浅析引洮工程倒虹吸管道管槽施工技术要点

董学峰

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

倒虹吸主要用于水利工程中，它是在渠道与道路，河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物，其应用水平高低关乎到水利工程能否良好应用。倒虹吸的管槽施工是整个工程的基础，在施工过程中，既需要保证其安全、稳定、高效，还需要综合考虑环保、排水等因素，以达到节约工程建设的成本和保证工程建设质量的目的。本文结合案例工程，分析水利工程中倒虹吸管槽的施工方案和技术要点，为类似工程提供参考。

1 工程概况

引洮供水二期工程施工第63标，主要施工内容为八干渠42+359.95~61+307.32段，该工程包括4座倒虹吸，以管道为主，其中4#倒虹吸长2188.10m（不含15#隧洞长569.57m），5#倒虹吸长1075.59m，6#倒虹吸长296.02m，7#倒虹吸长556.09m，总长4115.80m（不含各倒虹吸所含退水渠），管径DN1000mm，该段设计流量1.7m/s，加大流量2.0m/s，管道以钢管为主。

4#刚坪倒虹吸，表层马兰黄土，厚度8～10m，湿陷性中等~强烈，下部为黄土状土（杂色土为主），厚度大于50m，无湿陷性。临冲沟侧边坡在雨季易滑塌，边坡不稳定。

5#老堡子河倒虹吸现状为台阶耕地，边坡稳定，表层为马兰黄土，厚约15~22m，湿陷性强烈，属自重湿陷场地，湿陷等级为IV级（很严重）。其下为黄土状土，无湿陷性。下伏砂质泥岩，属软岩。

6#倒虹吸边坡稳定，表层马兰黄土，厚15~25m，具中～高压缩性，湿陷性中等～强烈，属自重湿陷性场地，湿陷等级为IV级（很严重）。其下为黄土状土（杂色土），具低压缩性，无湿陷性。下伏基岩砂质泥岩，产状水平，属软岩。

7#倒虹吸地势平坦，现为耕地，阶地前缘自然坡度52°，边坡稳定，表层为洪积黄土状土，厚42m，具高压缩性，湿陷性轻微～中等。下部洪积砂砾石厚度3～4m，地下水埋深40～42m。地下水对混凝土具有硫酸盐型强腐蚀，对钢结构中等腐蚀。下伏基岩砂质泥岩，产状水平。

2 管槽基础开挖

2.1 开挖方法及施工工序

根据设计文件管道段地质条件描述，结合已审批的施工方案，该工程管道段基础开挖分为土方开挖及石方开挖。土方采用PC220挖掘机开挖，在开挖到设计标高上20cm处用人工采用洋镐、铁锨等进行清底，以免扰动基底；石方采用PC220挖掘机配合破碎锤自上而下开挖为主，当方量较大且破碎锤无法施工时，采用浅孔爆破[1]。

由于倒虹吸位置不同，在转换工序的过程中，临时停挖面应不陡于设计的坡，并顺自然边坡开挖临时排水沟，以便及时排除渗水和降雨积水，确保边坡的稳定。

削坡采用液压反铲挖掘机进行，施工时留有20m修坡余量，再利用人工进行修整，直至满足施工图纸和规范要求的坡度和平整度。

施工工序如图1所示。

图1 沟槽开挖施工工序

2.2 施工注意事项

（1）土方开挖时顺地形自上而下开挖，过程中严禁掏槽开挖；

（2）施工中发现土层性质有变化时，及时汇报现场监理和地质工程师，重新修改并确定施工方案；

（3）在耕地范围内开挖，应尽早选择弃土位置，上报监理和业主提前开展征地工作；

（4）开挖过程中要严格控制轴线、高程、桩号坡度等；

（5）开挖过程中采用排水明沟与集水坑相结合，要保证雨水顺利排出，同时避免积水；

（6）坡面修整应进行人工挂线修坡，确保边坡整齐、美观，且满足设计要求。

3 管槽基础处理

引洮供水二期工程施工第63标管槽基础处理主要包括原土翻夯和10%水泥土垫层。

3.1 原土翻夯

3.1.1 原土翻夯前的准备工作[2]

