冶河灌区二干渠倒虹吸工程建设简析

徐秀敏 张韶辉 李 洁

1. 工程概况

冶河灌区二干渠（源泉渠）穿越鹿泉市城区段渠道，建成于1954年，下游灌溉面积9万亩，该段明渠为填方段，渠道从市中心穿过，渠底高于地面3～8m，渠高坡陡，渠道年久失修渗漏严重，过流能力严重不足。为除险保安，提高灌区灌溉效率、节约占地、美化城市环境,省计委、省水利厅批复对该工程进行建设，城区高架明渠改造为双排DN1400mm的预应力混凝土管道暗渠倒虹吸。

2. 工程内容

明渠改建倒虹吸1处，全长1195 m；管深采用的是双排DN1400mm的承插式预应力混凝土管，管中心间距2.8m。

每根倒虹吸管在靠近出口位置最低的镇墩处设泄水冲砂管，采用1.0m的预应力混凝土管，设2孔1.0×1.0m的铸铁闸门、10t启闭机两台。竖井采用钢筋结构，宽1.5m，长1.5m。

钢筋混凝土盖板涵2处，涵洞宽5.4m，合计长21.5m。

倒虹吸管从太平河河床下穿过，管道顺河流进行防护，管道两侧采用浆砌石重力墙进行防护，墙顶宽0.4m，底宽0.86m，外边坡比 1∶0.25，管道顶部采用铅丝石笼进行防护，防护范围为管中心两侧各10m。

3． 工程规化设计

3.1 管径的确定

根据冶河二干渠续建配套与节水改造规划，倒虹吸设计流量为5.4m3/s,将北斗路南——太平河渡槽进口段渠道改建为倒虹吸，该段总落差2.6m。

工程方案拟采用双排预应力混凝土管。根据此段工程纵断面平面图，依据下式计算倒虹吸管的沿程水头损失和局部水头损失：

式中：

hf—沿程水头损失；

hj—局部水头损失；

表1 DN预应力混凝土管参考重量表

L—倒虹吸管长度；

n—水泥管糙率；

v—管道内平均流速；

D—管道内直径；

R—管道内半径；

ζ局部—局部损失系数。

其计算结果为：采用直径为1.5m双排应力混凝土管，设计流速，V设=1.53m/s，总水头损失 ζ总=2.46m,略小于2.6m,满足要求。

考虑到厂家生产的预应力混凝土管没有标准管径1.5m的输水管道,因此，试采用双排直径为1.4m的预应力混凝土管，按上式计算得到以下结果：此时倒虹吸内设计流速V设=1.75m/s，总水头损失ζ总=3.52m,大于2.6m的总落差，上游雍水0.92m，倒虹吸上游紧接暗渠，最大允许雍水高度为0.95m，可以满足需求。因此采用双排直径为1.4m的预应力混凝土管，设计流速V设=1.53m/s，总水头损失ζ总=3.52m,满足不冲不淤要求。

倒虹吸采用双排承插式预应力混凝土管，管径1.4m，管中心间距2.8m。转弯设镇墩，预应力混凝土管下设0.15m三七灰土垫层和0.2m的碎石垫层。

3.2DN预应力混凝土管基本尺寸及水利学指标

DN预应力混凝土管基本尺寸可参考表1。

DN预应力混凝土管的水利学指标应满足：抗裂检验压力为1.37MPa（卧式检验压力指标)；抗渗密封检验压力指标为0.6MPa；管体环向截面的纵向力值不低于1.5MPa。以上指标均满足预应力混凝土管GB5695-94要求。

3.3 管线规化布设

倒虹吸线路沿原渠线布设，为了充分利用渠道占地，根据倒虹吸处的地形现状，倒虹吸的进口和出口段沿原明渠渠线布置，中断布置在原渠界范围的右侧，倒虹吸全长1195m。倒虹吸管线设计根据地形、渠道走向、现有公路和规划公路的深度及高程、最大冻土层深度等要素进行布设。在振宁路会馆路设钢筋—盖板涵2处，以满足过载要求。

4. 施工工艺流程

4.1 基槽开挖

管道工程中，基础处（接第34页）理是重要环节，处理不好，易造成基础不均匀沉陷，使管接口错位，甚至折管。使用机械开挖土方时，实际施工的边坡坡度应适当留有修坡余量，再用人工休整，坡度和平整度应满足施工图纸的要求。基槽开挖后进行机械原状土辗压，压实系数应满足设计要求。

