淺析輸水倒虹吸工程的施工方法

王俊元

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

1 倒虹吸的概念及工作原理

倒虹吸是一種輸水管形式，是在管線與道路、河流發(fā)生交叉或在渠道穿越山谷與河溝時(shí)常采用的一種相交水工建筑物。當(dāng)管線與道路、河溝接近相交，處于水平面十字或斜角交叉時(shí)，需要修一座建筑物，使水從道路或者河溝上方、下方穿過(guò)，此建筑物就是倒虹吸。倒虹吸一般有箱形和圓形兩種形式。與虹吸管一樣，它在立面上呈弓形，不同的是，其弓彎向下。雖然倒虹吸管和虹吸管的輸水原理相同，即都借助于上下游的水位差，但倒虹吸在開(kāi)始工作時(shí)不需人為制造管中的真空，因而更為普及。

2 倒虹吸管道的構(gòu)造和作用

倒虹吸管有豎井式、斜管式、曲線式和橋式等，主要由管身和進(jìn)、出口段3 部分組成。

倒虹吸管分為3 個(gè)部分。進(jìn)口段：包括漸變大小段、攔污格柵、開(kāi)關(guān)閘門(mén)等。當(dāng)水流中含沙量比較大時(shí)還要加設(shè)沉淀泥沙池。管身：橫截?cái)嗝嬉话銥閳A形，也可用矩形，可埋設(shè)在地底下，也可敷設(shè)于地面。當(dāng)?shù)购缥艿罊M跨山谷和河溝時(shí)，需在深溝地方建設(shè)鋼桁架或托管橋，在建筑物上方鋪設(shè)倒虹吸管道過(guò)河溝或山溝。倒虹吸管道在鋼桁架或托管橋兩端山坡轉(zhuǎn)彎的地方設(shè)一鎮(zhèn)墩加強(qiáng)倒虹吸管道的穩(wěn)定性，并于其最低端開(kāi)設(shè)放空沖沙孔。進(jìn)出口兩岸管道仍沿地面鋪設(shè)。這種類型的倒虹吸管又稱作為橋式倒虹吸管。出口段：設(shè)消力池，并與下游平順連接。倒虹吸的作用就是在管線或者渠道遇到山溝或河溝時(shí)，減少經(jīng)濟(jì)投資和降低施工難度。

3 倒虹吸工序的施工技術(shù)

3.1 土方開(kāi)挖施工方法

3.1.1 測(cè)量放樣 開(kāi)挖前按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行原始地形的測(cè)量放樣，明確施工范圍、開(kāi)挖輪廓線、建筑物的建基面高程、樁號(hào)等。在開(kāi)挖過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)條件隨時(shí)測(cè)量開(kāi)挖邊坡的坡比和平整度，以便出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整。

3.1.2 開(kāi)挖作業(yè) 開(kāi)挖建筑物基礎(chǔ)是從上到下分層分段依次進(jìn)行，根據(jù)地質(zhì)條件合理的安排開(kāi)挖段長(zhǎng)度、開(kāi)挖方式。開(kāi)挖需采取縱向分段、分層進(jìn)行；橫向根據(jù)具體情況采用全斷面開(kāi)挖，或分臺(tái)階開(kāi)挖。開(kāi)挖同時(shí)要經(jīng)常檢查中軸線和高程，以保證開(kāi)挖邊坡符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

機(jī)械開(kāi)挖的同時(shí)輔以人工配合，特別是建基面以上30 cm 的土層以人工開(kāi)挖為主，以減少超挖，保持基坑地土體的原狀結(jié)構(gòu)。開(kāi)挖至基礎(chǔ)建基面高程后，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行檢查，根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到承載力容許值后，立即進(jìn)行鋪設(shè)夯實(shí)砂礫墊層或者三七灰土，澆筑混凝土基礎(chǔ)，減少基地暴露時(shí)間。