（1）原土翻夯前，应对拟采用的夯填料进行处理，清除腐殖土、草根、树皮等杂物,夯填料经监理现场认可后，提交实验室进行土壤击实试验，以确定击实参数。

（2）填筑前，应根据实验室出具的《土工击实试验》做现场碾压试验，并将试验报告报送监理工程师审批。

（3）填筑前，对填筑部位的平面尺寸、标高、平整度等进行验收，同时进行地基承载力试验，承载力经业主、监理、设计、施工四方联合验收合格后才能开始原土翻夯填筑。

3.1.2 原土翻夯填筑施工

施工采取分层分段流水作业，原土翻夯一般滞后于开挖工程50～100m 施工，并根据现场情况穿插于开挖与其他工程施工中进行。当一个工作单元铺料完成后即可进行另一个工作单元施工，两个相邻工作单元保持平衡的上升和循环。填筑材料上下层的结合层应无砂砾、杂物，表层松散，含水量均匀，无积水。

3.1.3 碾压

原土翻夯填筑碾压时严格按照监理工程师批准的《现场碾压试验报告》中的碾压参数控制施工，若发现土料过干，需进行适当洒水；如土料过湿，则需对土料进行晾晒，在碾压过程中出现大面积“弹簧”现象，必须进行换料处理。根据前期试验控制好铺料厚度，碾压遍数、填筑料最佳含水量、行驶速度，以确保施工质量。

管槽开挖现场如图2所示。原土翻夯碾压施工现场如图3所示。

图2 管槽开挖现场

图3 原土翻夯碾压施工

3.1.4 现场质量检测

黏性土采用环刀法，砂砾土采用挖坑灌砂法进行检测，检测频率须符合现行规范要求。

3.1.5 土料填筑时应注意的问题

（1）铺料时，应避免产生砾石集中而形成土体架空现象，对于超大径石应予以剔除。

（2）压实机具的行驶方向以及铺料方向应平行于轴线。

（3）土料按顺序施工，下层土料施工完成后须经监理工程师验收合格才能进行上一层土料的铺筑。若上一填土层不合格时，应进行返工处理直至合格。

（4）严格控制层间光面、弹簧土、漏压或无压、裂缝等现象。

（5）严格控制填筑含水量，控制范围在最优含水量的-2%~3%之间。

3.1.6 碾压试验

为确保工程填筑施工质量，在技术经济合理的条件下，通过对填筑材料进行碾压试验确定一个最优的碾压参数，该参数需既满足设计控制指标，又便于高效、快速施工，并以此参数检验和控制填筑施工质量，获得最好的压实效果。

（1）试验准备。试验场地规划平整；水平碾压试验需进行基底平整并压实，基底压实度应达到设计要求。斜坡碾压试验需进行坡面平整。

（2）碾压试验内容及项目。试验内容：土料场的土料，不同压实设备的压实遍数试验。具体试验项目：铺料厚度试验；沉陷试验；干容重试验；最优含水量试验和抗剪强度试验等。

（3）试验结果。碾压试验数据包括比重、湿密度、干密度、孔隙率、沉降率、颗粒级配渗透系数。试验报告应包括准备阶段、试验条件、试验过程、试验方法、试验结果，并确定碾压参数和施工控制要求。在施工过程中，应根据现场施工条件和试验结果对试验确定的参数进行调整和修正，以保证工程质量。

3.2 10%水泥土夯填

原土夯填完成后，即可进行水泥土垫层施工。

3.2.1 施工生产准备

（1）土料的检测及制备。土料采用天然状态粉质黏土，且不含杂质。其颗粒粒径不大于15mm，膨胀率应小于20%。在水泥土施工之前，首先通过试验确定土料的物理指标参数，包括黏粒含量、塑性指标、天然含水率，常规堆积密度（自然密度）等，根据各种物理指标确定标准水泥掺量、最大干密度及最佳含水率，指导现场施工。根据实验室确定的土料最佳含水率现场确定取料场，并在便于运输的部位备料，备料土含水率一般以大于拌合料最佳含水率3%~5%为宜。

（2）水泥的选用及试验。施工前对选用的水泥取样送检，对其安定性、初终凝时间、强度等物理力学指标进行检测，经检验合格后方可进场使用。

（3）现场施工工艺试验。在正式铺筑施工前必须按照拟定的施工方法、机械组合方式进行现场试验段铺筑、确定合理的施工参数，并验证水泥土是否能满足设计技术标准要求和进度要求，如果不满足设计和进度要求，及时调整施工方法和机械组合。

