石膏山水库供水工程有压输水管线设计综述

赵 亮

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

石膏山水库南关供水工程主要为南关镇供水和仁义河沿岸人畜饮水及仁义河北岸农田灌溉，为南关年提供86万m3工业及生活用水，为仁义河两岸人畜年提供16万m3用水。南关供水管线长22km，进口接电站尾水池，管路沿仁义河右岸、地形相对平坦开阔地带布设，末端至南关电厂附近。进出口地形高差约436m，仁义河沿岸17个村每村各设一分水支口。管线采用重力流压力管道输水方式，在结合工程地质报告分析、实地观测线路后，设计对管道断面形式进行了细化，以达到减少管材损耗，便于施工，减少拆迁的目的。

2 沟槽开挖

2.1 管道埋设深度

管道沟槽开挖应严格按照设计高程进行，当为人工开挖且无地下水溢流时，管道沟槽底应多预留0.05～0.10m；如果采用机械开挖且存在地下水时，沟底预留值应不小于0.20m。预留部分在管道敷设前应进行人工清底至设计标高。当管道穿越绿地或农田耕地地段时，沟槽开挖应先剥离地面表土以下至少80cm范围内的耕植土，并单独堆放，不得与其他开挖料混合。根据工程所在地区的地域特点，南关供水工程主要存在地基不均匀变形、局部洪水冲刷、局部基坑涌水、场地水对钢结构弱腐蚀性等地质问题，以及冻土深度较浅、外部荷载复杂、管材性能和抗浮有一定要求的自然和工程因素，故确定管道埋设深度一般不小于1.5m。

2.2 沟槽开挖宽度

参考《给水排水管道工程施工及验收规范》，沟槽底部开挖宽度按照管径不同确定。综合考虑本工程地质情况及沟槽施工过程中所需的排水和支撑要求，确定最小底宽应满足管道外径两侧各加0.6m。

2.3 沟槽开挖边坡

沟槽开挖边坡应视具体地质条件而定，本工程地质条件相对较好、管径较小，且开挖深度均在3.5m以内，因此沟槽可不设支撑。但个别地段存在地下水位较高，土质不均匀变形，局部洪水冲刷，湿陷性等问题，沟槽边坡最陡可取1∶0.75。

岩石段开挖边坡一般最陡为1∶0.3，如遇特殊地质和岩石条件可适当增大边坡。

3 地基处理

3.1 湿陷性黄土地基处理

本工程面临的主要地基问题是湿陷性黄土地基的处理问题。湿陷性黄土地基可分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。根据埋设地质情况的不同，自重湿陷性黄土地基需换填3∶7灰土地基层0.5m，非自重湿陷性黄土基需换填3∶7灰土地基层0.3m，且压实度均不小于95%。3∶7灰土采用熟化石灰与黏土（或粉质黏土、粉土）的拌和料。熟化石灰颗粒的粒径不得大于5mm，黏土内不得含有机质，颗粒粒径不得大于15mm。

3.2 岩基段地基处理

岩基段超挖厚度为350mm，超挖后采用开挖石渣料回填，以达到岩石与土基逐渐过渡的目的。

3.3 穿河段处理

南关供水管道在敷设时多次经过穿河（沟）段和顺河防护段的地形地质条件，结合防护措施后的河道冲刷计算结果，过河（沟）段和顺河防护段采用大开挖、河底埋管直接穿河（沟）方式。

穿河（沟）段管道和顺河防护段管道埋设深度按管顶处于河床以下3.5m计，开挖边坡1∶1。管道底部铺设0.15m厚的碎石垫层，管顶2.0m以上覆盖1.0m厚的塑料格栅石笼。塑料格栅应采用优质的TGDG50型或等效产品，原材料采用聚丙烯。使用材料应防老化、耐低温、抗拉强度高，并具有防水，耐酸、碱、盐的性能。塑料格栅绑扎接头及石笼连接绳，材料应采用高密度聚氯乙烯，单根抗拉强度不小于200kN，炭黑含量不小于2%。

4 沟槽处理

根据《山西省大水网工程有压输水管道标准化设计导则》，结合石膏山水库南关供水工程线路实际地质情况，在沟槽回填要求中采取如下技术要求：

管道基础：将管道底部土壤平整。

管道两侧：管道基础至管道顶部采用开挖料填筑，分层压实，回填材料最大粒径小于20mm，黏性土压实度不小于95%，非黏性土最小相对密度为0.75。

管顶回填：管道顶部以上根据管径不同，分别回填400~700mm，采用开挖料进行填筑，回填材料最大粒径小于40mm，黏性土压实度不小于92%，非黏性土最小相对密度为0.70；管顶正上方区（不小于1倍管径且不小于300mm）范围内压实度为（85±2）%。

管顶以上回填：管道顶部回填层以上至原地面线以上150mm采用开挖料填筑，黏土压实度不小于90%，非黏性土最小相对密度为0.60（耕作层恢复除外）。回填材料中不得含有机物、冻土及大于50mm的砖、石等硬块。沟槽回填时应分层压实，管道两侧对称，两侧压实面高差不应超过300mm，回填土的含水量控制在最佳含水率±2%范围内。

5 结语

根据山西省的地理地形条件特点，有压输水管道在山西水利工程中具有重要地位。良好的输水管线断面设计对节约成本、提高生产效率、保证施工工期及工程质量具有重要作用。有压输水管线在南关供水工程中的设计方法可为类似工程设计提供借鉴。