北疆克孜加爾水利樞紐工程倒虹吸施工質量控制探討

陳 亮

（新疆額河建管局 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

克孜加爾水利樞紐工程是北疆牧區草原生態建設工程，是開發臺地土地資源、建立飼草料基地、實現草原生態置換和牧民定居的水源工程。同時兼顧發電等，為綜合利用的水利樞紐工程。倒虹吸工程為引水系統關鍵組成部分，由進口段、管道及附屬建筑物和出口段三部分組成。總長度2029.5m，其中管道段長1898m。倒虹吸設計流量18m3/s,采用單管埋地式布置，管道段最大靜水頭約0.46MPa，管道壓力等級分為PN0.4和0.6MPa兩種。倒虹吸進出口水位差3.5m，采用自壓重力流形式輸水。

2 工程地質條件

倒虹吸進口位于基巖山區，巖性為花崗片麻巖，巖體強風化層為3m～5m，弱風化層為3m～6m；附近發育科沙哈拉斷裂，破碎帶寬約50m～60m,為活動性斷裂。倒虹吸前段位于山前沖洪積斜坡上，巖性上部為第四系殘積低液限粉土，厚度0.5m～1.0m和粉土質礫厚度6m～9m，結構較密實。下伏為第三系砂巖、泥巖、砂質泥巖，半膠結，成巖作用差。倒虹吸中段位于臺地前緣沖洪溝內，地表出露地層為耕植土，厚度1m左右，礫質土3m～4m，有1m左右的沖積砂礫石，下伏地層為第三系泥巖、砂巖。最低洼處地下水埋深11.5m，對倒虹吸管線無影響。倒虹吸末段位于640臺地北緣斜坡上，地表出露地層為第四系坡積粉土質砂，坡積層厚度為0.5m～1.0m,下伏地層為第三系的砂巖、泥巖等。該段挖方深度5m～6m，無地下水干擾。倒虹吸出口段位于640臺地上，地表出露地層為低液限粉土，厚度為0.6m左右，下伏地層為第三系的砂礫巖、砂巖、泥巖等。倒虹吸中段往后巖土層中SO42-對混凝土結構為中等腐蝕；Cl-對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有中等腐蝕性。局部泥巖、砂質泥巖基礎有膨脹性。

3 設計概況

據地形條件管道沿線平面上為直線布置，縱向有9個拐點處設有砼鎮墩。其中9個拐點鎮墩中的1＃和9＃鎮墩土建部分與倒虹吸進出口結合為整體結構，鎮墩內預埋的鋼制管件與主玻璃鋼管道連接。玻璃鋼管道內徑2900mm，標準管件單節長度為12m，壁厚56mm～58mm，全線共158節。

管溝斷面型式為：開挖底寬5m，邊坡1∶1，管溝底部鋪設0.3m厚砂礫石墊層，管頂回填設計厚度2m，管溝覆平至原地面回填厚度1m～3m，管頂覆土總厚度小于等于5m。

管溝采用分區回填，分為管腔區首次回填、管腔區二次回填、管頂回填和管溝覆平回填等。

4 施工方法

4.1 倒虹吸施工流程

倒虹吸施工基本流程為：放線定位→管溝開挖→鋼制連接安裝及砼鎮墩澆筑→墊層鋪設→管道安裝→管溝回填→水壓試驗。由于其余施工較為常見，下面只重點介紹管道安裝和管溝回填施工。

4.2 管道安裝

先進行管底高程測量，放管中心線，挖好承插槽然后人工配合兩臺25t吊車緩慢下管，用潔凈毛巾對管口進行清理，然后在插口和橡膠圈上涂抹植物油，在吊車配合下在管身兩側用兩個5t鉸鏈將插口拉進承口內，最后人工調整管道軸線，用手動打壓泵對連接好的管道接口進行接口小壓試驗。小壓試驗合格后對管道進行固定、做管道定位測量、做豎向徑向撓曲值測量。

4.3 管溝回填

回填工藝流程：碾壓試驗→土料開采、篩分→自卸車運土→卸土→裝載機下料→人工攤鋪、整平→夯實→檢測報驗→合格后進入下一循環。

（1）土方填筑碾壓試驗

在土方回填過程中，壓實是控制工程施工質量的關鍵工序。施工前必須進行碾壓試驗，以便確定最為合適的碾壓參數，取得最優的壓實效果。確定適宜、經濟的施工壓實參數，如碾壓速度、碾壓遍數、加水量等，研究和完善填筑的施工工藝和措施，并制定了填筑施工的實施細則。

