淺析引洮工程倒虹吸管道管槽施工技術要點

董學峰

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，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，河流發生交叉或在渠道穿越山谷時經常采用的一種立交水工建筑物，其應用水平高低關乎到水利工程能否良好應用。倒虹吸的管槽施工是整個工程的基礎，在施工過程中，既需要保證其安全、穩定、高效，還需要綜合考慮環保、排水等因素，以達到節約工程建設的成本和保證工程建設質量的目的。本文結合案例工程，分析水利工程中倒虹吸管槽的施工方案和技術要點，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，主要施工內容為八干渠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，該段設計流量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。臨沖溝側邊坡在雨季易滑塌，邊坡不穩定。

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

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

7#倒虹吸地勢平坦，現為耕地，階地前緣自然坡度52°，邊坡穩定，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腐蝕，對鋼結構中等腐蝕。下伏基巖砂質泥巖，產狀水平。

2 管槽基礎開挖

2.1 開挖方法及施工工序

根據設計文件管道段地質條件描述，結合已審批的施工方案，該工程管道段基礎開挖分為土方開挖及石方開挖。土方采用PC220挖掘機開挖，在開挖到設計標高上20cm處用人工采用洋鎬、鐵锨等進行清底，以免擾動基底；石方采用PC220挖掘機配合破碎錘自上而下開挖為主，當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，在轉換工序的過程中，臨時停挖面應不陡于設計的坡，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，確保邊坡的穩定。

削坡采用液壓反鏟挖掘機進行，施工時留有20m修坡余量，再利用人工進行修整，直至滿足施工圖紙和規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

（1）土方開挖時順地形自上而下開挖，過程中嚴禁掏槽開挖；

（2）施工中發現土層性質有變化時，及時匯報現場監理和地質工程師，重新修改并確定施工方案；

（3）在耕地范圍內開挖，應盡早選擇棄土位置，上報監理和業主提前開展征地工作；

（4）開挖過程中要嚴格控制軸線、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合，要保證雨水順利排出，同時避免積水；

（6）坡面修整應進行人工掛線修坡，確保邊坡整齊、美觀，且滿足設計要求。

3 管槽基礎處理

引洮供水二期工程施工第63標管槽基礎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 原土翻夯前的準備工作[2]

（1）原土翻夯前，應對擬采用的夯填料進行處理，清除腐殖土、草根、樹皮等雜物,夯填料經監理現場認可后，提交實驗室進行土壤擊實試驗，以確定擊實參數。

（2）填筑前，應根據實驗室出具的《土工擊實試驗》做現場碾壓試驗，并將試驗報告報送監理工程師審批。

（3）填筑前，對填筑部位的平面尺寸、標高、平整度等進行驗收，同時進行地基承載力試驗，承載力經業主、監理、設計、施工四方聯合驗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，原土翻夯一般滯后于開挖工程50～100m 施工，并根據現場情況穿插于開挖與其他工程施工中進行。當一個工作單元鋪料完成后即可進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。填筑材料上下層的結合層應無砂礫、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格按照監理工程師批準的《現場碾壓試驗報告》中的碾壓參數控制施工，若發現土料過干，需進行適當灑水；如土料過濕，則需對土料進行晾曬，在碾壓過程中出現大面積“彈簧”現象，必須進行換料處理。根據前期試驗控制好鋪料厚度，碾壓遍數、填筑料最佳含水量、行駛速度，以確保施工質量。

管槽開挖現場如圖2所示。原土翻夯碾壓施工現場如圖3所示。

圖2 管槽開挖現場

圖3 原土翻夯碾壓施工

3.1.4 現場質量檢測

黏性土采用環刀法，砂礫土采用挖坑灌砂法進行檢測，檢測頻率須符合現行規范要求。

3.1.5 土料填筑時應注意的問題

（1）鋪料時，應避免產生礫石集中而形成土體架空現象，對于超大徑石應予以剔除。

（2）壓實機具的行駛方向以及鋪料方向應平行于軸線。

（3）土料按順序施工，下層土料施工完成后須經監理工程師驗收合格才能進行上一層土料的鋪筑。若上一填土層不合格時，應進行返工處理直至合格。

（4）嚴格控制層間光面、彈簧土、漏壓或無壓、裂縫等現象。

（5）嚴格控制填筑含水量，控制范圍在最優含水量的-2%~3%之間。

3.1.6 碾壓試驗

為確保工程填筑施工質量，在技術經濟合理的條件下，通過對填筑材料進行碾壓試驗確定一個最優的碾壓參數，該參數需既滿足設計控制指標，又便于高效、快速施工，并以此參數檢驗和控制填筑施工質量，獲得最好的壓實效果。

