北疆供水工程加高项目设计与施工

王湘伊 王明明

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 新疆乌鲁木齐 836403）

1 概述

1.1 工程概况

北疆供水工程某干渠工程为大（Ⅱ）型工程，渠线全长135.857km，设计流量68m3/s，加大设计流量75m3/s，渠道断面形式为平底梯形断面和弧形底梯形断面，渠底宽 4m，内外边坡 1∶2，纵坡 1/10000—1/125000。渠深 5.4—6.2m，水深4.68—5.36m，渠堤超高 0.5m，沿线有隧洞、渡槽、分水枢纽、分水闸、节制闸、退水闸、排洪涵洞、蓄洪库、纳洪口、公路桥等。

1.2 运行概况

北疆供水工程主要是解决乌鲁木齐经济区、北疆油田城市和工业用水以及准东煤炭化基地用水，并兼顾沿线农牧业和生态用水。该工程于2000年试运行，目前已安全运行14年。由于新疆经济的快速发展，工业、农业用水需求逐年增大，在2007年北疆供水工程干渠输水运行最大流量已达70m3/s，现有的渠道输水能力已满足不了工业及农牧业和生态用水日益增长的需求。

2 加高工程设计

为缓解用户用水需求矛盾，充分利用现有基础设施及水资源，对现有的渠道进行加高改造，充分发挥工程综合效益。

2.1 加高方案数据分析

收集运行期数据，对当前干渠过流能力进行初步分析。采用运行期最大流量时干渠渠堤每隔500m的水深数据，在明渠均匀流情况下，在渠道加高设计过流量Q＝95m3/s时，通过水力学公式计算反推各断面水深，确定渠道横断面尺寸，渠堤需要加高的高度。

2.2 加高方案制定

依据分析数据资料，制定渠堤加高方案，拆除加高部位的原渠道渠沿石及渠沿石下0.5-1层衬砌板、板下砂浆、膜下砂浆，保留50cm宽的旧塑膜与新塑膜焊接。然后按照设计尺寸及渠道土方回填技术要求，进行分层小功率震动碾压，最后修坡、衬砌。将占渠线总长22%的稳定性较差的泥岩段进行全面置换，在渠底设置纵横向排水；加强渠堤加高与基础设施连接部位的施工；考虑工程地质条件、自然条件和运行期限制等多方面因素影响，采取分步实施方案，先进行地质条件复杂、重要基础设施区域，后进行一般区域，结合干渠春秋季维修，分期逐步完成总干渠加高工程任务。

3 加高工程施工

3.1 自然条件

北疆供水某干渠工程所在地区属大陆北温带及寒温带。多年平均气温 3.4℃，最高气温39.60℃，最低气温-42.7℃，多年平均降水量112.70 mm，多年平均蒸发量1844.40mm,多年平均雷暴日22.2天，最大积雪深度0.28m，最大冻土深度 1.50m，多年平均日照时数 2890小时，多年平均无霜期146天，每年可施工期较短。

3.2 工程地质条件

北疆供水工程干渠渠线先后穿越剥蚀起伏的平原，剥蚀起伏的平原与冲洪积平原的过渡带和河谷阶地。渠道挖方渠道总长约76.69km，半挖半填渠道总长约为 36.77km，平均填方高1.61m，平均挖深 3.99m；深挖方、高填方，总长分别为8.15km和8.86km，深挖方主要是渠道通过平台段最大挖深可达32m，高填方主要位于乌伦古河河谷和较大的冲沟，最大填方高度达15m。总干渠泥岩、砂质泥岩分布面积约占渠道总面积的 21.6%，其中渠底分布的泥岩长为42.248km，大部分以弱-中膨胀岩为主，局部段为强膨胀岩，对渠道的安全运行存在不同程度的潜在危害。

3.3 工程交通条件

干渠加高工程是在原有工程基础上进行施工，周边城区、乡镇道路均可通至施工现场。现有的伴行公路作为施工主干道，满足施工交通要求，施工期间可作为临时施工道路，场内交通较为方便。

