冶河灌區(qū)二干渠倒虹吸工程建設(shè)簡析

徐秀敏 張韶輝 李 潔

1. 工程概況

冶河灌區(qū)二干渠（源泉渠）穿越鹿泉市城區(qū)段渠道，建成于1954年，下游灌溉面積9萬畝，該段明渠為填方段，渠道從市中心穿過，渠底高于地面3～8m，渠高坡陡，渠道年久失修滲漏嚴重，過流能力嚴重不足。為除險保安，提高灌區(qū)灌溉效率、節(jié)約占地、美化城市環(huán)境,省計委、省水利廳批復(fù)對該工程進行建設(shè)，城區(qū)高架明渠改造為雙排DN1400mm的預(yù)應(yīng)力混凝土管道暗渠倒虹吸。

2. 工程內(nèi)容

明渠改建倒虹吸1處，全長1195 m；管深采用的是雙排DN1400mm的承插式預(yù)應(yīng)力混凝土管，管中心間距2.8m。

每根倒虹吸管在靠近出口位置最低的鎮(zhèn)墩處設(shè)泄水沖砂管，采用1.0m的預(yù)應(yīng)力混凝土管，設(shè)2孔1.0×1.0m的鑄鐵閘門、10t啟閉機兩臺。豎井采用鋼筋結(jié)構(gòu)，寬1.5m，長1.5m。

鋼筋混凝土蓋板涵2處，涵洞寬5.4m，合計長21.5m。

倒虹吸管從太平河河床下穿過，管道順河流進行防護，管道兩側(cè)采用漿砌石重力墻進行防護，墻頂寬0.4m，底寬0.86m，外邊坡比 1∶0.25，管道頂部采用鉛絲石籠進行防護，防護范圍為管中心兩側(cè)各10m。

3． 工程規(guī)化設(shè)計

3.1 管徑的確定

根據(jù)冶河二干渠續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃，倒虹吸設(shè)計流量為5.4m3/s,將北斗路南——太平河渡槽進口段渠道改建為倒虹吸，該段總落差2.6m。

工程方案擬采用雙排預(yù)應(yīng)力混凝土管。根據(jù)此段工程縱斷面平面圖，依據(jù)下式計算倒虹吸管的沿程水頭損失和局部水頭損失：

式中：

hf—沿程水頭損失；

hj—局部水頭損失；

表1 DN預(yù)應(yīng)力混凝土管參考重量表

L—倒虹吸管長度；

n—水泥管糙率；

v—管道內(nèi)平均流速；

D—管道內(nèi)直徑；

R—管道內(nèi)半徑；

ζ局部—局部損失系數(shù)。

其計算結(jié)果為：采用直徑為1.5m雙排應(yīng)力混凝土管，設(shè)計流速，V設(shè)=1.53m/s，總水頭損失 ζ總=2.46m,略小于2.6m,滿足要求。

考慮到廠家生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土管沒有標準管徑1.5m的輸水管道,因此，試采用雙排直徑為1.4m的預(yù)應(yīng)力混凝土管，按上式計算得到以下結(jié)果：此時倒虹吸內(nèi)設(shè)計流速V設(shè)=1.75m/s，總水頭損失ζ總=3.52m,大于2.6m的總落差，上游雍水0.92m，倒虹吸上游緊接暗渠，最大允許雍水高度為0.95m，可以滿足需求。因此采用雙排直徑為1.4m的預(yù)應(yīng)力混凝土管，設(shè)計流速V設(shè)=1.53m/s，總水頭損失ζ總=3.52m,滿足不沖不淤要求。

倒虹吸采用雙排承插式預(yù)應(yīng)力混凝土管，管徑1.4m，管中心間距2.8m。轉(zhuǎn)彎設(shè)鎮(zhèn)墩，預(yù)應(yīng)力混凝土管下設(shè)0.15m三七灰土墊層和0.2m的碎石墊層。

3.2DN預(yù)應(yīng)力混凝土管基本尺寸及水利學(xué)指標

DN預(yù)應(yīng)力混凝土管基本尺寸可參考表1。

DN預(yù)應(yīng)力混凝土管的水利學(xué)指標應(yīng)滿足：抗裂檢驗壓力為1.37MPa（臥式檢驗壓力指標)；抗?jié)B密封檢驗壓力指標為0.6MPa；管體環(huán)向截面的縱向力值不低于1.5MPa。以上指標均滿足預(yù)應(yīng)力混凝土管GB5695-94要求。

3.3 管線規(guī)化布設(shè)

倒虹吸線路沿原渠線布設(shè)，為了充分利用渠道占地，根據(jù)倒虹吸處的地形現(xiàn)狀，倒虹吸的進口和出口段沿原明渠渠線布置，中斷布置在原渠界范圍的右側(cè)，倒虹吸全長1195m。倒虹吸管線設(shè)計根據(jù)地形、渠道走向、現(xiàn)有公路和規(guī)劃公路的深度及高程、最大凍土層深度等要素進行布設(shè)。在振寧路會館路設(shè)鋼筋—蓋板涵2處，以滿足過載要求。

