基于南水北調中線華柴暗渠管身段土建工程的施工工藝研究

黃生木

(中鐵十九局集團礦業投資有限公司，北京 100161)

南水北調工程是我國重大的民生工程，是有效緩解南北水資源分布不均勻現狀的主要措施，對于南北地區經濟發展和生態修復等意義重大，同時也是提高水資源利用率的基礎。南水北調工程由一系列的管道暗渠工程組成，其施工質量對水資源的導流質量影響較大，尤其是暗渠工程中的滲漏問題，更是影響南水北調戰略有效實施的關鍵環節[1]。本文以位于石家莊市的中線華柴暗渠管身段土建工程為例，研究其施工工藝，從而為提高安全管身段施工質量奠定基礎。

1 工程概況

南水北調中線華柴暗渠管身段土建工程位于石家莊市橋西區和新華區，起點總干渠樁號(224+966)，終點總干渠樁號為(236+934.9)，該段工程全長約10.98 km，其中渠道長10.26 km，暗渠1座，全長0.72 km；左岸排水建筑物2座，控制性分水口門1座。總干渠設計流量為220 m3/s，加大流量為240 m3/s，起點設計水位為77.218 m，終點設計水位為76.408 m，總水頭差為0.810 m。

2 施工工藝及注意事項

2.1 施工導流

華柴暗渠施工范圍內有污水溝穿過，為確保正常施工，需要進行經常性施工導流。設計洪水采用枯水期5年一遇標準，最終確定導流設計流量為10.5 m3/s。華柴暗渠邊坡按1∶1.5坡度放坡后右開挖邊線已經進入原三環外污水溝內，影響工程結構物的開挖，為防止污水在開挖后回流入基坑以及提高邊坡穩定性，確定了如下導流工藝及注意事項：①將原污水溝挖除，清除淤泥挖至溝底壤土層，由于污水溝長年有污水流過，溝底土壤層含水量較高，選用30 cm厚的15%摻量石灰土做水穩層；②用渠身開挖的黏性土將原污水溝開挖后的基坑回填，分層碾壓，每層鋪設厚度40 cm，確保壓實度達到98%；③在基坑開挖線外7 m明挖一溝渠，渠底寬度4 m，渠底高程與原污水溝底高程一致，渠邊邊坡1∶1.5，經水文計算滿足導流要求；④在開挖邊線外2 m做一個縱向黏土圍堰，黏土取自渠身開挖黏性土，圍堰底寬5 m，圍堰堰高2 m，分層碾壓，確保壓實度達到0.98；⑤在渠身段上下游分別做一個橫向黏土圍堰，黏土取至渠身開挖黏性土，圍堰底寬5 m，圍堰堰高2 m，分層碾壓，確保壓實度達到0.98；⑥渠身一期工程回填完畢后，拆除一期圍堰，按一期標準做二期工程圍堰及導流明渠。

2.2 基坑土方開挖及邊坡支護

(1)基坑土方開挖。為提高基坑土方開挖質量，必須確保華柴暗渠渠身中心線與總干渠中心線重合。由于該段地下水位在基面高程0.5 m以下，故不存在初期排水問題，開挖前嚴格按照施工導流方案做好導流明渠和擋水圍堰，開挖至設計高程前預留50 cm厚保護層，在基底兩側做500 mm×500 mm排水溝，設集水井形成經常性排水系統。渠身結構尺寸為29 m，由于外側鋼模臺車及自移式布料機的工作空間為3 m，及渠底左側布設4m寬施工輔道。則開挖左軸距為21.5 m，開挖右軸距為17.5 m。邊坡放坡為1∶1.5，為了加強邊坡穩定性，在高程為73.5 m設置2 m平臺。

