基于南水北调中线华柴暗渠管身段土建工程的施工工艺研究

2020-12-21黄生木

资源信息与工程 2020年6期

黄生木

(中铁十九局集团矿业投资有限公司，北京 100161)

南水北调工程是我国重大的民生工程，是有效缓解南北水资源分布不均匀现状的主要措施，对于南北地区经济发展和生态修复等意义重大，同时也是提高水资源利用率的基础。南水北调工程由一系列的管道暗渠工程组成，其施工质量对水资源的导流质量影响较大，尤其是暗渠工程中的渗漏问题，更是影响南水北调战略有效实施的关键环节[1]。本文以位于石家庄市的中线华柴暗渠管身段土建工程为例，研究其施工工艺，从而为提高安全管身段施工质量奠定基础。

1 工程概况

南水北调中线华柴暗渠管身段土建工程位于石家庄市桥西区和新华区，起点总干渠桩号(224+966)，终点总干渠桩号为(236+934.9)，该段工程全长约10.98 km，其中渠道长10.26 km，暗渠1座，全长0.72 km；左岸排水建筑物2座，控制性分水口门1座。总干渠设计流量为220 m3/s，加大流量为240 m3/s，起点设计水位为77.218 m，终点设计水位为76.408 m，总水头差为0.810 m。

2 施工工艺及注意事项

2.1 施工导流

华柴暗渠施工范围内有污水沟穿过，为确保正常施工，需要进行经常性施工导流。设计洪水采用枯水期5年一遇标准，最终确定导流设计流量为10.5 m3/s。华柴暗渠边坡按1∶1.5坡度放坡后右开挖边线已经进入原三环外污水沟内，影响工程结构物的开挖，为防止污水在开挖后回流入基坑以及提高边坡稳定性，确定了如下导流工艺及注意事项：①将原污水沟挖除，清除淤泥挖至沟底壤土层，由于污水沟长年有污水流过，沟底土壤层含水量较高，选用30 cm厚的15%掺量石灰土做水稳层；②用渠身开挖的黏性土将原污水沟开挖后的基坑回填，分层碾压，每层铺设厚度40 cm，确保压实度达到98%；③在基坑开挖线外7 m明挖一沟渠，渠底宽度4 m，渠底高程与原污水沟底高程一致，渠边边坡1∶1.5，经水文计算满足导流要求；④在开挖边线外2 m做一个纵向黏土围堰，黏土取自渠身开挖黏性土，围堰底宽5 m，围堰堰高2 m，分层碾压，确保压实度达到0.98；⑤在渠身段上下游分别做一个横向黏土围堰，黏土取至渠身开挖黏性土，围堰底宽5 m，围堰堰高2 m，分层碾压，确保压实度达到0.98；⑥渠身一期工程回填完毕后，拆除一期围堰，按一期标准做二期工程围堰及导流明渠。

2.2 基坑土方开挖及边坡支护

(1)基坑土方开挖。为提高基坑土方开挖质量，必须确保华柴暗渠渠身中心线与总干渠中心线重合。由于该段地下水位在基面高程0.5 m以下，故不存在初期排水问题，开挖前严格按照施工导流方案做好导流明渠和挡水围堰，开挖至设计高程前预留50 cm厚保护层，在基底两侧做500 mm×500 mm排水沟，设集水井形成经常性排水系统。渠身结构尺寸为29 m，由于外侧钢模台车及自移式布料机的工作空间为3 m，及渠底左侧布设4m宽施工辅道。则开挖左轴距为21.5 m，开挖右轴距为17.5 m。边坡放坡为1∶1.5，为了加强边坡稳定性，在高程为73.5 m设置2 m平台。

