南水北調東線穿黃北區灘地埋管工程施工探析

方喜良　王春娟　曲樹成

(沈陽利鑫土木工程有限責任公司， 遼寧 沈陽　110179)

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南水北調東線穿黃北區灘地埋管工程施工探析

方喜良王春娟曲樹成

(沈陽利鑫土木工程有限責任公司， 遼寧 沈陽110179)

管道輸水是水利工程中常用的輸水形式，內圓外城門洞型大斷面現澆鋼筋混凝土埋管施工在國內比較少見。本文結合工程實際，闡述了灘地埋管基礎處理、混凝土施工工藝及施工注意事項，以期為類似工程施工提供幫助。

南水北調； 灘地埋管； 鋼筋混凝土； 施工工藝

1　工程概況

南水北調東線穿黃河工程是東線控制性工程，從東平湖老湖區引水，在東平湖西堤(玉斑堤)魏河村北建出湖閘，在黃河南大堤(子路堤)前建埋管進口檢修閘，埋管穿過子路堤、黃河灘地至黃河南岸解山村，經隧洞穿過黃河主槽及黃河北大堤，在東阿縣位山村以埋涵的型式向西北穿過位山引黃渠渠底，與黃河以北輸水干渠相接[1]。北區工程中的灘地埋管總長1600m，內徑7.5m，為有壓內圓外城門洞型鋼筋混凝土結構，管壁混凝土襯砌厚度95cm。

2　灘地埋管土方開挖及基礎換填

埋管工程區為黃河灘地，主要為砂壤土，大部分采用反鏟挖掘機開挖，自卸汽車運土，大型推土機配合挖掘機進行整平及土料堆放。工藝流程：人工配合機械場地清理→測量放線→表層土開挖→表層土指定點堆放→基槽土方分層開挖→開挖棄土外運→開挖土指定點堆放。

a.埋管段土方主要為明槽開挖，根據復核后工程師批準的坐標點和水準點，用全站儀對地形及建筑物軸線進行測量定位，然后用白灰撒出開挖邊界線進行開挖。邊坡比1∶2.0，開挖深度在16m左右，在36.00m高程處設2m寬二級馬道。采取每段分層開挖，層厚不超過4m，開挖合格土料用于回填和液化段碎石土換填，不合格土料運至工程師指定的棄土場。為避免基礎土方擾動，建基面以上20cm的土方采用機械配合人工進行開挖。

b.地基液化地段按照設計文件及相關技術規定要求，將液化土層全部挖除，進行碎石土換填。北區埋管樁號5+107.000～5+237.000段建基面為基礎液化段，碎石與土的比例為6∶4。根據現場實際情況及施工詳圖確定基礎處理開挖深度，基坑開挖前必須做好降排水工作，并用木樁、竹跳板、土工布等進行必要的邊坡支護，防止邊坡塌土混入碎石土中，雨季施工時要用塑料布、土工布等做好建基面及邊坡的防護工作。碎石土施工時分層進行填筑。人工夯實時，每層土鋪設厚度不大于20cm；機械夯實時，每層土鋪設厚度不大于25cm。碎石土中碎石最大粒徑不得大于40mm。填筑標準為：干容重不小于1.8kN/m3，壓實度不小于95%。

3　埋管基坑降水

北區埋管工程區地下水為第四系松散土層孔隙潛水，受黃河水和雨季降水滲透補給，潛水位高程37.20～38.50m之間，考慮到埋管開挖區斷面型式、開挖深度和地層結構特點等因素，施工過程中以大口混凝土管井降水為主，結合現場明排的方式進行降水。圖1為開挖斷面及施工排水示意圖。

