斜坡倒虹吸管身施工方法
刘泽飞
前 言
南水北调是国家大型的水利工程, 对于结构物的质量要求特别高, 故而在排水倒虹吸施工过程中, 必须在保证混凝土的抗渗性 抗冻性要求的同时, 也同样要求混凝土水密性的良好.
倒虹吸最常见问题是漏水，而其形成原因主要有以下几种：基础及地基承载力不够，出现不均匀沉降而导致管节间出现裂缝；洞口与涵身接触不密切，有漏隙导致渗水；接缝处理不当而导致渗水，此种情况较为常见；管节本身质量问题，抗渗等级不够、裂缝、漏洞导致渗水；由于在回填混凝土等施工过程中，管节被外力推动导致移位或出现裂缝。
该工程在整个的施工过程中, 从垫层的铺设, 止水系统的安装, 模板的架立, 到混凝土的浇筑以及后期的管身密封性的处理上都有相应的施工工艺.
1 工法特点 ：
1.1成功的解决了斜坡倒虹吸的水密性问题，同时也保证了倒虹吸上面的过水渠道不均匀沉降等质量问题：
1.2 容易操作，施工速度快，设备配套简单，成本较低。 2 适用范围 ：
本工法适用于上层有渠道通过，而本身有过水功用的斜坡倒虹吸管身施工和类似工程施工。
3 工艺原理 ：
倒虹吸本身有过水作用，在与普通涵洞有不同的质量要求的情况下，就必须有在整个的倒虹吸管身施工中保证其水密性的良好，并保证管身整体不发生沉降等而导致上层渠道发生开裂漏水等问题。
4 施工工艺和操作方法 ： 4.1工艺流程
管身密封性的后期处理。 4.1.1垫层的铺设
由于在倒虹吸的上部（中心管节）有渠道通过，常年流水的荷载可能会使渠道在该部位发生不均匀沉降。在基坑开挖完毕后，对倒虹吸基坑进行地基承载力试验，倒虹吸地基承载力需满足设计要求K ≥P （其中P 为设计值），如不满足需要应用碎石土进行换填，其中碎石土中的碎石含量不小于50%，碎石土进行分层回填并碾压夯实，使换填部分的地基承载力达设计要求，在基础上面铺设10cm 厚的C10混凝土确保基础的连续稳定。
4.1.2管身部分钢筋混凝土施工
管身段混凝土的浇筑，每节管身分两次浇筑；底板部分混凝土浇筑，侧墙和顶板部分混凝土浇筑（二期混凝土），以两次混凝土的浇筑做为每节管身施工的控制点进行该管身的其他部分施工。其中，考虑到跳仓浇筑底板可能出现斜坡段整体的滑动，固而在底板浇筑过程中未采用跳仓施工工艺，保证管身部分的施工质量，选取某排水倒虹吸管身结构，做为管身施工网络图的模板：
管身施工中的具体分步施工工艺： a. 钢筋加工和施工：
钢筋加工在加工场进行，加工前先对进场钢筋进行检验，检查各种手序是否齐全，如出厂合格证、原材料检验报告等，钢筋进厂后要进行分类、有序堆放，同时对其进行防锈防护。钢筋加工采用机械加工为主，人工加工为辅，按设计图纸要求进行加工，对加工成型的钢筋按编号分别堆放。加工成型的钢筋由平板车运至施工现场绑扎、焊
接。钢筋采用电弧焊，焊缝长度双面焊时为5d ，单面焊时为10d ，其焊缝质量应满足现行规范要求；采用绑扎时，要求应用双丝交叉法或者挂钩悬吊法绑扎，搭接长度不小于40d ，同时对于凳筋和内部结构拉筋的设置按照规范完成。
b. 止水系统的设置
由于止水带不能穿孔架立，要求环形封闭。同样可能在混凝土的浇筑过程中发生移位，从而发生管节接缝出现裂缝漏水。迫使止水带的安装必须用模板嵌固。在该过程中，可以采用以下两种工艺完成：
模板
止水带
模板
施工工艺（一）
模板
双面胶带止水带施工工艺（二）
模板