（2）土料開采運輸

由C5料場采用210型挖掘機挖土，將取料場表層腐殖土和含鹽土層挖除后采用挖掘機挖裝，20T自卸車運輸至篩分地點。由3YK1854振動篩篩分好后用20T自卸車運輸至管道回填區。

（3）卸土

自卸車將篩分料運至現場后由專人指揮卸料，不得隨意堆放，堆料必須保證施工通道的預留，嚴禁直接將篩分料直接卸入回填區。

（4）下料

管道安裝試壓完成后即進行管道的土方回填工作，回填土料由小裝載機鏟運至基坑內，下料時應緊貼溝壁向下滑料，嚴禁將料直接向基槽內翻倒，以防止對管道的沖擊，造成管道的位移。

（5）攤鋪、整平

人工采用鐵锨平土，必要時制作專用平土工具配合進行，鋪土時注意控制虛鋪的厚度及平整度。

（6）碾壓夯實

大面積采用小型0.8t碾壓機械夯實，腋下及管道周圍50cm內必須用人工夯實，人工夯實采用木夯。小木夯重約10kg,大木夯重40kg。夯打時應一夯壓半夯，全面夯實。木夯落距為0.4m～0.5m。每層回填土應夯實3遍～4遍。

（7）報驗檢測

當一層的回填土完成夯實工作后，施工班組先進行自檢合格后報項目部質檢員驗收，項目質檢員在組織試驗員進行干容重試驗，并對平整度進行檢查，均合格后報監理部申請驗收，經監理驗收合格后方可進入下一循環。

5 質量控制

5.1 管道安裝質量控制

（1）安裝好的接口應環向間隙均勻一致，接口接轉角度不大于0.5°。

（2）玻璃鋼管長軸線直，無明顯偏斜，管道的偏移量不大于78mm。

（3）插口應插在插口標志線的位置。

（4）管道安裝時，攝氏溫度在-5℃～50℃之間，單管最大伸縮量不超過20mm。

5.2 管溝回填質量控制

（1）管底墊層及管腔區回填料均采用倒虹吸出口處臺地C5料場開采篩分的砂礫料回填，粒徑不大于25mm；其余采用開挖料回填。

（2）管道及其附屬設備安裝經驗收后及時回填，一旦開始回填，要盡快完成，不允許將已完成的管道長期外露。炎熱夏天或晝夜溫差較大的情況下，回填當在氣溫較低的時候進行。

（3）回填時，管腔部分對稱分層回填并夯實，不得使管道發生位移和損傷，每層填土虛鋪厚度應小于250mm。

（4）管區的夯實從溝槽壁兩側同時開始，逐漸向管道靠近，嚴禁單側夯實。管頂的夯實應達到要求的密實度。管區回填料的壓實度為95%。夯實時要夯夯相聯，采用機械碾壓時，重疊的寬度大于200mm，分層回填時相鄰段成梯形搭接，不得漏夯。

（5）回填夯實試驗取樣由試驗工程師根據需要確定，一般每層長度50m范圍內做一次密實度試驗。

（6）安裝后的管道一般情況下允許的初始撓曲值為2%～3%，長期撓曲值為5%。安裝后管道的初始徑向撓曲值大于上述規定，但不超過8%時，必須進行重新回填。

5.3 質量控制效果

該倒虹吸工程共安裝158節玻璃鋼管道，管道安裝軸線允許偏差值不大于30mm，共檢測312處，實測值最大偏差值8mm，最小偏差值1mm。按照不小于管道設計壓力等級的1.5倍做了接頭水壓試驗，均符合規范要求。管溝回填相對密度共檢測680組，實測值為0.851～0.998，檢測結果均滿足相對密度≥0.85的設計要求。管道安裝撓曲值共檢測1074處，首次回填后實測值-0.59%～0.69%，二次回填后實測值-0.83%～0.86%，管頂回填后實測值-0.32%～1.61%，均滿足規范要求。工程完成后按照規范要求和方法對本倒虹吸工程整體進行了嚴密性試驗和強度試驗，均達到規范要求。通水前該單位工程驗收質量等級評定為優良。

6 結論

（1）管道安裝過程中要重點控制接口允許接轉角度、管道的偏移量、最大伸縮量。由于管徑、壁厚、強度和單管長度不盡相同，本工程的經驗數據僅為類似工程提供參考。

（2）合格的回填料、碾壓夯實參數以及試驗測定是保證回填質量的關鍵。

（3）及時測定撓曲變形值，其在允許范圍內是確認施工質量的最直接依據。陜西水利

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