南水北調(diào)周口供水配套工程穿越新枯河倒虹吸設(shè)計變更及施工要點(diǎn)分析

□劉 麗（周口市川匯區(qū)水政監(jiān)察大隊）

1 基本情況

周口市供水管道穿越新枯河工程位于商水縣齊跪臺東北約800 m，主線樁號114+350（變更后樁號為K2+300.00）左右，工程區(qū)內(nèi)有生產(chǎn)道路與臨鄉(xiāng)間公路相通，交通較為便利。穿越新枯河管道工程中心線上游端樁號為K2+183.359，大地坐標(biāo)為：X=3718554.015，Y=540345.752；下游端樁號為 K2+463.274，大地坐標(biāo)為：X=3718520.226，Y=540623.621。

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.1 工程等別與建筑物級別

10號分水口門輸水管道穿越新枯河為Ⅱ等工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物為4級，并滿足相關(guān)行業(yè)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

2.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

對于Ⅱ等工程，洪水標(biāo)準(zhǔn)按50 a一遇設(shè)計。

2.3 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國地震局分析預(yù)報中心2004年編制的《南水北調(diào)中線工程沿線設(shè)計地震動參數(shù)區(qū)劃報告》，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度。本建筑物為2級建筑物，只考慮水平向地震慣性力作用。

3 工程地質(zhì)

勘察區(qū)位于商水縣齊跪臺東北約800m，主線樁號114+350(變更后樁號為K2+300.00)左右，有生產(chǎn)道路與鄰鄉(xiāng)間公路相通，交通較便利，施工場地開闊?？辈靺^(qū)地貌單元為沖積傾斜平原，微地貌為河谷地貌，河谷呈“U”形，階地不發(fā)育，河底高程約41.60 m，河面寬約110 m左右；兩岸地面高程約46.30 m；兩岸有堤防，寬14.00～16.00 m，堤防頂面高程48.60～49.40 m。勘察期間河水位高程約43.75 m。

3.1 場區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬粘砂雙層結(jié)構(gòu)

地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)(alQ14、alQ24)重粉質(zhì)壤土和上更新統(tǒng)沖積成因(alQ3)的輕粉質(zhì)壤土和細(xì)砂，地層分布較穩(wěn)定。

3.1.1 上更新統(tǒng)(Q3)

沖積成因，巖性主要為重粉質(zhì)壤土、細(xì)砂，局部夾輕粉質(zhì)壤土、砂壤土。

粉細(xì)砂(alQ3)：淺黃、褐黃色，中密～密實(shí)狀，飽和，礦物成分主要為石英、長石，局部見少量云母碎片，砂質(zhì)不純，含少量泥質(zhì)，局部為砂壤土 (⑧-1)、輕粉質(zhì)壤土。該層見于主線樁號112+000～114+564.618設(shè)計變更段。最大揭露厚度約13.70 m。

重粉質(zhì)壤土(alQ3)：淺棕黃色，可塑～硬塑狀，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，局部含量較高，粒徑一般1～3 cm，可見黑色鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)。該層見于主線樁號112+000～114+564.618設(shè)計變更段。該層粘粒含量不均，局部為中粉質(zhì)壤土，夾雜輕粉質(zhì)壤土、砂壤土薄層。揭露厚度一般2～5 m。

3.1.2 全新統(tǒng)(Q4)

沖積成因，巖性以重粉質(zhì)壤土為主。

下段(alQl4)：

重粉質(zhì)壤土(alQl4)：灰黃色、黃灰色，可塑狀，見銹黃色浸染及灰綠色條帶，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，局部含量較高，粒徑一般0.50～3 cm，個別4～5 cm，局部見白色貝殼碎片。廣泛見于工程區(qū)，厚度一般3.00～6.00 m。

重粉質(zhì)壤土(alQl4)：灰褐-灰黑色，可塑-硬塑狀，見銹色斑點(diǎn)，土質(zhì)不均，局部粘粒含量較高，為粉質(zhì)粘土。廣泛見于工程區(qū)，厚度一般0.50～1.00 m。

