穿航道引黄倒虹吸施工关键技术分析

摘要：钢围堰设计和钢筋混凝土结构施工是下穿小清河航道的引黄灌溉水利结构——胡楼干渠倒虹吸工程施工关键技术。钢围堰设计包括钢板桩相关参数、基坑围檩及内撑的计算和钢板桩围堰的设计。在该项目的施工中，涉及降水措施、钢筋施工、模板搭设、混凝土结构施工等钢筋混凝土结构施工关键工序，需要严格控制，才能保证倒虹吸工程的施工质量。

关键词：穿航倒虹吸；钢板桩；倒虹技术；水利工程

胡楼干渠倒虹吸是滨州市邹平段小清河复航工程的大型下穿航道工程之一，结构尺寸为双孔2-2.5×2.5，流量为35m3/s，全长755m。地貌类型属黄河冲积平原区，地面高程7.2~17.8m。地下水为第四纪孔隙水，勘探时的埋藏深度为3.1~4.4m。根据邻近项目的水质分析报告，河水为HCO3-Cl-SO4-Na-Ca型水，河水和地下水对混凝土结构略有腐蚀，对钢筋也具有腐蚀性，同时地下水位高于倒虹吸底板，施工时需采取有效的降水措施。为了满足小清河航道在倒虹吸施工期间通水，故采取钢板桩围堰半幅主河道施工。本文从钢围堰设计和结构施工两项关键技术着手，对长距离下穿航道引黄倒虹吸施工关键技术进行分析。

1钢板桩围堰设计要点

基坑采用钢板桩以及土围堰围护,双排钢板桩内部填土排水。根据实际情况，该项目采用拉森Ⅳ型钢板桩，双层钢板桩每个钢板桩设置一个M20对拉杆。钢板桩基坑深度6.7m，钢板桩15m，高出水面0.5m，双层钢板桩内侧按照一侧填土一侧开挖进行设计，外侧钢板桩偏保守,考虑按照一侧有水一侧开挖进行设计。钢板桩平面图如图1所示。

1.1钢板桩相关参数计算

钢板桩建模时，两排钢板桩之间的填土使用不同刚度的弹性连接模拟，两排钢板桩同时承受内侧土对其施加的大小相同、反向的主动土压力。钢板桩主要是可承受水平载荷的弹性长桩。因此，土壤部分可以看作是由连续的土壤弹簧支撑的垂直弹性地基梁。每0.5m设置一次弹簧支撑。（1）双排桩之间弹性连接水平刚度系数kc可按下式计算[1]：（1）式中：Es──前、后排桩间土体的压缩模量，kPa，当为成层土时，应按计算点的深度分别取相应土层的压缩模量；s──双排桩的净距，m，取3m；考虑到弹性连接的竖向距离为0.5m，纵向间距为0.4m，则各土层对应的弹性连接水平刚度为：（2）根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）第4.12.2条、第4.12.4条规定，前、后排桩的桩间土体对桩侧的压力可按下式计算[1]：由上述计算可知，对拉螺栓的抗拉强度计算满足要求。

1.2基坑围檩及内撑计算

（1）围檩及内斜撑强度计算。深基坑软件计算出的围檩最大支反力上游为79.9kN，下游为27.93kN。最大支撑间距取为1m，79.9/1=79.9kN/m，27.93/1=27.93kN/m，荷载组合系数取1.2。采用Midas/Civil建立双拼HW400×400×13/21型钢围檩组成的空间整体模型，取最不利荷载对其进行验算。构件均采用梁单元模拟，围檩和斜撑、对撑均采用Q235钢材[4]。围檩最大组合应力72.8MPa＜215MPa；最大剪应力25.1MPa＜125MPa；最大相对位移为10.3mm＜4500400=11.25mm，强度满足规范要求[5]。（2）围檩稳定性计算。第二层屈曲模态计算结果如图2所示。

2钢筋混凝土结构施工要点及质量控制

2.1降水措施

若按照传统的管井脱水方法，由水力计算会得出管井具体布置的间距、数量和井深。抽水约14d后，沉降曲线的上部位于基坑下部的下方0.5~1m，然后可以进行基坑挖土。但是由于工期异常紧迫，要在2021年6月30日主汛期来临前完成临时倒虹吸和永久倒虹吸主航道段全部施工，才能满足小清河复航工程在通水的同时也必须满足倒虹吸正常通水目标。故采取常规的降水方案已不能满足工期要求。为确保工期目标的完成，且保证主体混凝土的施工质量，只有减少降水的施工时间，经过研究在原计算方案上优化管井的设置。原计算方案开挖后在倒虹吸两侧打降水井，间距为20~40m，优化后管井位置放在涵洞墙身外1m处，间距为10m，涌水量较大位置间距为7m。目前，降水时间已减少到3~4d，有效地减少了降水施工时间，并增加了大型混凝土施工的时间。