圖1　開挖斷面及施工排水示意圖

a.埋管基坑開挖為復式對稱梯形斷面，基坑底寬14m左右，基底高程25.00～27.00m，馬道上下邊坡均為1∶2，基坑上口開挖寬度約80m，為取得最佳控制效果，在馬道坡腳各打設一排大口井，對稱于基槽中心線，兩排井的軸線距離約60m，單排井距20m，大口井在第一次土方開挖完成后的高程上鉆孔，用旋轉鉆機成井，對于設計勘察文件顯示的地下水豐富區域，井距可適當加密。降水井的結構選用預制加筋混凝土管，設計井管內徑φ400mm，每節1m，井底部管外壁鉆梅花孔并包一層200g/m2土工布，其外井身填反濾小碎石，如果地質復勘報告中粉砂或粉細砂層較厚，可在反濾碎石中混入中粗砂以防止淤井和塌孔。降水井上口要高于馬道0.5m，防止泥土雨水進入。

b.每眼井內安裝一臺2寸潛水泵抽取井內滲水，出水管采用φ50mm膠管放在邊坡上就近將滲水經進水口排放到基坑外側的排水干溝內。土方開挖前根據實際情況開始抽水，要始終保持井內的低水位，確保施工面旱地作業，直到埋管混凝土澆筑完畢，埋管外土方填筑到一定高程后方可停止抽水，撤泵填井。

4　埋管鋼筋混凝土施工

4.1埋管墊層混凝土施工

基礎處理完成，建基面隱蔽工程驗收合格后進行埋管墊層混凝土施工。墊層混凝土由混凝土罐車運至皮帶裝備端頭，利用皮帶傳送裝備和自制帶軌道的門式澆筑設備進行送料和布料，人工配合平倉。門式澆筑設備配有三個布料口，根據現場情況調節布料位置，每完成一個斷面后，設備通過電機牽引向前移動，如此完成倉面墊層混凝土澆筑。利用推板均勻平料進行人工平倉，采用振搗梁振搗，保證振搗到位。

4.2鋼筋工程

進場的鋼筋按規范及設計要求檢測合格后加工使用。鋼筋原料及成品分別集中堆存于原料堆放區和成品堆放區，相同種類、規格、形狀、用途的鋼筋堆放在一起并掛標識牌，說明使用部位、規格、數量、尺寸等內容。場內鋼筋倒運由25t汽車吊配合鋼筋平板運輸車進行。鋼筋加工時表面應潔凈無損傷，嚴格按照圖紙施工。

4.3模板工程

根據設計圖結構型式，采用埋管內圓鋼模板臺車。先施工90°仰拱，仰拱模板用錨桿固定，克服混凝土產生的浮力，使模板穩定在預定的工作面上[2]。

a.內外模板使用預埋拉桿拉接，襯砌臺車長度9980mm，每施工段分三節，每節有獨立的行走系統。襯砌臺車側模板可繞頂模板鉸鏈點做收支回轉運動，頂模板可上下調節50～80mm，當模板一段施工完成后，拆除穿墻螺栓，側模板在人力的作用下，向桁車架方向旋轉一定距離，使側模板徹底脫離混凝土表面，頂模板帶動側模板同時下降一定距離，整個襯砌臺車全部脫離混凝土表面，然后進行下一個流水段施工。

b.外模采用組合鋼模板，支撐材料為φ48mm×3m鋼管，無撓曲變形，滿足支模的剛度要求。利用海綿條對模板拼縫進行密閉處理，以保證拼縫嚴密，防止漏漿跑漿。定型模板的垂直運輸先由吊車配合人工將模板運送到基槽內，再由門式起重設備吊運至使用部分。裝卸過程中應輕裝輕卸，嚴禁拋擲，以免碰撞使之損壞、變形。

c.止水帶加固模板根據設計尺寸采用加工定制的定型模板，配以∠30°×30mm角鋼制成的桁架、φ16mm鋼筋對拉螺栓作為支撐體系。

4.4混凝土工程

a.混凝土施工采用流水施工方法，樁號4+934.807～5+734.807為第一施工段，5+734.807～6+534.807為第二施工段，兩個施工段同時先進行底部混凝土施工，并抓緊形成上部拱頂混凝土施工面。6套模板臺車支模。混凝土澆筑順序為第一序：1號、3號、5號……；第二序：2號、4號、6號……。