3.2 穿新枯河建筑物工程地質(zhì)、水文地質(zhì)評價

場區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘砂雙層結(jié)構(gòu)。建基面主要位于第⑧層細(xì)砂中，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk為170 kPa；在進(jìn)口及出口段部分位于第⑥層重粉質(zhì)壤土中。施工開挖邊坡高度6.00～14.00 m左右，組成邊坡的巖土層主要為重粉質(zhì)壤土和細(xì)砂。建議重粉質(zhì)壤土開挖邊坡坡比為1：1.25～1：1.50，細(xì)砂及水位以下邊坡坡比為1：1.75～1：2.00，并采用分級開挖，中間留設(shè)馬道，坡腳為細(xì)砂層易失穩(wěn)，需采取必要的支護(hù)措施。上、下游圍堰工程地質(zhì)條件與軸線工程地質(zhì)條件類似。堰基主要為重粉質(zhì)壤土(alQ24)，屬弱透水，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk為110 kPa，但該層重粉質(zhì)壤土較薄，河水與第⑧層細(xì)砂中地下水有水力聯(lián)系，建議圍堰地基做好砂層截滲工作。

勘察期間新枯河水位高程為43.75 m，存在施工導(dǎo)流問題。導(dǎo)流明渠地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘性土均一結(jié)構(gòu)，開挖深度最大約8.00 m，組成明渠邊坡的巖土層主要為重粉質(zhì)壤土，渠基主要為第⑧層細(xì)砂，存在邊坡穩(wěn)定問題；由于細(xì)砂屬中等透水性，存在地下水滲透及沖刷問題，施工時應(yīng)做好截滲、排水降壓及防沖刷工作。

場區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，潛水主要賦存于重粉質(zhì)壤土和細(xì)砂中，勘察期間，水位埋深2.60～3.90 m，建基面位于地下水位以下，且含水層細(xì)砂為中等透水性，富水性好，存在施工降排水問題，排水難度較大，建議采取相應(yīng)的降排水措施。另外，細(xì)砂層中地下水具微承壓性，存在承壓水頂托破壞問題，建議采取相應(yīng)的降壓排水措施，同時做好反濾措施，以防發(fā)生流土、流沙，必要時采取截滲措施，以確保施工安全。

由于河道較寬，汛期水流量較大，施工開挖邊坡較高，排水、截滲難度大，建議設(shè)計上可根據(jù)施工造價、施工時難易程度及建筑物運(yùn)行后對河道的影響等選擇合適的設(shè)計方案。

4 工程穿越位置

穿越工程位于商水縣齊跪臺東北約800 m，主線樁號114+350（變更后樁號為K2+300.00）左右。

5 工程布置

穿越新枯河工程采用PCCP包封方案，穿越段管身水平投影總長度279.92 m。由進(jìn)出口檢修井、斜管段和水平管段組成，水平段頂部與河底距離為4.20 m。水平段由15節(jié)12 m長水平管段組成，進(jìn)出口斜管段分別由2節(jié)12 m斜管組成，斜管段坡度采用1：8.34。底部縱向轉(zhuǎn)角6.84°，轉(zhuǎn)角鋼管件中心線長度為10 m。

管線穿越新枯河，設(shè)計壓力為1.20 MPa，設(shè)計流量為4.30 m3／s，采用PCCP原管材包封方式穿越新枯河，管材為PCCP為DN2400設(shè)計壓力為1.20 MPa，覆土8 m。外包封采用C25W6鋼筋混凝土矩形斷面，包封厚度為0.50 m，矩形外輪廓尺寸為3.90 m×3.90 m(寬×高)，內(nèi)孔口尺寸為直徑2.90 m(PCCP外徑)，為保證PCCP管道不受外荷載作用，PCCP外周上部包裹SBS改性瀝青4 mm與外包封隔離。1#～2#、20#～22#為斜管段，坡度為l：8.34，4#～18# 為底部水平段、3#、19# 為鋼制管件，管件中心線長10m。包封管節(jié)進(jìn)出口上下設(shè)齒墻，高0.50 m，寬0.50 m齒墻外側(cè)坡比為1：1。包封底部設(shè)C10混凝土墊層，厚0.10 m，兩側(cè)外延0.10 m。管道進(jìn)口處各設(shè)空氣閥井l座，出口處設(shè)檢修空氣閥井1座，以便于管道連接、閥門布設(shè)及運(yùn)行檢修。

