南水北调周口供水配套工程穿越新枯河倒虹吸设计变更及施工要点分析

□刘 丽（周口市川汇区水政监察大队）

1 基本情况

周口市供水管道穿越新枯河工程位于商水县齐跪台东北约800 m，主线桩号114+350（变更后桩号为K2+300.00）左右，工程区内有生产道路与临乡间公路相通，交通较为便利。穿越新枯河管道工程中心线上游端桩号为K2+183.359，大地坐标为：X=3718554.015，Y=540345.752；下游端桩号为 K2+463.274，大地坐标为：X=3718520.226，Y=540623.621。

2 设计标准

2.1 工程等别与建筑物级别

10号分水口门输水管道穿越新枯河为Ⅱ等工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级，并满足相关行业的设计标准和规定。

2.2 防洪标准

对于Ⅱ等工程，洪水标准按50 a一遇设计。

2.3 抗震设防标准

根据中国地震局分析预报中心2004年编制的《南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告》，工程区地震动峰值加速度为0.05 g，相当于地震基本烈度Ⅵ度。本建筑物为2级建筑物，只考虑水平向地震惯性力作用。

3 工程地质

勘察区位于商水县齐跪台东北约800m，主线桩号114+350(变更后桩号为K2+300.00)左右，有生产道路与邻乡间公路相通，交通较便利，施工场地开阔。勘察区地貌单元为冲积倾斜平原，微地貌为河谷地貌，河谷呈“U”形，阶地不发育，河底高程约41.60 m，河面宽约110 m左右；两岸地面高程约46.30 m；两岸有堤防，宽14.00～16.00 m，堤防顶面高程48.60～49.40 m。勘察期间河水位高程约43.75 m。

3.1 场区地质结构属粘砂双层结构

地层岩性主要为第四系全新统(alQ14、alQ24)重粉质壤土和上更新统冲积成因(alQ3)的轻粉质壤土和细砂，地层分布较稳定。

3.1.1 上更新统(Q3)

冲积成因，岩性主要为重粉质壤土、细砂，局部夹轻粉质壤土、砂壤土。

粉细砂(alQ3)：浅黄、褐黄色，中密～密实状，饱和，矿物成分主要为石英、长石，局部见少量云母碎片，砂质不纯，含少量泥质，局部为砂壤土 (⑧-1)、轻粉质壤土。该层见于主线桩号112+000～114+564.618设计变更段。最大揭露厚度约13.70 m。

重粉质壤土(alQ3)：浅棕黄色，可塑～硬塑状，含少量钙质结核，局部含量较高，粒径一般1～3 cm，可见黑色铁锰质斑点。该层见于主线桩号112+000～114+564.618设计变更段。该层粘粒含量不均，局部为中粉质壤土，夹杂轻粉质壤土、砂壤土薄层。揭露厚度一般2～5 m。

3.1.2 全新统(Q4)

冲积成因，岩性以重粉质壤土为主。

下段(alQl4)：

重粉质壤土(alQl4)：灰黄色、黄灰色，可塑状，见锈黄色浸染及灰绿色条带，含少量钙质结核，局部含量较高，粒径一般0.50～3 cm，个别4～5 cm，局部见白色贝壳碎片。广泛见于工程区，厚度一般3.00～6.00 m。

重粉质壤土(alQl4)：灰褐-灰黑色，可塑-硬塑状，见锈色斑点，土质不均，局部粘粒含量较高，为粉质粘土。广泛见于工程区，厚度一般0.50～1.00 m。

3.2 穿新枯河建筑物工程地质、水文地质评价

场区地质结构为粘砂双层结构。建基面主要位于第⑧层细砂中，承载力标准值fk为170 kPa；在进口及出口段部分位于第⑥层重粉质壤土中。施工开挖边坡高度6.00～14.00 m左右，组成边坡的岩土层主要为重粉质壤土和细砂。建议重粉质壤土开挖边坡坡比为1：1.25～1：1.50，细砂及水位以下边坡坡比为1：1.75～1：2.00，并采用分级开挖，中间留设马道，坡脚为细砂层易失稳，需采取必要的支护措施。上、下游围堰工程地质条件与轴线工程地质条件类似。堰基主要为重粉质壤土(alQ24)，属弱透水，承载力标准值fk为110 kPa，但该层重粉质壤土较薄，河水与第⑧层细砂中地下水有水力联系，建议围堰地基做好砂层截渗工作。

勘察期间新枯河水位高程为43.75 m，存在施工导流问题。导流明渠地质结构为粘性土均一结构，开挖深度最大约8.00 m，组成明渠边坡的岩土层主要为重粉质壤土，渠基主要为第⑧层细砂，存在边坡稳定问题；由于细砂属中等透水性，存在地下水渗透及冲刷问题，施工时应做好截渗、排水降压及防冲刷工作。

场区地下水类型为第四系孔隙潜水，潜水主要赋存于重粉质壤土和细砂中，勘察期间，水位埋深2.60～3.90 m，建基面位于地下水位以下，且含水层细砂为中等透水性，富水性好，存在施工降排水问题，排水难度较大，建议采取相应的降排水措施。另外，细砂层中地下水具微承压性，存在承压水顶托破坏问题，建议采取相应的降压排水措施，同时做好反滤措施，以防发生流土、流沙，必要时采取截渗措施，以确保施工安全。