4.2 灰土、碎石垫的填筑

灰土垫层采用熟石灰与黏土拌合物，其拌合物体积比应为3∶7。应将拌合物均匀铺平后进行分层夯实，夯实后每层厚度不小于100mm，压实度按0.96控垫。

碎石垫层要保证碎石铺摊均匀，垫层表面及空隙采用粒径5～25mm的细石填补，0.4m厚碎石垫层，下面0.2m用机械与人工平摊、压实，上层0.2m因管子安装后无法利用机械施工，这时应利用人工钢钎将每根管的底部捣实，使管底部碎石层密实、饱满。压实前应洒水使碎石表面保持湿润。

4.3 镇墩外混凝土浇筑

支模板时应注意模板接缝的处理，防止漏浆或错台；大缝可用海绵条挤严，小缝可用胶带粘贴，为保证模板整体性，在模板外设立木方（15×15cm）支撑，并用直径16cm螺栓锚紧，为便于撤出螺栓外套薄塑料管，螺栓孔用高标号砂浆堵严。

混凝土浇筑时，必须先铺一层2～3cm厚的水泥砂浆，砂浆水灰比应与混凝土的浇筑强度相适应，铺设施工工艺应保证混凝土与基础结合良好，水为生活用水。混凝土按一定的厚度顺序和方向，自下而上地水平分层浇筑，混凝土初凝后版模不得振动，伸出钢筋不要扰动。混凝土采用插入式振捣，振捣时间不宜过长，振捣过程中，当混凝土不再有显著的沉降和大量气泡，混凝土表面均匀，平整并已冷浆，振捣即可结束。

在进行混凝土浇筑时，应注意以下三点。

一是混凝土浇筑应保持连续性，浇筑间歇不得小于72h，按SDFJ207-82规定执行，若超过允许间隙时间，则应按工作缝处理，即进行冲毛处理。

二是混凝土浇筑块成型后的偏差不得超过模板安装允许偏差的50%～100%。

三是注意温度控制，混凝土冬季施工应遵守SDJ207-82低温季节施工的规定。冬季施工为确保工程质量，防止冻蚀发生，一般按水泥用量的2%，掺入不含氯盐或离子的减水剂或复合型早强剂，以提高混凝土的抗冻性能；采用对拌合用水加热以适宜运输（但注意水泥只保温不加热,并且不能与80℃以上的热水直接接触）；混凝土拌合物的运输应尽可能缩短运距，减少装卸次数，并覆盖保温，以减少热量损失。

4.4 预应力混凝土管的铺设及安装

预应力混凝土管的铺设及安装是整个工程的关键工序，混凝土应根据倒虹吸管道布置与地形条件，分斜坡及水平段的安装。一般先安装水平管段，再装斜坡管段，如坡度较大，必须先做好坡脚镇墩，然后逐节向上装管。安装顺序必须自下而上逐节套接，并注意将承口向上，插口向下。

用2t起重机安装预应力钢筋混凝土管时，采用直接下管人工对口，2个10t倒链水平拉进的施工方法，每节管要紧贴于垫层或基座上使管受力均匀，在安装中对每一根管均用经纬仪、水准仪控制轴线和高程，误差控制在任意角度0.04范围之内。

4.5 土方回填

混凝土管身顶面以下部分采用人工分层回填，蛙式混凝土机夯实。管顶上部土层回填厚度在1m以上，第一层铺土40cm，以后每层铺土厚30cm,以推土机碾压分层回填，夯实土干容重不小于 1.65t/m3。

5. 结语

冶河灌区二干渠倒虹吸工程规模较大，施工程序规范，是预制混凝土管施工工程中的范例，本文对其规化设计、施工工艺做了系统介绍，希望能够对类似工程有一定借鉴作用。该工程自通水运行至今未发生渗水、折管、堵塞等现象，通水灌溉工作已正常运行，均印证了此项工程规划设计的科学性和合理性。冶河灌区二干渠倒虹吸工程虽然一次性投资较大，但工程建成后为城区节约占地10余亩，从长远利益来看，与其他防渗工程措施相比，其经济效益、节水效益、节地效益非常显著。