南水北調周口供水配套工程穿越新枯河倒虹吸設計變更及施工要點分析

□劉 麗（周口市川匯區水政監察大隊）

1 基本情況

周口市供水管道穿越新枯河工程位于商水縣齊跪臺東北約800 m，主線樁號114+350（變更后樁號為K2+300.00）左右，工程區內有生產道路與臨鄉間公路相通，交通較為便利。穿越新枯河管道工程中心線上游端樁號為K2+183.359，大地坐標為：X=3718554.015，Y=540345.752；下游端樁號為 K2+463.274，大地坐標為：X=3718520.226，Y=540623.621。

2 設計標準

2.1 工程等別與建筑物級別

10號分水口門輸水管道穿越新枯河為Ⅱ等工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物為4級，并滿足相關行業的設計標準和規定。

2.2 防洪標準

對于Ⅱ等工程，洪水標準按50 a一遇設計。

2.3 抗震設防標準

根據中國地震局分析預報中心2004年編制的《南水北調中線工程沿線設計地震動參數區劃報告》，工程區地震動峰值加速度為0.05 g，相當于地震基本烈度Ⅵ度。本建筑物為2級建筑物，只考慮水平向地震慣性力作用。

3 工程地質

勘察區位于商水縣齊跪臺東北約800m，主線樁號114+350(變更后樁號為K2+300.00)左右，有生產道路與鄰鄉間公路相通，交通較便利，施工場地開闊。勘察區地貌單元為沖積傾斜平原，微地貌為河谷地貌，河谷呈“U”形，階地不發育，河底高程約41.60 m，河面寬約110 m左右；兩岸地面高程約46.30 m；兩岸有堤防，寬14.00～16.00 m，堤防頂面高程48.60～49.40 m。勘察期間河水位高程約43.75 m。

3.1 場區地質結構屬粘砂雙層結構

地層巖性主要為第四系全新統(alQ14、alQ24)重粉質壤土和上更新統沖積成因(alQ3)的輕粉質壤土和細砂，地層分布較穩定。

3.1.1 上更新統(Q3)

沖積成因，巖性主要為重粉質壤土、細砂，局部夾輕粉質壤土、砂壤土。

粉細砂(alQ3)：淺黃、褐黃色，中密～密實狀，飽和，礦物成分主要為石英、長石，局部見少量云母碎片，砂質不純，含少量泥質，局部為砂壤土 (⑧-1)、輕粉質壤土。該層見于主線樁號112+000～114+564.618設計變更段。最大揭露厚度約13.70 m。

重粉質壤土(alQ3)：淺棕黃色，可塑～硬塑狀，含少量鈣質結核，局部含量較高，粒徑一般1～3 cm，可見黑色鐵錳質斑點。該層見于主線樁號112+000～114+564.618設計變更段。該層粘粒含量不均，局部為中粉質壤土，夾雜輕粉質壤土、砂壤土薄層。揭露厚度一般2～5 m。

3.1.2 全新統(Q4)

沖積成因，巖性以重粉質壤土為主。

下段(alQl4)：

重粉質壤土(alQl4)：灰黃色、黃灰色，可塑狀，見銹黃色浸染及灰綠色條帶，含少量鈣質結核，局部含量較高，粒徑一般0.50～3 cm，個別4～5 cm，局部見白色貝殼碎片。廣泛見于工程區，厚度一般3.00～6.00 m。

重粉質壤土(alQl4)：灰褐-灰黑色，可塑-硬塑狀，見銹色斑點，土質不均，局部粘粒含量較高，為粉質粘土。廣泛見于工程區，厚度一般0.50～1.00 m。

3.2 穿新枯河建筑物工程地質、水文地質評價

場區地質結構為粘砂雙層結構。建基面主要位于第⑧層細砂中，承載力標準值fk為170 kPa；在進口及出口段部分位于第⑥層重粉質壤土中。施工開挖邊坡高度6.00～14.00 m左右，組成邊坡的巖土層主要為重粉質壤土和細砂。建議重粉質壤土開挖邊坡坡比為1：1.25～1：1.50，細砂及水位以下邊坡坡比為1：1.75～1：2.00，并采用分級開挖，中間留設馬道，坡腳為細砂層易失穩，需采取必要的支護措施。上、下游圍堰工程地質條件與軸線工程地質條件類似。堰基主要為重粉質壤土(alQ24)，屬弱透水，承載力標準值fk為110 kPa，但該層重粉質壤土較薄，河水與第⑧層細砂中地下水有水力聯系，建議圍堰地基做好砂層截滲工作。

勘察期間新枯河水位高程為43.75 m，存在施工導流問題。導流明渠地質結構為粘性土均一結構，開挖深度最大約8.00 m，組成明渠邊坡的巖土層主要為重粉質壤土，渠基主要為第⑧層細砂，存在邊坡穩定問題；由于細砂屬中等透水性，存在地下水滲透及沖刷問題，施工時應做好截滲、排水降壓及防沖刷工作。

場區地下水類型為第四系孔隙潛水，潛水主要賦存于重粉質壤土和細砂中，勘察期間，水位埋深2.60～3.90 m，建基面位于地下水位以下，且含水層細砂為中等透水性，富水性好，存在施工降排水問題，排水難度較大，建議采取相應的降排水措施。另外，細砂層中地下水具微承壓性，存在承壓水頂托破壞問題，建議采取相應的降壓排水措施，同時做好反濾措施，以防發生流土、流沙，必要時采取截滲措施，以確保施工安全。