（1）試驗準備。試驗場地規劃平整；水平碾壓試驗需進行基底平整并壓實，基底壓實度應達到設計要求。斜坡碾壓試驗需進行坡面平整。

（2）碾壓試驗內容及項目。試驗內容：土料場的土料，不同壓實設備的壓實遍數試驗。具體試驗項目：鋪料厚度試驗；沉陷試驗；干容重試驗；最優含水量試驗和抗剪強度試驗等。

（3）試驗結果。碾壓試驗數據包括比重、濕密度、干密度、孔隙率、沉降率、顆粒級配滲透系數。試驗報告應包括準備階段、試驗條件、試驗過程、試驗方法、試驗結果，并確定碾壓參數和施工控制要求。在施工過程中，應根據現場施工條件和試驗結果對試驗確定的參數進行調整和修正，以保證工程質量。

3.2 10%水泥土夯填

原土夯填完成后，即可進行水泥土墊層施工。

3.2.1 施工生產準備

（1）土料的檢測及制備。土料采用天然狀態粉質黏土，且不含雜質。其顆粒粒徑不大于15mm，膨脹率應小于20%。在水泥土施工之前，首先通過試驗確定土料的物理指標參數，包括黏粒含量、塑性指標、天然含水率，常規堆積密度（自然密度）等，根據各種物理指標確定標準水泥摻量、最大干密度及最佳含水率，指導現場施工。根據實驗室確定的土料最佳含水率現場確定取料場，并在便于運輸的部位備料，備料土含水率一般以大于拌合料最佳含水率3%~5%為宜。

（2）水泥的選用及試驗。施工前對選用的水泥取樣送檢，對其安定性、初終凝時間、強度等物理力學指標進行檢測，經檢驗合格后方可進場使用。

（3）現場施工工藝試驗。在正式鋪筑施工前必須按照擬定的施工方法、機械組合方式進行現場試驗段鋪筑、確定合理的施工參數，并驗證水泥土是否能滿足設計技術標準要求和進度要求，如果不滿足設計和進度要求，及時調整施工方法和機械組合。

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，根據試驗確定，每層按300mm回填。

（3）土的運輸和鋪填土料：用反鏟挖掘機將前期開挖堆土倒入已測定的回填土（填土時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：鋪攤前計算好水泥用量，然后用拌合機旋拌均勻。

（6）碾壓：嚴格按照已批準的試驗參數進行碾壓施工，控制好遍數、含水量、機械行駛速度，以確保施工質量，保證達到設計干密度，并平整。

（7）養護：水泥土碾壓完成后，禁止重型設備在其上行走或工作，并應及時采取灑水或覆蓋養護。

3.2.3 壓實標準及含水量

水泥土壓實度不得低于設計要求，所用土料含水率應高出水泥土最優含水率3%～5%，加10%水泥經充分拌合后，水泥土混合料的含水率在控制范圍內。

3.2.4 現場質量檢測

水泥土填筑質量按現行有關施工規范、規程的要求執行，施工完成后，質檢人員應根據規范要求，逐層進行取樣檢測，經驗收合格后方可進行下一填筑層的鋪筑。

4 其他方面

4.1 施工期排水設施設置[3]

開挖施工中，根據施工現場地下滲流、地形、地貌和地質條件設置臨時排水系統。

（1）整個施工過程中要保證開挖邊坡的穩定，設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入排水溝及時排走，以免雨水順坡沖刷已經開挖好的坡面；

（3）跨越河道時，若地下水豐富可采用打深井降水措施，創造干地施工條件。

4.2 特殊情況下的預防措施

因為邊坡較長時間暴露，影響因素較多，有可能會出現一些特殊情況，對于邊坡的變形情況加強觀察，主要觀察周圍土質的水平移動與沉降，認真做好記錄，發現異常情況應立即采取相應措施。

4.3 雨季施工

（1）提前安排計劃，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，按原地面排水系統作好臨時排水溝，使施工地段能及時排除積水；

（3）基坑內要設置排水溝、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，雨季期間嚴禁車輛在基坑周圍5m范圍內路基面上通行；

（5）做好洪澇災害的防范工作，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害。

4.4 環境保護

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

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

（3）在施工場地布置“六牌一圖”，禁止非施工人員進入。

（4）合理優化工程施工，盡量減少或避免占用耕地。臨時用地使用完成后，應及時組織復墾，恢復原土地使用現狀。

（5）施工過程中盡量不破壞原有植被，保護自然環境。

5 工程施工資源配置

該工程的勞動力配置見表1所示， 施工機械配置見表2所示。

表1 施工勞動力配置表（兩班制作業）

表2 施工機械設備配置情況

6 結束語

綜上所述，倒虹吸工程的管槽施工過程中，應重點根據地形地貌、所在地的水文特征、地質情況、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備，有效利用資源，有目的、有序地展開施工作業，保證工程進度以及施工質量，為高質高效地建成水利工程創造條件。