虑到模板加工的困难性，选用第二种施工工艺，使用专用卡子，专用卡子主要是预防止水带位置发生偏离，专用卡子与钢筋焊接固定。水平止水安装时，先立止水带底部模板，要求模板上口平直，标高准确，而后安装止水带，中心位置控制好以后，再安装上部模板，橡胶止水带上部设置20cm 宽木模板，以便于固定止水带翼片，在模板外使用双面胶条密封。竖向止水首先将止水带定位，伸缩段不得偏心。然后再进行相邻模板的拼装。这样，一方面能够保证止水带两侧不致出现板缝，同时也有利于止水带翼片的固定，预防止水在浇筑过程中变形走样和漏浆。
②隔缝材料和聚硫密封胶条
闭孔泡沫塑料板要铺设在先浇块模板的内侧，接头部位要连接严密。在迎水面伸缩缝涂抹2cm 厚的聚硫密封胶，注胶前将结构缝整平，清理干净，密封胶的配制、混胶及注入等参照产品说明书，并在施工前进行现场试验确定施工工艺，在施工中注意随用随配制，剩余的胶液不得再次使用。
c. 模板的架立
采用定型钢模板和异型钢模板，管身段侧墙、顶板模板规格分为30×15、20×15等，墙体内模“八”字采用(20cm+57cm+20cm)×150cm （根据八字宽度调整）异型模板。在施工过程中保证“八”字模板支立牢固、位置准确, 所有模板安装前涂刷脱模剂以利
于拆模，拆模后对模板及时清理，分类堆放。
模板支立方法：底板侧模采用槽钢、脚手钢管花架支撑，八字底板侧模采用槽钢，脚手管花架支撑，八字异型模板悬空支立，八字上口墙体利用对拉螺栓固定。墙体与顶板模板一次支立，其中墙体模板采用对拉螺栓，顶板模板为满堂脚手架支撑，立柱纵横间架为0.75m 。
模板架立在满足设计要求和规范规定外，考虑到过水倒虹吸的常年积水，对模板拆除后预留在管节混凝土中的拉杆锈蚀，从而出现整个倒虹吸管身水密性的不良，在该倒虹吸模板架立中，采用了以下的施工方法（如下图） 。在混凝土浇筑完成后，模板拆除时，取掉橡胶垫，熔掉多余的拉杆，熔至橡胶垫的位置（即混凝土的表面内），应用膨胀沙浆将拉杆孔全部堵塞，从而使的混凝土的表面没有任何的钢筋外漏，不至于因为水体的锈蚀，在混凝土的表面出现锈蚀孔，破坏了管身的内部结构，同时也保证了整个管身部分的水密性。
模板
模板
d. 混凝土的浇筑
混凝土采用混凝土拌和站集中搅拌，用混凝土搅拌车水平运输，汽车吊吊罐入仓。 （1）混凝土施工缝面处理
管身混凝土浇筑分两次进行，施工缝设在底板“八”字以上20cm 处，底混凝土浇筑完成达到一定强度后，采用人工凿毛，使该施工缝无乳皮成毛面，并辅以高压水枪将仓面冲洗干净，无积水，无积渣杂物。
（2）浇筑方式与平仓振捣
混凝土浇筑方式根据仓面大小及混凝土拌和运输能力布置，管身底板采用阶梯式浇筑方式, 层铺料厚度30～40cm ，梯级宽约2.5m ；管身墙体采用分层布料浇筑，按阶梯方式上升，梯级差度以满足顶分层为前提，分层厚度为50cm ；顶板混凝土浇筑仍然采用分层阶梯法浇筑，分层厚度为40cm 左右。混凝土浇筑时墙体混凝土上升速度按50cm/h控制，层间间隔时间按不大于2h 控制，混凝土浇筑速度为限制性浇筑，主要是为防止因浇筑速度过快墙体出现温度裂缝；底板和顶板层间覆盖混凝土间隔时间按不大于3h 控制。
施工缝部位每次混凝土浇筑前，先在混凝土施工缝上铺设厚度为2～3cm 的水泥砂浆，根据浇筑速度的快慢，随铺随浇。
混凝土平仓以振捣器为主，在模板边角和设有止水的部位，人工用铁锹选取细骨料给予补充，在管底混凝土浇筑过程中，侧墙钢筋插入面层钢筋以下较深，在插筋两侧同时下料振平，不得形成陡坎高差。混凝土铺料厚度根据振捣器性能按40cm 控制。