(2)基坑邊坡支護。根據場地工程地質條件，基坑開挖深度要求和基坑周邊坡頂場地的使用要求等，坡面施工采用土釘墻，靠近公路一側開挖邊設置微型樁[2]，其施工參數和工藝如下：①剖面，在左右岸縱向邊坡采用1∶1.5的坡度進行放坡，坡面施工土釘，掛Ф6.5 mm@200 mm×200 mm鋼筋網，噴射C20砼80 mm厚；在靠公路一側的橫向坡采用70°放坡，設置微型樁及預應力錨桿，坡面施工土釘，掛Ф6.5 mm@200 mm×200 mm鋼筋網；②土釘，采用Ф25 mm鋼筋土釘，成孔直徑60 mm，采用水灰比0.45～0.55的純水泥漿灌注；③噴射混凝土，厚度80 mm，細石混凝土強度為C20，配合比為水泥∶中砂∶碎石=1∶2∶2.5，采用噴射砼機高壓噴射；④排水，坡面根據實際施工需要設置泄水管，坡頂、坡底設置排水溝，進行排水；⑤坡頂設置1.20 m高的防護欄桿，采用D40鋼管制安；⑥微型樁直徑300 mm，樁之間的凈間距為800 mm，長約15 m，樁內放置18號工字鋼，孔內回填2～3石子，采用PO32.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比按1∶ 0.5，分兩次高壓注漿；⑦預應力錨桿孔徑130，機械成孔，采用Ф28 mm鋼筋，錨頭張拉鎖定在腰梁上，張拉荷載為150 kN，腰梁尺寸200 mm×200 mm，采用支模，噴射C20砼。

2.3 模板工程

模板工程是提高暗渠管身段施工質量和施工效率的基礎，模板工程主要包括底模、鋼模臺車(內模和外模)和端模。

(1)底模。底板模板采用5 mm鋼板拼裝而成，外側模板采用2 m×2 m的大型模板，在距底面60 cm處內預留一對拉孔，內導角模板采用20 cm×2 m和70 cm×2 m模板拼裝而成。渠身底板模板采用普通支模方法，模板用定型組合鋼模板拼裝，模板間用螺桿相連，為防止露漿板縫間用2 mm雙面膠帶壓緊。為提高底模施工質量，應注意以下事項：①底板外側模板外面用Ф48 mm鋼腳手管做站筋和圍稟，在圍稟處并用Ф48 mm鋼腳手管打斜撐，共設置兩道斜撐，第一道斜撐在距離基面1 m處；第二道斜撐在距離底基面1.6 m處，并在預留孔處設置對拉桿，對拉鋼筋Ф20 mm；②底板內模根據設計結構尺寸，做八字定型鋼制模板，內模支立底角側邊利用保護層墊塊輔助定位，鋼管支撐精確定位固定。并在底板澆筑時預埋Ф18 mm錨筋，預埋鋼筋間距1 m，埋入端做180°彎鉤，露出端套絲扣，用于支立導角模板時拉緊底部。

(2)鋼模臺車(內模與外模)。由于華柴暗渠單孔凈高9.8 m，寬8 m。為了保證模板加固的穩定性，底板以上的外側模板及內模均選用鋼模組合臺車。鋼模臺車外模采用12.3 m×20 m的5 mm厚的鋼板，內模墻身采用20 m×8.6 m的5 mm厚的鋼板，內模頂板采用20 m×7 m的5 mm厚的鋼板加工而成。模板的橫肋和縱肋采用雙排槽鋼，縱肋每1.5 m設置一道，橫肋每1.5設置一道。在縱肋上每隔2 m布置支撐與臺車連接。支撐桿為液壓系統，可以調整支撐長度，用以精確定位模板的位置。外側鋼模臺車的連接加固采用對拉桿，對拉鋼筋選用Ф25 mmⅡ級鋼筋。外側模板橫、縱肋加密成間距1 m，在縱肋與橫肋交點位置布置對拉桿，對拉桿內設錐形頭，以防漏漿。

(3)端模。端模采用幾個模板拼裝而成，每個模板間設置止水帶卡槽。臺車在端部焊接一6 mm厚角鋼與端模外側的法蘭連接，采用螺桿連接[3]。在端模外側用D48鋼管設置站筋，圍稟將端模板連接成一體，在止水帶卡槽處設置鋼板壓片將止水帶壓緊,鋼板壓片間用螺桿連接。端模的加固主要靠臺車伸展出的橫梁對D48鋼管圍稟的拉力，且對于底板端模可在一旁混凝土墊層澆筑時預埋鋼筋來做為斜撐。

2.4 混凝土工程

渠身澆筑以一聯為一個澆筑總單元，每個澆筑總單元分3次澆筑單元，第一次澆筑到渠身側墻導角處上部20 cm處，注記為①單元；第二次澆筑側墻離頂板80 cm處，注記為②單元；第三次澆筑至頂板，注記為③單元。

