淺析引洮工程倒虹吸管道管槽施工技術(shù)要點(diǎn)

董學(xué)峰

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

倒虹吸主要用于水利工程中，它是在渠道與道路，河流發(fā)生交叉或在渠道穿越山谷時經(jīng)常采用的一種立交水工建筑物，其應(yīng)用水平高低關(guān)乎到水利工程能否良好應(yīng)用。倒虹吸的管槽施工是整個工程的基礎(chǔ)，在施工過程中，既需要保證其安全、穩(wěn)定、高效，還需要綜合考慮環(huán)保、排水等因素，以達(dá)到節(jié)約工程建設(shè)的成本和保證工程建設(shè)質(zhì)量的目的。本文結(jié)合案例工程，分析水利工程中倒虹吸管槽的施工方案和技術(shù)要點(diǎn)，為類似工程提供參考。

1 工程概況

引洮供水二期工程施工第63標(biāo)，主要施工內(nèi)容為八干渠42+359.95~61+307.32段，該工程包括4座倒虹吸，以管道為主，其中4#倒虹吸長2188.10m（不含15#隧洞長569.57m），5#倒虹吸長1075.59m，6#倒虹吸長296.02m，7#倒虹吸長556.09m，總長4115.80m（不含各倒虹吸所含退水渠），管徑DN1000mm，該段設(shè)計(jì)流量1.7m/s，加大流量2.0m/s，管道以鋼管為主。

4#剛坪倒虹吸，表層馬蘭黃土，厚度8～10m，濕陷性中等~強(qiáng)烈，下部為黃土狀土（雜色土為主），厚度大于50m，無濕陷性。臨沖溝側(cè)邊坡在雨季易滑塌，邊坡不穩(wěn)定。

5#老堡子河倒虹吸現(xiàn)狀為臺階耕地，邊坡穩(wěn)定，表層為馬蘭黃土，厚約15~22m，濕陷性強(qiáng)烈，屬自重濕陷場地，濕陷等級為IV級（很嚴(yán)重）。其下為黃土狀土，無濕陷性。下伏砂質(zhì)泥巖，屬軟巖。

6#倒虹吸邊坡穩(wěn)定，表層馬蘭黃土，厚15~25m，具中～高壓縮性，濕陷性中等～強(qiáng)烈，屬自重濕陷性場地，濕陷等級為IV級（很嚴(yán)重）。其下為黃土狀土（雜色土），具低壓縮性，無濕陷性。下伏基巖砂質(zhì)泥巖，產(chǎn)狀水平，屬軟巖。

7#倒虹吸地勢平坦，現(xiàn)為耕地，階地前緣自然坡度52°，邊坡穩(wěn)定，表層為洪積黃土狀土，厚42m，具高壓縮性，濕陷性輕微～中等。下部洪積砂礫石厚度3～4m，地下水埋深40～42m。地下水對混凝土具有硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕，對鋼結(jié)構(gòu)中等腐蝕。下伏基巖砂質(zhì)泥巖，產(chǎn)狀水平。

2 管槽基礎(chǔ)開挖

2.1 開挖方法及施工工序

根據(jù)設(shè)計(jì)文件管道段地質(zhì)條件描述，結(jié)合已審批的施工方案，該工程管道段基礎(chǔ)開挖分為土方開挖及石方開挖。土方采用PC220挖掘機(jī)開挖，在開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高上20cm處用人工采用洋鎬、鐵锨等進(jìn)行清底，以免擾動基底；石方采用PC220挖掘機(jī)配合破碎錘自上而下開挖為主，當(dāng)方量較大且破碎錘無法施工時，采用淺孔爆破[1]。

由于倒虹吸位置不同，在轉(zhuǎn)換工序的過程中，臨時停挖面應(yīng)不陡于設(shè)計(jì)的坡，并順自然邊坡開挖臨時排水溝，以便及時排除滲水和降雨積水，確保邊坡的穩(wěn)定。

削坡采用液壓反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行，施工時留有20m修坡余量，再利用人工進(jìn)行修整，直至滿足施工圖紙和規(guī)范要求的坡度和平整度。

施工工序如圖1所示。

圖1 溝槽開挖施工工序

2.2 施工注意事項(xiàng)