2.2钢筋施工

在钢筋加工厂内按照图纸的设计要求制作，生产完成并转移到施工现场后，将使用手动现场安装。安装钢筋的顺序为：先将涵洞底板钢筋绑扎完成后，然后再绑扎涵身钢筋，最后是顶板表面钢筋绑扎[6]。钢筋施工常见问题有钢筋生锈、焊接质量不达标，钢筋弯曲部分出现裂纹，弧形钢筋末端无钩或钩子与规定有些偏差，钢筋的间距不均匀，保护层厚度与要求偏差过大。要减少这些现象的发生，应在施工前对钢筋工做详细技术交底，施工过程中多提醒多指导，使施工团队熟悉钢筋的结构规格。所有电焊工必须持证上岗，同时，操作过程中严格控制焊接电流在允许的范围内。

2.3模板搭设

散装钢模板用于底板的内部和外部模板，并且在现场使用并安装了具有均匀加工的顶部和底部倒角位置的特殊模板。边顶模板使用钢模进行散拼安装。模板结构要足够坚固，可以承受混凝土注入和振动的横向压力和振动。而且在施工过程中需要确保它具有刚性，安装模板后要确保混凝土结构的外部尺寸准确，并且必须足够气密以防止浆液泄漏。为固定模板，控制混凝土浇筑厚度，模板施工选用新型止水螺栓进行加固，止水螺栓材质是由高强度钢材制成，从而可保证螺栓的抗拉承载力。

2.4混凝土结构施工

倒虹吸管采用托架法来跳模浇筑结构。开挖完成后，先浇筑垫层和垫梁，再浇筑底板混凝土，然后再灌注涵身混凝土，最后再浇筑顶板混凝土，等拆除支架和模板后，再进行分层回填。在涵洞的每个部分之间，根据设计图在伸缩缝部位安装橡胶膨胀止水带，并填充聚乙烯闭孔泡模板。涵洞分为两次浇筑，第一次浇筑底板，第二次浇筑涵身和顶板。（1）入仓工艺。混凝土主要通过车载泵注入模板内。通常根据混凝土仓面大小、墙宽及浇筑方法等选用Φ50或Φ30插入式振捣器进行振捣。垫层薄层混凝土采用平板振捣器振捣，混凝土浇筑采用通仓薄层平铺法浇筑；底板用平铺法浇筑，采用Φ50振捣棒进行振捣。混凝土收面处理，对于混凝土的表面处理，首先使用长刮尺按标高刮平，然后在终凝前用磨光机磨平，预防裂缝产生，提高外观质量；浇筑涵身时，使用串筒来减慢混凝土下落的速度，以防止混凝土掉落和骨料分离，并且串筒的出口与浇筑面的距离应控制在1.5m以下。（2）防冻措施。天气较冷时进行混凝土浇筑，需采取温控措施：混凝土拌制时添加防冻剂；现场搭设暖棚，暖棚内设置热风炮[7]。（3）养护措施。温度低时，则混凝土终凝时间会延长，拆模时间要适当延迟，混凝土强度达到要求时再拆除模板，且避免在夜间或温度急剧下降时脱模。去除泡沫时，避免损坏或破坏混凝土表面。冬季取出模具后，用硬化剂进行维护。否则，应及时盖好以防日晒。一旦表面固化，就将其喷涂并硬化以保持混凝土表面和模具的湿润。对于混凝土的重要部分或在干燥、炎热的天气条件下，混凝土连续加湿的硬化时间通常应延长14d或更长时间。

3结束语

综上所述，钢围堰设计和钢筋混凝土结构施工是下穿小清河航道的引黄灌溉水利结构——胡楼干渠倒虹吸工程施工的关键技术，实践中需要考虑的内容较多，要考虑钢板桩围堰半幅主河道施工及度汛方案，同时又要考虑倒虹吸施工过程中要满足航道通水和既有倒虹吸通水等情况。因此，胡楼干渠倒虹吸工程在具体的施工过程中，充分结合既有倒虹吸施工图纸和工程前期的实际勘测数据，制定严格的施工方案，细化工作流程，完善管理制度，加强安全质量管理，在保证工程建设质量的前提下，提前完成了施工任务，为小清河复航工程的早日通航奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程:JGJ120-2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2]王健凡.双排桩基坑支护在龙岩某工程中的应用[J].闽西职业技术学院学报,2016,18(3):113-117.

[3]胡锋霆.高大模板支撑体系在建筑工程中的应用研究[D].淮南:安徽理工大学,2016.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准:GB50017-2017[S].北京:中国建筑工业出版社出版,2012.

[5]牛浩,陈百奔.城市高架桥顶推施工中的支架系统结构安全性分析[J].中国水运(下半月),2018,18(11):206-207+253.

[6]叶泽上.水利倒虹吸管主体工程的施工技术[J].设备管理与维修,2017(4):84-85.

[7]陈佳.某倒虹吸主体工程施工技术[J].天津科技,2016,43(5):77-79+83.

作者：何海玉 杨亚 单位：中铁十四局集团有限公司 中铁十四局集团第四工程有限公司