3.2 鋼筋混凝土工程的施工方法

3.2.1 鋼筋的加工與安裝 根據(jù)施工圖紙中的鋼筋列表和鋼筋斷面配筋圖進(jìn)行加工、制作建筑物所需的鋼筋，鋼筋的加工及制作質(zhì)量必須符合建筑物的設(shè)計(jì)要求和規(guī)范。鋼筋在加工彎頭時(shí)要采用符合設(shè)計(jì)要求及規(guī)范的機(jī)械設(shè)備來(lái)彎鉤，鋼筋的接頭要用在本工程內(nèi)設(shè)計(jì)圖紙要求的工藝以及規(guī)范的規(guī)定下進(jìn)行連接，焊接時(shí)接頭處不能有橫向裂紋，無(wú)明顯燒傷，軸線在同一條直線上。

鋼筋安裝前，應(yīng)先在混凝土墊層上測(cè)量布置鋼筋的位置，并做好標(biāo)記，按標(biāo)記位置擺放鋼筋，依次綁扎下層鋼筋網(wǎng)、上層鋼筋網(wǎng)、端頭鋼筋以及墻體立筋，上下鋼筋網(wǎng)片通過(guò)架立筋支撐、連接。

鋼筋綁扎時(shí)，要求做到綁扎牢固，橫平豎直，間距均勻。雙向受力的鋼筋，必須將鋼筋交叉點(diǎn)全部綁扎，如采用一面順扣應(yīng)交叉變換方向，或采用八字扣的方式進(jìn)行綁扎，保證鋼筋不產(chǎn)生位移。

為了保證混凝土保護(hù)層的厚度，在鋼筋與模板之間設(shè)置強(qiáng)度不低于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的混凝土墊塊，綁扎固定在鋼筋上，保證鋼筋與模板之間的保護(hù)層厚度。

3.2.2 模板安裝 模板要以鋼模型板為主，鋼模型板及其支撐的腳手架桿應(yīng)具有足夠的承載能力、剛性度和穩(wěn)定能力，能夠滿足該建筑物的承受澆筑混凝土的重量、側(cè)壓力及施工時(shí)的荷載能力；要保證工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的各部分形狀尺寸符合要求，安裝位置正確；模板的拼（接）縫應(yīng)嚴(yán)密，不得漏漿。模板內(nèi)側(cè)應(yīng)涂刷脫模劑，以保證混凝土外觀不受損壞。

3.2.3 混凝土澆筑 混凝土澆筑前對(duì)支撐架、鋼模板、鋼筋、預(yù)埋螺栓件以及管軸高程到該澆筑面的高程進(jìn)行核查，倒虹吸軸線符合該工程設(shè)計(jì)要求并辦理開(kāi)倉(cāng)澆筑手續(xù)后方可澆筑。建筑前倉(cāng)面內(nèi)的雜物垃圾、施工積水和鋼筋上的油污、污垢必須清理干凈，澆筑混凝土前一定要檢查混凝土的均勻性和坍落度。

3.2.4 混凝土入倉(cāng)布料需要控制的技術(shù)問(wèn)題 第一，澆筑部位處于斜坡時(shí)，入倉(cāng)布料要先從最低處澆筑，順坡流動(dòng)混凝土或者用振搗順坡滑動(dòng)混凝土，容易造成骨料分離。第二，澆筑倒角部位混凝土，首先澆筑底部大面混凝土，再澆筑倒角的混凝土。進(jìn)入倒角后每次入倉(cāng)布料不宜過(guò)厚，以15 cm 厚度比較適宜，在振搗時(shí)宜將混凝土中的氣泡排除。第三，倒虹吸混凝土要分層澆筑，每層混凝土的澆筑厚度宜為40 cm，澆筑面要大致平整，每層布料不宜過(guò)厚，以免每層澆筑方量過(guò)大，占用時(shí)間長(zhǎng)，造成上一層澆筑時(shí)，混凝土面已經(jīng)初凝或終凝，形成施工冷縫。第四，澆筑到水平止水帶位置的時(shí)候，混凝土的布料方式與振搗結(jié)果，直接影響倒虹吸混凝土的止水效果，需要特殊控制，應(yīng)慢布料，勤振搗。首先將止水帶下部混凝土澆筑密實(shí)，再往上澆筑混凝土。