b.施工工藝流程：施工準備→單數倉號底板鋼筋綁扎(包括錨固鋼筋)→單數倉號底板模板安裝→單數倉號底板模板整體加固→清理、沖倉驗收→澆筑混凝土→養護→雙數倉號底板鋼筋綁扎(包括錨固鋼筋)→雙數倉號底板模板安裝→雙數倉號底板模板整體加固→清理、沖倉驗收→澆筑混凝土→養護→(具備上部施工條件)→第一序倉號內模臺車安裝到位→鋼筋焊接、綁扎→外模安裝→拱頂模板整體加固→清理、沖倉驗收→澆筑混凝土→養護→第二序施工→下一施工段。

c.混凝土澆筑施工如圖2所示。該工程投入門式澆筑設備，并配備一套軌道和吊裝設備，可行走澆筑、吊裝。對于模板、鋼筋等材料的垂直和水平運輸采用上開口安排吊車吊運，基坑內安排門式澆筑設備倒運相配合的方式。利用門式澆筑設備入倉，皮帶傳送裝置將上開口處的混凝土運至澆筑區域上方，通過設備上的串桶布料入倉。

圖2　灘地埋管混凝土工程施工

埋管主體混凝土采用常規混凝土，分段分層澆筑。首先由混凝土罐車將混凝土運至澆筑設備旁，利用皮帶傳送裝置將混凝土輸送至串桶口位置。底板最高部位為2.05m，最低部位為95cm，澆筑時利用三條串桶下料，每個澆筑部位布料均勻，同時上升。振搗時，在仰拱模上開施工工藝孔，保證振搗到位。兩側振搗工站在入倉口處的腳手架上進行振搗，分層上升，每層布料厚度不超過40cm，在底板澆筑至圓切點部位后氣泡不易排出，分層厚度減小為20cm，振搗工振搗，將氣泡引出。

拱頂混凝土澆筑時，兩邊的拱墻對稱平行上升，以40cm厚度分層布料，均勻上升。當混凝土澆筑至內圓切點時，剩余部分混凝土水平分層澆筑到頂部。

因拱頂混凝土澆筑高度與澆筑強度均較大，利用在外模上留設的下料口進行布料。在倉內部設置串桶并固定在模板上表面，上口與門式澆筑設備自帶的串桶連接，倉內串桶出口距原混凝土基面小于2m。若鋼筋較密，在下放料斗時暫時將之拆開，當滿足落差要求時重新綁扎復原。當澆筑至預留口時，進行封堵，利用拱頂部的模板工藝口左右布料，同樣保證均勻上升直至混凝土澆筑完成。

d.施工縫、止水施工。在混凝土達到規定強度后進行施工縫處理。混凝土表面采用人工鑿毛，直至露出新鮮石子，然后用風水槍將混凝土表面清洗干凈，排除積水及松動渣塊。

埋管主要采用紫銅片止水和橡膠止水帶止水。隔縫材料采用閉孔泡沫塑料板，迎水面伸縮縫上部填堵聚硫密封膠。橡膠止水帶寬350mm，厚8mm，安裝時采用定型模板將止水帶固定，澆筑倉面以外部分的止水帶由固定支架固定。止水帶按照設計位置埋設，止水帶中間可伸縮部分不得埋入混凝土中，以保證其可自由變形。

在止水帶附近布送混凝土料時，混凝土料不得直接卸在止水帶上或在止水帶附近形成堆積。采用人工布料平倉，并剔除緊靠止水帶的粗大骨料，在豎向止水帶兩側澆筑混凝土要均勻對稱下料，防止將止水帶擠向一側。混凝土振搗時使用50型振搗棒，仔細振搗密實，嚴禁把泌水趕至止水帶附近。紫銅止水片應干凈、完整無損，其搭接長度不得小于20mm，紫銅片固定在施工縫處的定型模板內，固定牢固。澆筑時需安排振搗工人仔細振搗，并保證其位置不變。