由于河道較寬，汛期水流量較大，施工開挖邊坡較高，排水、截滲難度大，建議設計上可根據施工造價、施工時難易程度及建筑物運行后對河道的影響等選擇合適的設計方案。

4 工程穿越位置

穿越工程位于商水縣齊跪臺東北約800 m，主線樁號114+350（變更后樁號為K2+300.00）左右。

5 工程布置

穿越新枯河工程采用PCCP包封方案，穿越段管身水平投影總長度279.92 m。由進出口檢修井、斜管段和水平管段組成，水平段頂部與河底距離為4.20 m。水平段由15節12 m長水平管段組成，進出口斜管段分別由2節12 m斜管組成，斜管段坡度采用1：8.34。底部縱向轉角6.84°，轉角鋼管件中心線長度為10 m。

管線穿越新枯河，設計壓力為1.20 MPa，設計流量為4.30 m3／s，采用PCCP原管材包封方式穿越新枯河，管材為PCCP為DN2400設計壓力為1.20 MPa，覆土8 m。外包封采用C25W6鋼筋混凝土矩形斷面，包封厚度為0.50 m，矩形外輪廓尺寸為3.90 m×3.90 m(寬×高)，內孔口尺寸為直徑2.90 m(PCCP外徑)，為保證PCCP管道不受外荷載作用，PCCP外周上部包裹SBS改性瀝青4 mm與外包封隔離。1#～2#、20#～22#為斜管段，坡度為l：8.34，4#～18# 為底部水平段、3#、19# 為鋼制管件，管件中心線長10m。包封管節進出口上下設齒墻，高0.50 m，寬0.50 m齒墻外側坡比為1：1。包封底部設C10混凝土墊層，厚0.10 m，兩側外延0.10 m。管道進口處各設空氣閥井l座，出口處設檢修空氣閥井1座，以便于管道連接、閥門布設及運行檢修。

管節伸縮縫間距25 mm，縫隙填充泡沫板，迎水側填充密封膠60 mm。管節間設道道橡膠止水。

穿越位置開挖斷面采用0.10 m碎石墊層，M10漿石護砌，漿砌石護底厚0.30 m，齒墻深0.50 m，寬0.50 m，護底順水流方向寬度約為35 m，垂直水流方向底寬為43 m，高程為40.800 m，兩側護坡漿砌石厚0.30 m，齒墻深0.50 m，寬0.50 m，護坡頂高程為46.00 m，沿管軸線開口寬度為74 m，設置壓頂寬0.50 m，厚0.30 m。

管頂上部0.50 m處設置兩道土工格柵，寬11.90 m，長78 m。兩道格柵間距0.50 m。

6 施工要點

該段地下水位均高于勘察期地下水位；開工前，需查明地下水位，研究排水措施，擬定排水方案。

基坑開挖應對稱均勻分層進行，先中間后四周，不應沿基坑四周一次開挖到底，應防止挖土機械開挖面的坡度過陡，運輸車輛，運輸荷載引起土體位移。

采用機械開挖基坑時，須保持坑底土體原結構。根據土體情況和開挖機械類型，應保留200～300 mm土層由人工挖除鏟平(每班停班后機械應停在開挖范圍以外)。

基坑開挖后應通知相關單位驗槽；基坑驗收后，應立即進行墊層和基礎施工，防止太陽爆曬和雨水沖刷破壞基土原結構。

本工程建筑物整體性要求高，在混凝土澆筑過程中，對混凝土澆筑相對集中的部位要嚴格控制工作縫，減少不必要的施工縫，保持混凝土澆筑的連續性，同時要特別注意工作縫及止水伸縮縫的處理和混凝土的溫控工作。

土方回填嚴格按照有關施工規范進行，注意在混凝土構筑物與土體接觸面上刷粘土漿一道，嚴格控制回填土料質量，土方填筑時，要嚴防腐植土、凍土、雜物等上堤，分層填土，分層壓實，要求壓實度≥0.97。

M10漿砌石護坡護底寬度每側大于開挖開口寬度lm，實際護坡寬度以實際開挖寬度控制。

橡膠止水帶耐久性應滿足《水工建筑物止水帶技術規范》（DL／T5215-2005）的要求。主要指標為：厚度≥10 mm，寬350 mm，拉伸強度＞15 MPa，遇水膨脹線拉伸強度＞3 MPa、體積膨脹率≥400%；密封膠粘結拉伸強度≥0.40 MPa，粘結拉伸伸長率≥400%；填縫材料采用高壓聚乙烯低發泡閉孔泡沫塑料板，主要指標：彎曲強度≥2.50 MPa，彈性模量≥1MPa，壓縮永久變形≤2%，抗拉強度≥0.15 MPa，延伸率≥100%。

土工布≥350 g／㎡，厚度≥2.7 mm，縱橫向撕破拉力≥0.28 kN／m，縱橫向斷裂拉力≥11.0 kN／m。

聚丙烯雙向土工格柵，每延米拉伸屈服力(縱、橫)≥50 kN／m，屈服伸長率(縱、橫)≤13%。