（1）土方開挖時順地形自上而下開挖，過程中嚴(yán)禁掏槽開挖；

（2）施工中發(fā)現(xiàn)土層性質(zhì)有變化時，及時匯報(bào)現(xiàn)場監(jiān)理和地質(zhì)工程師，重新修改并確定施工方案；

（3）在耕地范圍內(nèi)開挖，應(yīng)盡早選擇棄土位置，上報(bào)監(jiān)理和業(yè)主提前開展征地工作；

（4）開挖過程中要嚴(yán)格控制軸線、高程、樁號坡度等；

（5）開挖過程中采用排水明溝與集水坑相結(jié)合，要保證雨水順利排出，同時避免積水；

（6）坡面修整應(yīng)進(jìn)行人工掛線修坡，確保邊坡整齊、美觀，且滿足設(shè)計(jì)要求。

3 管槽基礎(chǔ)處理

引洮供水二期工程施工第63標(biāo)管槽基礎(chǔ)處理主要包括原土翻夯和10%水泥土墊層。

3.1 原土翻夯

3.1.1 原土翻夯前的準(zhǔn)備工作[2]

（1）原土翻夯前，應(yīng)對擬采用的夯填料進(jìn)行處理，清除腐殖土、草根、樹皮等雜物,夯填料經(jīng)監(jiān)理現(xiàn)場認(rèn)可后，提交實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤擊實(shí)試驗(yàn)，以確定擊實(shí)參數(shù)。

（2）填筑前，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室出具的《土工擊實(shí)試驗(yàn)》做現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，并將試驗(yàn)報(bào)告報(bào)送監(jiān)理工程師審批。

（3）填筑前，對填筑部位的平面尺寸、標(biāo)高、平整度等進(jìn)行驗(yàn)收，同時進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，承載力經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工四方聯(lián)合驗(yàn)收合格后才能開始原土翻夯填筑。

3.1.2 原土翻夯填筑施工

施工采取分層分段流水作業(yè)，原土翻夯一般滯后于開挖工程50～100m 施工，并根據(jù)現(xiàn)場情況穿插于開挖與其他工程施工中進(jìn)行。當(dāng)一個工作單元鋪料完成后即可進(jìn)行另一個工作單元施工，兩個相鄰工作單元保持平衡的上升和循環(huán)。填筑材料上下層的結(jié)合層應(yīng)無砂礫、雜物，表層松散，含水量均勻，無積水。

3.1.3 碾壓

原土翻夯填筑碾壓時嚴(yán)格按照監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的《現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)報(bào)告》中的碾壓參數(shù)控制施工，若發(fā)現(xiàn)土料過干，需進(jìn)行適當(dāng)灑水；如土料過濕，則需對土料進(jìn)行晾曬，在碾壓過程中出現(xiàn)大面積“彈簧”現(xiàn)象，必須進(jìn)行換料處理。根據(jù)前期試驗(yàn)控制好鋪料厚度，碾壓遍數(shù)、填筑料最佳含水量、行駛速度，以確保施工質(zhì)量。

管槽開挖現(xiàn)場如圖2所示。原土翻夯碾壓施工現(xiàn)場如圖3所示。

圖2 管槽開挖現(xiàn)場

圖3 原土翻夯碾壓施工

3.1.4 現(xiàn)場質(zhì)量檢測

黏性土采用環(huán)刀法，砂礫土采用挖坑灌砂法進(jìn)行檢測，檢測頻率須符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.1.5 土料填筑時應(yīng)注意的問題

（1）鋪料時，應(yīng)避免產(chǎn)生礫石集中而形成土體架空現(xiàn)象，對于超大徑石應(yīng)予以剔除。

（2）壓實(shí)機(jī)具的行駛方向以及鋪料方向應(yīng)平行于軸線。

（3）土料按順序施工，下層土料施工完成后須經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格才能進(jìn)行上一層土料的鋪筑。若上一填土層不合格時，應(yīng)進(jìn)行返工處理直至合格。

（4）嚴(yán)格控制層間光面、彈簧土、漏壓或無壓、裂縫等現(xiàn)象。

（5）嚴(yán)格控制填筑含水量，控制范圍在最優(yōu)含水量的-2%~3%之間。

3.1.6 碾壓試驗(yàn)