施工縫采用雙組分聚硫膠密封，施工時先將閉孔泡沫板的內邊根據聚硫膠的厚度切開一條縫，但是不斷開，待雙組分聚硫膠施工前剔開，然后撕去切開的閉孔板條，滿足聚硫膠厚度。施工時采用角磨機將縫隙兩側打磨干凈，用空壓機將縫內吹凈，再用油灰刀將配置好的密封膏在接縫兩側先涂抹一層壓實，然后將密封膏嵌入縫道中并達到規定厚度，操作時不得夾帶氣泡進入材料中。在施工拱頂部縫時，將PS雙組份密封膏嵌入后，用托板將縫道托住，防止PS雙組份密封膏下垂。

5　埋管土方回填

土方填筑要根據試驗確定的各施工參數并經監理工程師批準后進行。

埋管混凝土強度達到設計強度的70%后，及時進行回填，確保埋管汛期安全。埋管兩側基礎清理完畢后，進行埋管段土方回填[3]。嚴格控制填筑土料的含水量，其中埋管頂部以下回填土的壓實度不得小于0.94，其余部位回填土的壓實度不小于0.90。利用挖掘機挖裝土，10t自卸汽車經臨時施工道路運至填筑點，按后退法卸料，推土機攤平碾壓，確保碾壓后的土層滿足設計要求，填筑一律分層平鋪，水平分層由低處開始逐層填筑。如圖3所示。

1區土方回填：由于填筑面比較窄且深，回填土料不能用推土機直接推土到位，在二級平臺上布置挖掘機倒土，小型推土機攤平碾壓，接近管身處采用蛙式打夯機夯實。管身兩側對稱回填，分層碾壓，平行上升。

3區土方回填：當1區回填作業面達到可以采用大型推土機施工作業時，3區一次回填。土料直接由大型推土機推土到位，小型推土機平鋪初壓，大型振動碾分層碾壓，邊角采用蛙式打夯機補夯。管身兩側對稱回填，分層碾壓，平行上升。

圖3　土方回填示意圖

2區土方回填：該區域土方回填采用推土機推土，自卸汽車運土到埋管邊界時，挖掘機倒土到埋管頂部，然后人工鋪填，人工套打法夯實。當埋管頂部回填超過1m以后，進入3區二次回填。此時3區回填采用大型推土機推土，小型推土機攤平，振動碾碾壓密實。

6　結　語

通過精心組織和采取各項技術措施，東線穿黃河北區埋管施工取得了很好的效果，保證了工程質量，同時流水作業也滿足了進度要求。類似工程施工時要根據不同的地質條件做好基坑排水、基礎處理，防止出現不均勻沉陷；由于混凝土體積較大，不同地區澆筑時要安排好合理的澆筑時間，做好溫控措施，防止出現溫度裂縫，確保埋管達到設計效果。

[1]劉寧.南水北調東線穿黃河工程方案的論證與確定[J].南水北調與水利科技,2008.

[2]張大成.南干渠工程隧洞二次襯砌混凝土澆筑質量的控制研究[J].水利建設與管理,2012.

[3]張玉波.淺析南水北調渠道交叉及結合部位質量控制要點[J].水利建設與管理,2013.

Discussion on north zone beach buried pipe engineering construction in South-to-North Water Diversion Eastern Line Cross-Yellow River Project

FANG Xiliang, WANG Chunjuan, QU Shucheng

(ShenyangLixinCivilEngineeringCo.,Ltd.,Shenyang110179,China)

Pipeline water conveyance is a commonly-used water conversion form in water conservancy projects. Inner circle outer gate cave large section cast-in-place reinforced concrete buried pipe construction is rare in China. In the paper, engineering practice is combined for describing beach buried pipe foundation treatment, concrete construction technology and matters needing attention in construction in order to provide assistance for similar engineering constructions.

South-to-North Water Diversion; beach buried pipe; reinforced concrete; construction technology

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.008

TV672+.2

A

1005-4774(2016)09- 0028- 05