯填砂礫石、頂部依次采用小塊石厚度1.0 m、大塊石厚度0.5 m、格賓籠塊石厚度0.5 m 等防沖材料，上部采用原開(kāi)挖料回填。

對(duì)于李店干管0+150 m～3+875 m 段，管道順五方河布置，管道防護(hù)設(shè)計(jì)采用管槽開(kāi)挖后底部鋪設(shè)15 cm 厚細(xì)沙墊層，將管道安裝后，兩側(cè)夯填砂礫石、頂部也及上部回填同上。

對(duì)于李店干管及水廠直供管道0+577～0+713、0+825～1+014 段局部臨河側(cè)布置的管道，設(shè)計(jì)將跨溝段管槽開(kāi)挖后，巖石、砂礫石地基不做基礎(chǔ)處理，土基需進(jìn)行表面夯實(shí)，底部鋪設(shè)15 cm 厚細(xì)沙墊層，其它處理方法同上。

3 跨路建筑物設(shè)計(jì)施工

根據(jù)輸水線路總體布置，本工程管道局部地段跨越省、縣、鄉(xiāng)、村等各級(jí)公路，其中水廠直供管線跨越鄉(xiāng)道1 處，配水管道跨越省、縣、鄉(xiāng)三級(jí)公路共37 處，其中跨越縣級(jí)及以上等級(jí)公路19 處，跨越鄉(xiāng)級(jí)及以下等級(jí)公路18 處。

管道跨越公路時(shí)，跨路建筑物選型需根據(jù)跨越公路等級(jí)、車流量等因素比較確定，當(dāng)管線與縣級(jí)及以上等級(jí)公路相交時(shí)，由于車流量較大，一般采用頂管法施工；當(dāng)管線與鄉(xiāng)級(jí)及以下等級(jí)公路相交時(shí)，一般將公路臨時(shí)局部改線，采用明挖施工，施工完成后對(duì)公路恢復(fù)原狀。管道跨越公路段管材全部采用鋼管，采用明挖施工的管線基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)處理，對(duì)管道采用現(xiàn)澆C25 鋼筋混凝土外包，呈矩形斷面，斷面尺寸900 mm×900 mm；管道地基為巖石、砂礫石地基時(shí)不做基礎(chǔ)處理，土基需進(jìn)行表面夯實(shí)后底部換填30 cm 厚10%水泥土墊層，表層采用原開(kāi)挖料回填并根據(jù)原路面標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原路面進(jìn)行恢復(fù)。

4 結(jié)論及建議

小岔溝工程在供配水道路布置時(shí)，不可避免的要跨越溝、跨河以及公路等建筑物，在設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮安全，又要權(quán)衡工程投資，因此在設(shè)計(jì)中要做好跨溝（河）、跨路的選型設(shè)計(jì)，在施工中按相關(guān)要求做好保護(hù)措施，如管道保護(hù)、河道防護(hù)、道路恢復(fù)、強(qiáng)化地基處理等，工程于2018年完工，現(xiàn)運(yùn)行良好，效益顯著。