3.4 建筑材料的来源

干渠上游枢纽附近及干渠下游顶山附近有2处混凝土骨料场，11处渠道填方料场，沿线没有合适的混凝土骨料场。混凝土骨料、反滤料由承包人就近从骨料场采购。预制混凝土板、预制混凝土渠沿石、预制混凝土网格梁由顶山板厂、635板厂提供。水泥、塑膜、聚氨酯、外加剂由材料设备处提供。

3.5 供水、供电

工程用水主要由施工用水、生活用水和消防用水三大部分组成。引水渠道及福海水库为本工程生产和生活用水水源。在伴渠输变电线路指定点接电。

3.6 施工材料

施工材料由最近板厂、材料库房调运。砂石骨料由承包人由料厂运输至施工现场。

3.7 计量

现场施工测量放样，混凝土、砂浆的抗压、抗冻、抗渗试验，土方干容重、干密度、压密度等实验。

3.8 加高工程施工控制

3.8.1 渠道衬砌现场布置

做好施工前施工便道、砂浆及混凝土搅拌设备、砂石骨料及水泥堆放场地、预制构件堆放场地、蓄水池的布置。施工便道间距以500m开设一个路口为宜；分段施工以每段一个路口为宜，便道宽度 6m；砂浆及混凝土搅拌设备应布置在渠道与伴行公路之间，距施工便道外侧2m为宜；砂石骨料及水泥应堆放在混凝土搅拌机后或侧面；衬砌预制构件整齐堆放在马道外侧利于土方回填的位置，每垛堆放高、长、宽度分别不超过1.0m、3m、1.5m，垛与垛的间距不小于2m；砂浆和混凝土的拌和与养护用水应用水箱蓄存，位置应与拌和设备紧凑布置，并利于砂浆养护。

3.8.2 预制构件拆除

拆除后的预制构件按六角板、五角板、四角板等不同规格的预制构件分开整齐堆放，每垛堆放高、长、宽度分别不超过1.0m、3m、1.5m，垛与垛的间距不小于 2m，距渠堤边坡开口线2.0m，不能影响土方回填。

3.8.3 土方回填

清理干净基础面，并保持平整；加高段回填不含泥岩土料；马道回填含砾白砂岩或天然戈壁料；按照设计尺寸分层回填，回填厚度每层不超过0.5米。

3.8.4 边坡修整

按照单元长度（19.4m）、设计尺寸（边坡长度）进行放线修整边坡，渠边坡坡比均为1:2；对粗修后的松软边坡进行洒水打夯，然后进行精修，保证坡面平整、坚实，满足设计要求。

3.8.5 隔梁槽开挖

按单元长度确定第一个横隔梁中心点，每隔19.4m确定其余横隔梁中心点，进行通梁挂线后开挖，用钢卷尺控制挖深，保证基槽顺直、完整，符合现浇隔梁断面设计尺寸（0.3*0.3m），隔梁槽宽允许偏差±10mm；隔梁槽深允许偏差±10mm。

3.9 砂浆拌制与运输

砂浆严格按照配合比进行搅拌，拌合时间3分钟；拌和好的砂浆不宜长时间存放，堆放的砂浆必须盖防晒布，并在30分钟内用完；砂浆运输路面要平，较远运输盖防晒布。

3.10 膜下砂浆

膜下砂浆采用先边坡后渠底，坡面自上而下，渠底由一端开始向后倒退的方式施工；砂浆厚度采用角钢控制（砂浆厚度 2.5cm允许偏差＞-3mm），角钢每两根为一组；砂浆铺筑时抹子运动方向应是由上往下抹浆，刮尺找平时也必须由上向下移动，禁止反向操作在两根角钢内铺筑砂浆，压实后，砂浆厚度与角钢立面同高，用长刮尺找平后，再移动角钢铺筑相邻面。