為確保工程填筑施工質(zhì)量，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的條件下，通過對填筑材料進(jìn)行碾壓試驗(yàn)確定一個最優(yōu)的碾壓參數(shù)，該參數(shù)需既滿足設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，又便于高效、快速施工，并以此參數(shù)檢驗(yàn)和控制填筑施工質(zhì)量，獲得最好的壓實(shí)效果。

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備。試驗(yàn)場地規(guī)劃平整；水平碾壓試驗(yàn)需進(jìn)行基底平整并壓實(shí)，基底壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。斜坡碾壓試驗(yàn)需進(jìn)行坡面平整。

（2）碾壓試驗(yàn)內(nèi)容及項(xiàng)目。試驗(yàn)內(nèi)容：土料場的土料，不同壓實(shí)設(shè)備的壓實(shí)遍數(shù)試驗(yàn)。具體試驗(yàn)項(xiàng)目：鋪料厚度試驗(yàn)；沉陷試驗(yàn)；干容重試驗(yàn)；最優(yōu)含水量試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等。

（3）試驗(yàn)結(jié)果。碾壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括比重、濕密度、干密度、孔隙率、沉降率、顆粒級配滲透系數(shù)。試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括準(zhǔn)備階段、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果，并確定碾壓參數(shù)和施工控制要求。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工條件和試驗(yàn)結(jié)果對試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修正，以保證工程質(zhì)量。

3.2 10%水泥土夯填

原土夯填完成后，即可進(jìn)行水泥土墊層施工。

3.2.1 施工生產(chǎn)準(zhǔn)備

（1）土料的檢測及制備。土料采用天然狀態(tài)粉質(zhì)黏土，且不含雜質(zhì)。其顆粒粒徑不大于15mm，膨脹率應(yīng)小于20%。在水泥土施工之前，首先通過試驗(yàn)確定土料的物理指標(biāo)參數(shù)，包括黏粒含量、塑性指標(biāo)、天然含水率，常規(guī)堆積密度（自然密度）等，根據(jù)各種物理指標(biāo)確定標(biāo)準(zhǔn)水泥摻量、最大干密度及最佳含水率，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室確定的土料最佳含水率現(xiàn)場確定取料場，并在便于運(yùn)輸?shù)牟课粋淞希瑐淞贤梁室话阋源笥诎韬狭献罴押?%~5%為宜。

（2）水泥的選用及試驗(yàn)。施工前對選用的水泥取樣送檢，對其安定性、初終凝時間、強(qiáng)度等物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)場使用。

（3）現(xiàn)場施工工藝試驗(yàn)。在正式鋪筑施工前必須按照擬定的施工方法、機(jī)械組合方式進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)段鋪筑、確定合理的施工參數(shù)，并驗(yàn)證水泥土是否能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求和進(jìn)度要求，如果不滿足設(shè)計(jì)和進(jìn)度要求，及時調(diào)整施工方法和機(jī)械組合。

3.2.2 工藝流程

10%水泥土夯填的工藝流程如圖4所示。

圖4 水泥土夯填施工流程

（1）基底施工前應(yīng)清理表面的腐土和雜物。含水率的控制與原土翻夯控制相同。

（2）第一層放出控制邊線，根據(jù)試驗(yàn)確定，每層按300mm回填。

（3）土的運(yùn)輸和鋪填土料：用反鏟挖掘機(jī)將前期開挖堆土倒入已測定的回填土（填土?xí)r必須將土中植物根系和不適合回填的土料清除），鏟車配合將填土大體推平，推平厚度保持在24cm左右。

（4）整平：對鋪好的土料進(jìn)行初步找平，使其表面平整，厚度均勻。

（5）鋪攤水泥和拌合：鋪攤前計(jì)算好水泥用量，然后用拌合機(jī)旋拌均勻。

（6）碾壓：嚴(yán)格按照已批準(zhǔn)的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行碾壓施工，控制好遍數(shù)、含水量、機(jī)械行駛速度，以確保施工質(zhì)量，保證達(dá)到設(shè)計(jì)干密度，并平整。