3.2.2 工艺流程

10%水泥土夯填的工艺流程如图4所示。

图4 水泥土夯填施工流程

（1）基底施工前应清理表面的腐土和杂物。含水率的控制与原土翻夯控制相同。

（2）第一层放出控制边线，根据试验确定，每层按300mm回填。

（3）土的运输和铺填土料：用反铲挖掘机将前期开挖堆土倒入已测定的回填土（填土时必须将土中植物根系和不适合回填的土料清除），铲车配合将填土大体推平，推平厚度保持在24cm左右。

（4）整平：对铺好的土料进行初步找平，使其表面平整，厚度均匀。

（5）铺摊水泥和拌合：铺摊前计算好水泥用量，然后用拌合机旋拌均匀。

（6）碾压：严格按照已批准的试验参数进行碾压施工，控制好遍数、含水量、机械行驶速度，以确保施工质量，保证达到设计干密度，并平整。

（7）养护：水泥土碾压完成后，禁止重型设备在其上行走或工作，并应及时采取洒水或覆盖养护。

3.2.3 压实标准及含水量

水泥土压实度不得低于设计要求，所用土料含水率应高出水泥土最优含水率3%～5%，加10%水泥经充分拌合后，水泥土混合料的含水率在控制范围内。

3.2.4 现场质量检测

水泥土填筑质量按现行有关施工规范、规程的要求执行，施工完成后，质检人员应根据规范要求，逐层进行取样检测，经验收合格后方可进行下一填筑层的铺筑。

4 其他方面

4.1 施工期排水设施设置[3]

开挖施工中，根据施工现场地下渗流、地形、地貌和地质条件设置临时排水系统。

（1）整个施工过程中要保证开挖边坡的稳定，设立必要的临时排水沟，及时排除雨水及地面积水等；

（2）边坡顶部开挖截水沟，其主要作用是将雨水汇流导入排水沟及时排走，以免雨水顺坡冲刷已经开挖好的坡面；

（3）跨越河道时，若地下水丰富可采用打深井降水措施，创造干地施工条件。

4.2 特殊情况下的预防措施

因为边坡较长时间暴露，影响因素较多，有可能会出现一些特殊情况，对于边坡的变形情况加强观察，主要观察周围土质的水平移动与沉降，认真做好记录，发现异常情况应立即采取相应措施。

4.3 雨季施工

（1）提前安排计划，集中劳动力分段突击，完成一段再开一段，切忌在全线大挖大填；

（2）基坑周围要防止下雨时地表水流入基坑，按原地面排水系统作好临时排水沟，使施工地段能及时排除积水；

（3）基坑内要设置排水沟、集水坑及水泵，以便及时将积水排除；

（4）交通管制，在倒虹吸完工之前，雨季期间严禁车辆在基坑周围5m范围内路基面上通行；

（5）做好洪涝灾害的防范工作，特别是6～8 月份，工程所在地雨量集中，易形成短时间的洪涝灾害。

4.4 环境保护

（1）该工程部分倒虹吸在耕地范围内作业，因此在做好临时排水工作的同时，还应做好改水工作，以免影响到农用灌溉。

（2）建设文明工地：材料堆放整齐，对水泥等材料进行苫盖；垃圾和废弃物要及时清理。

（3）在施工场地布置“六牌一图”，禁止非施工人员进入。

（4）合理优化工程施工，尽量减少或避免占用耕地。临时用地使用完成后，应及时组织复垦，恢复原土地使用现状。

（5）施工过程中尽量不破坏原有植被，保护自然环境。

5 工程施工资源配置

该工程的劳动力配置见表1所示， 施工机械配置见表2所示。

表1 施工劳动力配置表（两班制作业）

表2 施工机械设备配置情况

6 结束语

综上所述，倒虹吸工程的管槽施工过程中，应重点根据地形地貌、所在地的水文特征、地质情况、工程占地等施工条件，综合各方面因素考虑，合理配置人员和施工设备，有效利用资源，有目的、有序地展开施工作业，保证工程进度以及施工质量，为高质高效地建成水利工程创造条件。