(1)混凝土運輸方式。澆筑底板混凝土①單元時，混凝土運輸方式采用兩種方式：水平運輸，用混凝土攪拌運輸車運送；垂直運輸，選用兩種方式入倉，在左孔和右孔較近的位置布置溜槽入倉，在中孔等距離較遠的位置運用混凝土布料機布料入倉。

渠身墻身及頂板②、③單元澆筑時，混凝土運輸方式：水平運輸，混凝土攪拌運輸車運送；垂直運輸，采用混凝土布料機布料入倉，在布料小車下加裝套筒，保證混凝土的自由下落高差不大于1.5 m，避免混凝土由于自由下落高度過大造成離析。

(2)單管節混凝土澆筑方式。單管節混凝土澆筑方式，底板及倒八字①單元澆筑方式。在考慮布料機和溜槽的同時入倉，每個澆筑倉面面積不大，采用平鋪法能滿足混凝土間歇時間的要求，管身底板厚為130 cm，分4層平鋪澆筑，每分層厚度砼攤鋪不超過40 cm,保證砼振搗密實。倒八字及20 cm墻身在底板澆筑完后8～10 h繼續澆筑，間歇時間根據現場氣溫、濕度做適當調整。均采用布料機配套筒下料入倉，在老混凝土倉面上鋪設一層20 cm厚富漿混凝土。

墻體②單元澆筑方式：渠身中墻及邊墻厚度為120、130 cm，采用周圈分層布料澆筑，各側墻均衡上升，分層厚度為30～50 cm。將倉內澆筑面分成幾個區段，每區段內固定澆搗工人。注意布料機下料高度不大于1.5 m，以免混凝土離析。

頂板③單元澆筑方式，沿管身軸線方向采用平鋪法澆筑，由一端鋪向另一端。此外，管身頂板厚度為120 cm，分3層平鋪澆筑分層厚度為40 cm。

(3)總體混凝土澆筑流程。為了保證暗渠管身兩側混凝土強度達到規范要求，華柴暗渠渠身段施工底板施工采用跳倉法施工，墻身及頂板施工采用流水法施工(隨鋼模臺車及布料機流動作業)。其混凝土澆筑流程包括：①設置兩個施工作業隊，即結構一隊、結構二隊，每個隊伍分別包括鋼筋組、模板組、混凝土組，每個班組兩班作業；②配置三套底板模板，兩套鋼模臺車(每節管節為一套)，兩臺自移式布料機，每臺鋼模臺車配置一臺布料機；③底板模板根據施工需要在兩個作業隊中穿插使用，每個隊伍對應一臺鋼模臺車和布料機；④鋼筋和模板班組在底板及墻身頂板中穿插作業,提高作業效率。

為提高渠身段混凝土澆筑質量，應注意以下事項：①內導角混凝土的澆筑往往會因為各種原因出現質量問題，在澆筑的過程中混凝土攤鋪厚度要盡量均勻，不超振，不欠振。為了杜絕出現蜂窩麻面，必要時可人工用小錘敲擊模板，搗鼓密實；②在底板澆筑完畢后，讓混凝土達到一定初凝后方可澆筑導角部位，凝固時間不能太短，以免混凝土仍然保持流動性，凝固時間不能太長，以免出現冷接縫，并且澆筑間歇時間隨著現場的溫度和相對濕度做適當調整；③墻身混凝土在澆筑時各墻身要均勻上升，以免出現過大的壓力差，造成臺車模板變形；④控制好混凝土的坍落度、和易性。布料小車下的套筒長度要根據倉面高度做調整，保證混凝土的自由下落高度不大于1.5 m；⑤止水帶位置的混凝土澆筑是控制的重點，控制不到位可能造成止水帶位置的錯位和止水帶周邊混凝土的振搗不密實失去止水作用，止水帶在澆筑之前要固定好，認真檢查端模對止水帶位置的固定。

3 結束語

綜上所述，南水北調中線華柴暗渠管身段土建工程是南水北調工程的重要組成部分，其施工質量關系到南水北調戰略部署。因此，加強中線華柴暗渠管身段土建工程的施工工藝對提升該段施工質量至關重要。本文從4個方面系統地講述了該工程的施工工藝及注意事項，可為工程施工提供指導，同時也可為同類工程施工提供參考。