3.11 一布一膜铺设与焊接

铺膜前清扫干净膜下砂浆上一切杂物；土工膜与膜下砂浆压平贴紧并留有一定的松弛度，坡顶以上土工膜应整齐卷好，并在覆盖后压紧；焊接前必须首先进行试拼接，以决定焊接温度和行走速度；焊接搭接形式为上游一副压往下游一副，搭接宽度 10cm，焊接时必须保证搭接部位清洁干净，焊缝经检查验收合格后，缝间土工布应手工缝合，并立即进行下道工序，阳光直射下土工膜应在12小时内覆盖；焊缝要密实牢固，轮痕迹明显，平直，无褶皱，无轮切现象；严禁一布一膜上堆放预制板与施工人员行走。

3.12 横隔梁施工

在膜下砂浆铺筑完成后进行基槽清理、埋设土工膜、立模、浇筑和养护施工；混凝土严格按照配合比进行搅拌，搅拌时间3分钟；混凝土拌和料用袋装料，从渠底隔梁槽开始依次向上倒入隔梁槽内,不得从槽内膜上滑浆，振捣密实，防止漏振，隔梁表面原浆抹光。

3.13 预制板衬砌

砌筑前先将坡面一布一膜拉展，逐层拉水平线砌筑，砂浆的铺筑与砌板同步，用编织袋沿坡面下浆，边坡斜长距坡顶1.5m范围内可采用直接入仓方式；预制板铺砌时板下砂浆应饱满、厚度2cm，并用木锤适度敲击，使其平整与砂浆接触紧密，板缝宽2cm，衬砌面应平整，允许偏差10～15mm。

3.14 砂浆勾缝

使用专用勾缝刀将缝间砂浆捣实，原浆抹平、压光；板缝砂浆必须饱满均匀，光洁平整，不得突出板平面；预制板衬砌完毕，待勾缝砂浆终凝后，覆盖麻袋或线毯保温养护，养护时限不得少于14天。

3.15 渠沿石砌筑

对渠沿石槽开挖，开挖时严禁损坏卷起的渠顶边膜；按照设计高程进行渠沿石施工放线；勾缝与砌筑同步，勾缝砂浆饱满均匀、光洁，缝面与渠沿石相应面为同一平面；渠沿石砌筑顺直、顶面水平，渠沿石顶高程允许偏差±10mm，轴线允许偏差±10～20mm。

3.16 马道膜埋设

进行马道开挖，保持开挖面平整，无突出硬物，满足马道膜埋设要求；马道膜埋设宽度按要求1.5m进行焊接，马道开挖完成后，将马道膜拉展检查并确认无破损后，人工回填，最后进行机械碾压。

3.17 伸缩缝处理

清扫干净伸缩缝内一切杂物，控制缝宽2cm～2.2cm，缝深5～6cm；在施工现场进行聚氨脂砂浆拌和，即将过滤、烘干后的细砂与米兰花A、B组（重量比）按1:2:7的比例倒入拌和器内人工搅拌均匀，拌合后的聚氨脂砂浆在 15分钟内用完，超过时间以弃料处理；将拌合后的聚氨脂砂浆用嵌缝刀控制，将砂浆沿渠边坡自上而下缓缓灌入伸缩缝内，用嵌缝刀不断进行刮平处理，不得出现断头或空洞，并避免粘到预制板上；嵌缝完成后，8h内防止与水接触。

3.18 现场整治

加高现场完成后，对现场进行清理，将弃板、工程垃圾集中处理掩埋，进行场地平整，恢复工程原始地貌。

4 结语

2008年北疆供水工程开始渠堤加高工程，至2013年，已完成渠堤加高55km，累计安全输水40亿m3，年输水量较2008年增长约25%，较大缓解了当前用水需求矛盾。经实践证明，渠堤加高工程满足工程安全输水要求，最大限度发挥了北疆供水工程的综合效益，更好地促进北疆供水工程的协调和可持续发展。