（7）養(yǎng)護(hù)：水泥土碾壓完成后，禁止重型設(shè)備在其上行走或工作，并應(yīng)及時采取灑水或覆蓋養(yǎng)護(hù)。

3.2.3 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及含水量

水泥土壓實(shí)度不得低于設(shè)計(jì)要求，所用土料含水率應(yīng)高出水泥土最優(yōu)含水率3%～5%，加10%水泥經(jīng)充分拌合后，水泥土混合料的含水率在控制范圍內(nèi)。

3.2.4 現(xiàn)場質(zhì)量檢測

水泥土填筑質(zhì)量按現(xiàn)行有關(guān)施工規(guī)范、規(guī)程的要求執(zhí)行，施工完成后，質(zhì)檢人員應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，逐層進(jìn)行取樣檢測，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一填筑層的鋪筑。

4 其他方面

4.1 施工期排水設(shè)施設(shè)置[3]

開挖施工中，根據(jù)施工現(xiàn)場地下滲流、地形、地貌和地質(zhì)條件設(shè)置臨時排水系統(tǒng)。

（1）整個施工過程中要保證開挖邊坡的穩(wěn)定，設(shè)立必要的臨時排水溝，及時排除雨水及地面積水等；

（2）邊坡頂部開挖截水溝，其主要作用是將雨水匯流導(dǎo)入排水溝及時排走，以免雨水順坡沖刷已經(jīng)開挖好的坡面；

（3）跨越河道時，若地下水豐富可采用打深井降水措施，創(chuàng)造干地施工條件。

4.2 特殊情況下的預(yù)防措施

因?yàn)檫吰螺^長時間暴露，影響因素較多，有可能會出現(xiàn)一些特殊情況，對于邊坡的變形情況加強(qiáng)觀察，主要觀察周圍土質(zhì)的水平移動與沉降，認(rèn)真做好記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即采取相應(yīng)措施。

4.3 雨季施工

（1）提前安排計(jì)劃，集中勞動力分段突擊，完成一段再開一段，切忌在全線大挖大填；

（2）基坑周圍要防止下雨時地表水流入基坑，按原地面排水系統(tǒng)作好臨時排水溝，使施工地段能及時排除積水；

（3）基坑內(nèi)要設(shè)置排水溝、集水坑及水泵，以便及時將積水排除；

（4）交通管制，在倒虹吸完工之前，雨季期間嚴(yán)禁車輛在基坑周圍5m范圍內(nèi)路基面上通行；

（5）做好洪澇災(zāi)害的防范工作，特別是6～8 月份，工程所在地雨量集中，易形成短時間的洪澇災(zāi)害。

4.4 環(huán)境保護(hù)

（1）該工程部分倒虹吸在耕地范圍內(nèi)作業(yè)，因此在做好臨時排水工作的同時，還應(yīng)做好改水工作，以免影響到農(nóng)用灌溉。

（2）建設(shè)文明工地：材料堆放整齊，對水泥等材料進(jìn)行苫蓋；垃圾和廢棄物要及時清理。

（3）在施工場地布置“六牌一圖”，禁止非施工人員進(jìn)入。

（4）合理優(yōu)化工程施工，盡量減少或避免占用耕地。臨時用地使用完成后，應(yīng)及時組織復(fù)墾，恢復(fù)原土地使用現(xiàn)狀。

（5）施工過程中盡量不破壞原有植被，保護(hù)自然環(huán)境。

5 工程施工資源配置

該工程的勞動力配置見表1所示， 施工機(jī)械配置見表2所示。

表1 施工勞動力配置表（兩班制作業(yè)）

表2 施工機(jī)械設(shè)備配置情況

6 結(jié)束語

綜上所述，倒虹吸工程的管槽施工過程中，應(yīng)重點(diǎn)根據(jù)地形地貌、所在地的水文特征、地質(zhì)情況、工程占地等施工條件，綜合各方面因素考慮，合理配置人員和施工設(shè)備，有效利用資源，有目的、有序地展開施工作業(yè)，保證工程進(jìn)度以及施工質(zhì)量，為高質(zhì)高效地建成水利工程創(chuàng)造條件。