管節(jié)伸縮縫間距25 mm，縫隙填充泡沫板，迎水側(cè)填充密封膠60 mm。管節(jié)間設(shè)道道橡膠止水。

穿越位置開挖斷面采用0.10 m碎石墊層，M10漿石護(hù)砌，漿砌石護(hù)底厚0.30 m，齒墻深0.50 m，寬0.50 m，護(hù)底順?biāo)鞣较驅(qū)挾燃s為35 m，垂直水流方向底寬為43 m，高程為40.800 m，兩側(cè)護(hù)坡漿砌石厚0.30 m，齒墻深0.50 m，寬0.50 m，護(hù)坡頂高程為46.00 m，沿管軸線開口寬度為74 m，設(shè)置壓頂寬0.50 m，厚0.30 m。

管頂上部0.50 m處設(shè)置兩道土工格柵，寬11.90 m，長78 m。兩道格柵間距0.50 m。

6 施工要點(diǎn)

該段地下水位均高于勘察期地下水位；開工前，需查明地下水位，研究排水措施，擬定排水方案。

基坑開挖應(yīng)對稱均勻分層進(jìn)行，先中間后四周，不應(yīng)沿基坑四周一次開挖到底，應(yīng)防止挖土機(jī)械開挖面的坡度過陡，運(yùn)輸車輛，運(yùn)輸荷載引起土體位移。

采用機(jī)械開挖基坑時，須保持坑底土體原結(jié)構(gòu)。根據(jù)土體情況和開挖機(jī)械類型，應(yīng)保留200～300 mm土層由人工挖除鏟平(每班停班后機(jī)械應(yīng)停在開挖范圍以外)。

基坑開挖后應(yīng)通知相關(guān)單位驗槽；基坑驗收后，應(yīng)立即進(jìn)行墊層和基礎(chǔ)施工，防止太陽爆曬和雨水沖刷破壞基土原結(jié)構(gòu)。

本工程建筑物整體性要求高，在混凝土澆筑過程中，對混凝土澆筑相對集中的部位要嚴(yán)格控制工作縫，減少不必要的施工縫，保持混凝土澆筑的連續(xù)性，同時要特別注意工作縫及止水伸縮縫的處理和混凝土的溫控工作。

土方回填嚴(yán)格按照有關(guān)施工規(guī)范進(jìn)行，注意在混凝土構(gòu)筑物與土體接觸面上刷粘土漿一道，嚴(yán)格控制回填土料質(zhì)量，土方填筑時，要嚴(yán)防腐植土、凍土、雜物等上堤，分層填土，分層壓實(shí)，要求壓實(shí)度≥0.97。

M10漿砌石護(hù)坡護(hù)底寬度每側(cè)大于開挖開口寬度lm，實(shí)際護(hù)坡寬度以實(shí)際開挖寬度控制。

橡膠止水帶耐久性應(yīng)滿足《水工建筑物止水帶技術(shù)規(guī)范》（DL／T5215-2005）的要求。主要指標(biāo)為：厚度≥10 mm，寬350 mm，拉伸強(qiáng)度＞15 MPa，遇水膨脹線拉伸強(qiáng)度＞3 MPa、體積膨脹率≥400%；密封膠粘結(jié)拉伸強(qiáng)度≥0.40 MPa，粘結(jié)拉伸伸長率≥400%；填縫材料采用高壓聚乙烯低發(fā)泡閉孔泡沫塑料板，主要指標(biāo)：彎曲強(qiáng)度≥2.50 MPa，彈性模量≥1MPa，壓縮永久變形≤2%，抗拉強(qiáng)度≥0.15 MPa，延伸率≥100%。

土工布≥350 g／㎡，厚度≥2.7 mm，縱橫向撕破拉力≥0.28 kN／m，縱橫向斷裂拉力≥11.0 kN／m。

聚丙烯雙向土工格柵，每延米拉伸屈服力(縱、橫)≥50 kN／m，屈服伸長率(縱、橫)≤13%。