由于河道较宽，汛期水流量较大，施工开挖边坡较高，排水、截渗难度大，建议设计上可根据施工造价、施工时难易程度及建筑物运行后对河道的影响等选择合适的设计方案。

4 工程穿越位置

穿越工程位于商水县齐跪台东北约800 m，主线桩号114+350（变更后桩号为K2+300.00）左右。

5 工程布置

穿越新枯河工程采用PCCP包封方案，穿越段管身水平投影总长度279.92 m。由进出口检修井、斜管段和水平管段组成，水平段顶部与河底距离为4.20 m。水平段由15节12 m长水平管段组成，进出口斜管段分别由2节12 m斜管组成，斜管段坡度采用1：8.34。底部纵向转角6.84°，转角钢管件中心线长度为10 m。

管线穿越新枯河，设计压力为1.20 MPa，设计流量为4.30 m3／s，采用PCCP原管材包封方式穿越新枯河，管材为PCCP为DN2400设计压力为1.20 MPa，覆土8 m。外包封采用C25W6钢筋混凝土矩形断面，包封厚度为0.50 m，矩形外轮廓尺寸为3.90 m×3.90 m(宽×高)，内孔口尺寸为直径2.90 m(PCCP外径)，为保证PCCP管道不受外荷载作用，PCCP外周上部包裹SBS改性沥青4 mm与外包封隔离。1#～2#、20#～22#为斜管段，坡度为l：8.34，4#～18# 为底部水平段、3#、19# 为钢制管件，管件中心线长10m。包封管节进出口上下设齿墙，高0.50 m，宽0.50 m齿墙外侧坡比为1：1。包封底部设C10混凝土垫层，厚0.10 m，两侧外延0.10 m。管道进口处各设空气阀井l座，出口处设检修空气阀井1座，以便于管道连接、阀门布设及运行检修。

管节伸缩缝间距25 mm，缝隙填充泡沫板，迎水侧填充密封胶60 mm。管节间设道道橡胶止水。

穿越位置开挖断面采用0.10 m碎石垫层，M10浆石护砌，浆砌石护底厚0.30 m，齿墙深0.50 m，宽0.50 m，护底顺水流方向宽度约为35 m，垂直水流方向底宽为43 m，高程为40.800 m，两侧护坡浆砌石厚0.30 m，齿墙深0.50 m，宽0.50 m，护坡顶高程为46.00 m，沿管轴线开口宽度为74 m，设置压顶宽0.50 m，厚0.30 m。

管顶上部0.50 m处设置两道土工格栅，宽11.90 m，长78 m。两道格栅间距0.50 m。

6 施工要点

该段地下水位均高于勘察期地下水位；开工前，需查明地下水位，研究排水措施，拟定排水方案。

基坑开挖应对称均匀分层进行，先中间后四周，不应沿基坑四周一次开挖到底，应防止挖土机械开挖面的坡度过陡，运输车辆，运输荷载引起土体位移。

采用机械开挖基坑时，须保持坑底土体原结构。根据土体情况和开挖机械类型，应保留200～300 mm土层由人工挖除铲平(每班停班后机械应停在开挖范围以外)。

基坑开挖后应通知相关单位验槽；基坑验收后，应立即进行垫层和基础施工，防止太阳爆晒和雨水冲刷破坏基土原结构。

本工程建筑物整体性要求高，在混凝土浇筑过程中，对混凝土浇筑相对集中的部位要严格控制工作缝，减少不必要的施工缝，保持混凝土浇筑的连续性，同时要特别注意工作缝及止水伸缩缝的处理和混凝土的温控工作。

土方回填严格按照有关施工规范进行，注意在混凝土构筑物与土体接触面上刷粘土浆一道，严格控制回填土料质量，土方填筑时，要严防腐植土、冻土、杂物等上堤，分层填土，分层压实，要求压实度≥0.97。

M10浆砌石护坡护底宽度每侧大于开挖开口宽度lm，实际护坡宽度以实际开挖宽度控制。

橡胶止水带耐久性应满足《水工建筑物止水带技术规范》（DL／T5215-2005）的要求。主要指标为：厚度≥10 mm，宽350 mm，拉伸强度＞15 MPa，遇水膨胀线拉伸强度＞3 MPa、体积膨胀率≥400%；密封胶粘结拉伸强度≥0.40 MPa，粘结拉伸伸长率≥400%；填缝材料采用高压聚乙烯低发泡闭孔泡沫塑料板，主要指标：弯曲强度≥2.50 MPa，弹性模量≥1MPa，压缩永久变形≤2%，抗拉强度≥0.15 MPa，延伸率≥100%。

土工布≥350 g／㎡，厚度≥2.7 mm，纵横向撕破拉力≥0.28 kN／m，纵横向断裂拉力≥11.0 kN／m。

聚丙烯双向土工格栅，每延米拉伸屈服力(纵、横)≥50 kN／m，屈服伸长率(纵、横)≤13%。