(2)基坑边坡支护。根据场地工程地质条件，基坑开挖深度要求和基坑周边坡顶场地的使用要求等，坡面施工采用土钉墙，靠近公路一侧开挖边设置微型桩[2]，其施工参数和工艺如下：①剖面，在左右岸纵向边坡采用1∶1.5的坡度进行放坡，坡面施工土钉，挂Ф6.5 mm@200 mm×200 mm钢筋网，喷射C20砼80 mm厚；在靠公路一侧的横向坡采用70°放坡，设置微型桩及预应力锚杆，坡面施工土钉，挂Ф6.5 mm@200 mm×200 mm钢筋网；②土钉，采用Ф25 mm钢筋土钉，成孔直径60 mm，采用水灰比0.45～0.55的纯水泥浆灌注；③喷射混凝土，厚度80 mm，细石混凝土强度为C20，配合比为水泥∶中砂∶碎石=1∶2∶2.5，采用喷射砼机高压喷射；④排水，坡面根据实际施工需要设置泄水管，坡顶、坡底设置排水沟，进行排水；⑤坡顶设置1.20 m高的防护栏杆，采用D40钢管制安；⑥微型桩直径300 mm，桩之间的净间距为800 mm，长约15 m，桩内放置18号工字钢，孔内回填2～3石子，采用PO32.5R普通硅酸盐水泥，水灰比按1∶ 0.5，分两次高压注浆；⑦预应力锚杆孔径130，机械成孔，采用Ф28 mm钢筋，锚头张拉锁定在腰梁上，张拉荷载为150 kN，腰梁尺寸200 mm×200 mm，采用支模，喷射C20砼。

2.3 模板工程

模板工程是提高暗渠管身段施工质量和施工效率的基础，模板工程主要包括底模、钢模台车(内模和外模)和端模。

(1)底模。底板模板采用5 mm钢板拼装而成，外侧模板采用2 m×2 m的大型模板，在距底面60 cm处内预留一对拉孔，内导角模板采用20 cm×2 m和70 cm×2 m模板拼装而成。渠身底板模板采用普通支模方法，模板用定型组合钢模板拼装，模板间用螺杆相连，为防止露浆板缝间用2 mm双面胶带压紧。为提高底模施工质量，应注意以下事项：①底板外侧模板外面用Ф48 mm钢脚手管做站筋和围禀，在围禀处并用Ф48 mm钢脚手管打斜撑，共设置两道斜撑，第一道斜撑在距离基面1 m处；第二道斜撑在距离底基面1.6 m处，并在预留孔处设置对拉杆，对拉钢筋Ф20 mm；②底板内模根据设计结构尺寸，做八字定型钢制模板，内模支立底角侧边利用保护层垫块辅助定位，钢管支撑精确定位固定。并在底板浇筑时预埋Ф18 mm锚筋，预埋钢筋间距1 m，埋入端做180°弯钩，露出端套丝扣，用于支立导角模板时拉紧底部。

(2)钢模台车(内模与外模)。由于华柴暗渠单孔净高9.8 m，宽8 m。为了保证模板加固的稳定性，底板以上的外侧模板及内模均选用钢模组合台车。钢模台车外模采用12.3 m×20 m的5 mm厚的钢板，内模墙身采用20 m×8.6 m的5 mm厚的钢板，内模顶板采用20 m×7 m的5 mm厚的钢板加工而成。模板的横肋和纵肋采用双排槽钢，纵肋每1.5 m设置一道，横肋每1.5设置一道。在纵肋上每隔2 m布置支撑与台车连接。支撑杆为液压系统，可以调整支撑长度，用以精确定位模板的位置。外侧钢模台车的连接加固采用对拉杆，对拉钢筋选用Ф25 mmⅡ级钢筋。外侧模板横、纵肋加密成间距1 m，在纵肋与横肋交点位置布置对拉杆，对拉杆内设锥形头，以防漏浆。

(3)端模。端模采用几个模板拼装而成，每个模板间设置止水带卡槽。台车在端部焊接一6 mm厚角钢与端模外侧的法兰连接，采用螺杆连接[3]。在端模外侧用D48钢管设置站筋，围禀将端模板连接成一体，在止水带卡槽处设置钢板压片将止水带压紧,钢板压片间用螺杆连接。端模的加固主要靠台车伸展出的横梁对D48钢管围禀的拉力，且对于底板端模可在一旁混凝土垫层浇筑时预埋钢筋来做为斜撑。