3.2.5 混凝土密實(shí)度的控制 第一，振搗棒各插點(diǎn)間距要均勻，振搗棒各插點(diǎn)間距控制在30 cm 以內(nèi)，振搗棒上提時(shí)必須慢拔。平面插入點(diǎn)應(yīng)以梅花點(diǎn)的形式插入，插到下層混凝土10 cm 左右，使上下層結(jié)合緊密。第二，振搗棒在混凝土內(nèi)振搗時(shí)間，每插點(diǎn)控制在30 s 左右，使混凝土不再有明顯的下沉現(xiàn)象，不再出現(xiàn)氣泡翻出。第三，振搗底板倒角時(shí)，應(yīng)將振搗棒斜向插入混凝土振搗。止水帶附近根據(jù)止水帶位置，使振搗棒直插、斜插止水帶底部或止水帶中間，但不得碰撞止水帶。第四，振搗棒避免碰到鋼筋、模板等，更不得采取振搗棒振動(dòng)鋼筋的方法來(lái)促使混凝土密實(shí)。

3.2.6 混凝土的養(yǎng)護(hù) 混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)覆蓋土工布或包裹薄膜，面層凝固后，應(yīng)立即灑水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面經(jīng)常保持濕潤(rùn)狀態(tài)。當(dāng)氣溫降到0 ℃以下，齡期少于7 d 的混凝土應(yīng)覆蓋合格的材料做臨時(shí)保護(hù)，混凝土在澆筑完成后達(dá)到養(yǎng)護(hù)條件時(shí)開(kāi)始養(yǎng)護(hù)，在天氣炎熱或者干燥的氣候條件下要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 倒虹吸周圍填筑施工方法

4.1 填料的含水率調(diào)整

在現(xiàn)場(chǎng)要經(jīng)常檢測(cè)填料的含水率，使其控制在最佳含水率附近。一旦含水率超過(guò)規(guī)范要求，就需要翻曬降低含水率。當(dāng)土料的含水率低于要求的含水率時(shí)，應(yīng)曬水悶料。使填料的含水率達(dá)到最佳含水率。

4.2 攤鋪平整

填料應(yīng)分層分段進(jìn)行，攤鋪前應(yīng)使用儀器放樣出攤鋪所需要的控制邊線和控制高程，控制邊線考慮每側(cè)超填30 cm 左右，攤鋪厚度根據(jù)設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)確定。

4.3 碾壓

采用自動(dòng)行走振動(dòng)平碾，對(duì)于大型平碾無(wú)法施工的邊角部位，采用小型手扶沖擊夯或平板振動(dòng)夯進(jìn)行夯實(shí)。對(duì)于基礎(chǔ)底部倉(cāng)面較寬的施工部位，采用進(jìn)退錯(cuò)開(kāi)搭接的方法進(jìn)行碾壓；對(duì)于頂部寬度較小的部位，采用沖擊夯搭接法進(jìn)行碾壓，振動(dòng)碾平行于渠道方向行走，碾壓遍數(shù)、碾壓速度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，施工時(shí)應(yīng)分段分層碾壓，相鄰作業(yè)面的搭接寬度不少于50 cm，振動(dòng)碾的行車速度一般為2 km/h。

4.4 結(jié)合面的處理

在結(jié)合的坡面上，將表面松軟的土層清除至以壓實(shí)合格的土層為止，坡面必須經(jīng)過(guò)刨毛處理，并將含水率控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，然后繼續(xù)鋪填壓實(shí)。結(jié)合面的處理采用人工輔助推土機(jī)進(jìn)行。

分段間有高差的連接，以臺(tái)階的方式進(jìn)行連接。坡地緩于1∶5 時(shí)，隨填筑面上升進(jìn)行削坡，削坡合格后，控制好結(jié)合面土料的含水率，邊刨毛、邊鋪土、邊壓實(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

倒虹吸工程施工的規(guī)范性、科學(xué)性，能夠保障倒虹吸工程安全有效的運(yùn)行。因此，應(yīng)重視倒虹吸工程施工的研究，以提升倒虹吸工程的應(yīng)用價(jià)值。