4. 施工工藝流程

4.1 基槽開挖

管道工程中，基礎(chǔ)處（接第34頁）理是重要環(huán)節(jié)，處理不好，易造成基礎(chǔ)不均勻沉陷，使管接口錯位，甚至折管。使用機械開挖土方時，實際施工的邊坡坡度應(yīng)適當留有修坡余量，再用人工休整，坡度和平整度應(yīng)滿足施工圖紙的要求?；坶_挖后進行機械原狀土輾壓，壓實系數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計要求。

4.2 灰土、碎石墊的填筑

灰土墊層采用熟石灰與黏土拌合物，其拌合物體積比應(yīng)為3∶7。應(yīng)將拌合物均勻鋪平后進行分層夯實，夯實后每層厚度不小于100mm，壓實度按0.96控墊。

碎石墊層要保證碎石鋪攤均勻，墊層表面及空隙采用粒徑5～25mm的細石填補，0.4m厚碎石墊層，下面0.2m用機械與人工平攤、壓實，上層0.2m因管子安裝后無法利用機械施工，這時應(yīng)利用人工鋼釬將每根管的底部搗實，使管底部碎石層密實、飽滿。壓實前應(yīng)灑水使碎石表面保持濕潤。

4.3 鎮(zhèn)墩外混凝土澆筑

支模板時應(yīng)注意模板接縫的處理，防止漏漿或錯臺；大縫可用海綿條擠嚴，小縫可用膠帶粘貼，為保證模板整體性，在模板外設(shè)立木方（15×15cm）支撐，并用直徑16cm螺栓錨緊，為便于撤出螺栓外套薄塑料管，螺栓孔用高標號砂漿堵嚴。

混凝土澆筑時，必須先鋪一層2～3cm厚的水泥砂漿，砂漿水灰比應(yīng)與混凝土的澆筑強度相適應(yīng)，鋪設(shè)施工工藝應(yīng)保證混凝土與基礎(chǔ)結(jié)合良好，水為生活用水?；炷涟匆欢ǖ暮穸软樞蚝头较颍韵露系厮椒謱訚仓?，混凝土初凝后版模不得振動，伸出鋼筋不要擾動。混凝土采用插入式振搗，振搗時間不宜過長，振搗過程中，當混凝土不再有顯著的沉降和大量氣泡，混凝土表面均勻，平整并已冷漿，振搗即可結(jié)束。

在進行混凝土澆筑時，應(yīng)注意以下三點。

一是混凝土澆筑應(yīng)保持連續(xù)性，澆筑間歇不得小于72h，按SDFJ207-82規(guī)定執(zhí)行，若超過允許間隙時間，則應(yīng)按工作縫處理，即進行沖毛處理。

二是混凝土澆筑塊成型后的偏差不得超過模板安裝允許偏差的50%～100%。

三是注意溫度控制，混凝土冬季施工應(yīng)遵守SDJ207-82低溫季節(jié)施工的規(guī)定。冬季施工為確保工程質(zhì)量，防止凍蝕發(fā)生，一般按水泥用量的2%，摻入不含氯鹽或離子的減水劑或復(fù)合型早強劑，以提高混凝土的抗凍性能；采用對拌合用水加熱以適宜運輸（但注意水泥只保溫不加熱,并且不能與80℃以上的熱水直接接觸）；混凝土拌合物的運輸應(yīng)盡可能縮短運距，減少裝卸次數(shù)，并覆蓋保溫，以減少熱量損失。

4.4 預(yù)應(yīng)力混凝土管的鋪設(shè)及安裝

預(yù)應(yīng)力混凝土管的鋪設(shè)及安裝是整個工程的關(guān)鍵工序，混凝土應(yīng)根據(jù)倒虹吸管道布置與地形條件，分斜坡及水平段的安裝。一般先安裝水平管段，再裝斜坡管段，如坡度較大，必須先做好坡腳鎮(zhèn)墩，然后逐節(jié)向上裝管。安裝順序必須自下而上逐節(jié)套接，并注意將承口向上，插口向下。

用2t起重機安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管時，采用直接下管人工對口，2個10t倒鏈水平拉進的施工方法，每節(jié)管要緊貼于墊層或基座上使管受力均勻，在安裝中對每一根管均用經(jīng)緯儀、水準儀控制軸線和高程，誤差控制在任意角度0.04范圍之內(nèi)。

4.5 土方回填

混凝土管身頂面以下部分采用人工分層回填，蛙式混凝土機夯實。管頂上部土層回填厚度在1m以上，第一層鋪土40cm，以后每層鋪土厚30cm,以推土機碾壓分層回填，夯實土干容重不小于 1.65t/m3。

5. 結(jié)語

冶河灌區(qū)二干渠倒虹吸工程規(guī)模較大，施工程序規(guī)范，是預(yù)制混凝土管施工工程中的范例，本文對其規(guī)化設(shè)計、施工工藝做了系統(tǒng)介紹，希望能夠?qū)︻愃乒こ逃幸欢ń梃b作用。該工程自通水運行至今未發(fā)生滲水、折管、堵塞等現(xiàn)象，通水灌溉工作已正常運行，均印證了此項工程規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性和合理性。冶河灌區(qū)二干渠倒虹吸工程雖然一次性投資較大，但工程建成后為城區(qū)節(jié)約占地10余畝，從長遠利益來看，與其他防滲工程措施相比，其經(jīng)濟效益、節(jié)水效益、節(jié)地效益非常顯著。