2.4 混凝土工程

渠身浇筑以一联为一个浇筑总单元，每个浇筑总单元分3次浇筑单元，第一次浇筑到渠身侧墙导角处上部20 cm处，注记为①单元；第二次浇筑侧墙离顶板80 cm处，注记为②单元；第三次浇筑至顶板，注记为③单元。

(1)混凝土运输方式。浇筑底板混凝土①单元时，混凝土运输方式采用两种方式：水平运输，用混凝土搅拌运输车运送；垂直运输，选用两种方式入仓，在左孔和右孔较近的位置布置溜槽入仓，在中孔等距离较远的位置运用混凝土布料机布料入仓。

渠身墙身及顶板②、③单元浇筑时，混凝土运输方式：水平运输，混凝土搅拌运输车运送；垂直运输，采用混凝土布料机布料入仓，在布料小车下加装套筒，保证混凝土的自由下落高差不大于1.5 m，避免混凝土由于自由下落高度过大造成离析。

(2)单管节混凝土浇筑方式。单管节混凝土浇筑方式，底板及倒八字①单元浇筑方式。在考虑布料机和溜槽的同时入仓，每个浇筑仓面面积不大，采用平铺法能满足混凝土间歇时间的要求，管身底板厚为130 cm，分4层平铺浇筑，每分层厚度砼摊铺不超过40 cm,保证砼振捣密实。倒八字及20 cm墙身在底板浇筑完后8～10 h继续浇筑，间歇时间根据现场气温、湿度做适当调整。均采用布料机配套筒下料入仓，在老混凝土仓面上铺设一层20 cm厚富浆混凝土。

墙体②单元浇筑方式：渠身中墙及边墙厚度为120、130 cm，采用周圈分层布料浇筑，各侧墙均衡上升，分层厚度为30～50 cm。将仓内浇筑面分成几个区段，每区段内固定浇捣工人。注意布料机下料高度不大于1.5 m，以免混凝土离析。

顶板③单元浇筑方式，沿管身轴线方向采用平铺法浇筑，由一端铺向另一端。此外，管身顶板厚度为120 cm，分3层平铺浇筑分层厚度为40 cm。

(3)总体混凝土浇筑流程。为了保证暗渠管身两侧混凝土强度达到规范要求，华柴暗渠渠身段施工底板施工采用跳仓法施工，墙身及顶板施工采用流水法施工(随钢模台车及布料机流动作业)。其混凝土浇筑流程包括：①设置两个施工作业队，即结构一队、结构二队，每个队伍分别包括钢筋组、模板组、混凝土组，每个班组两班作业；②配置三套底板模板，两套钢模台车(每节管节为一套)，两台自移式布料机，每台钢模台车配置一台布料机；③底板模板根据施工需要在两个作业队中穿插使用，每个队伍对应一台钢模台车和布料机；④钢筋和模板班组在底板及墙身顶板中穿插作业,提高作业效率。

为提高渠身段混凝土浇筑质量，应注意以下事项：①内导角混凝土的浇筑往往会因为各种原因出现质量问题，在浇筑的过程中混凝土摊铺厚度要尽量均匀，不超振，不欠振。为了杜绝出现蜂窝麻面，必要时可人工用小锤敲击模板，捣鼓密实；②在底板浇筑完毕后，让混凝土达到一定初凝后方可浇筑导角部位，凝固时间不能太短，以免混凝土仍然保持流动性，凝固时间不能太长，以免出现冷接缝，并且浇筑间歇时间随着现场的温度和相对湿度做适当调整；③墙身混凝土在浇筑时各墙身要均匀上升，以免出现过大的压力差，造成台车模板变形；④控制好混凝土的坍落度、和易性。布料小车下的套筒长度要根据仓面高度做调整，保证混凝土的自由下落高度不大于1.5 m；⑤止水带位置的混凝土浇筑是控制的重点，控制不到位可能造成止水带位置的错位和止水带周边混凝土的振捣不密实失去止水作用，止水带在浇筑之前要固定好，认真检查端模对止水带位置的固定。