混凝土振捣采用50型电动软轴插入式振捣棒振捣, 经平仓后的混凝土再用振捣器顺序依次振捣，间距不超过振捣器有效半径的1.5倍，振捣时间以混凝土水气已经排出，不再出现明显水气泡和混凝土下沉情况为止。振捣器不得接触止水和其它预埋件。边角处辅以人工铁铲捣固密实。
混凝土覆盖前的间歇时间以试验成果为准，根据不同水泥标号和浇筑温度一般控制在3小时左右，保证混凝土上下层良好结合。
混凝土浇筑过程中，模板、钢筋和止水等有关工种均派专人值班，及时对模板、钢筋和预埋件进行检查维护，防止结构变形、走样或损坏。特别是承重模板结构，有专人在模板底部巡回检查，发现问题及时处理。
30-50cm
斜坡节用平铺法浇注, 从低处开始, 浇注面呈水平, 如图所示:
模板在混凝土如仓时的受力分析： a. 按照从底部分层入仓：
这种情况下模板所受到的荷载, 我们可以这样来计算:近似于静荷载来计算 P 静=1/2rbgH2K0
其中r 为混凝土容重 取2.4t/m3, H为模板的高度,b 为模板的宽度, u为混凝土的泊松比 0.2, k0=u/(1-u),g为重立加速度 取9.81m/s2.
b. 混凝土延水平方向推移入仓：
这种情况下会出现一个由于混凝土自重产生的冲击力，此时模板承受的压力为 P ’=(1/2rH2K0+qHK0)*bg
所以在斜管混凝土浇筑过程中要严格控制入仓的方式、部位和时间。 （3）混凝土抹面
为提高管顶混凝土早期强度，防止混凝土表面收缩裂缝，混凝土浇筑完毕，对混凝土面采用刮杠找平，辅以人工木抹子抹平压实，需压光部位再用铁抹子人工三遍压光出面。
（4）混凝土养护
混凝土浇筑完毕后，早期为避免太阳直接曝晒，在混凝土表面及时用草袋遮盖。在混凝土浇筑完毕后的6～18ｈ内，及时在混凝土表面洒水或喷养护剂养护，在干燥、炎热气候条件下，提前进行混凝土表面养护。
4.1.3 管身后期处理
待管身部分的施工全部浇筑完毕后，对管节之间的部分，再次的用密封胶涂抹一次管节缝隙，从而使倒虹吸的水密性完全达到质量要求。
5 使用材料 ：
对于倒虹吸施工中的钢筋，水泥，沙石料等均采用合格产品，在此主要介绍止水系统部分的材料：
5.1橡胶止水带
本工程采用带两道遇水膨胀线的适合变形缝的橡胶止水带，其规格为300×8，物理性能如下：
浇筑混凝土时，不得冲撞止水带，当混凝土将要淹没止水带时要再次不除其表面的污垢。振捣混凝土时，振捣棒应避免触及止水带，嵌固止水带的模板应推迟拆模时间。
5.2 双组份聚硫密封胶
底涂料，然后手工涂胶一层并反复挤压后才可用注胶枪注射涂胶。
6 机具设备和劳动组织 ：
7
安全措施 ：
安全施工是需要系统的，细致的组织，由于本工法的施工特点：多在开挖基坑中进行，更需要在施工过程中严格贯彻“安全第一，预防为主”的方针，采取以下具体的措施：
7.1 加强全体职工的安全意识，尤其是施工项目部和相关安全负责人，实行安全责任制：
7.2 在开挖基坑过程中严格按照安全技术交底和施工技术交底进行施工，在开挖边坡出现安全隐患时立即停止施工，采取相关处理方案；
7.3 在开挖基坑过程中在基坑四周设置防护网，并设置明显的标志物，防止人员和车辆等的坠落，并在基坑四周设置临时性排水道，防止雨季流水进入施工基坑； 7.4 在基坑施工中的工人，必须佩带安全帽等安全防护，防止坠落物；
7.5 施工过程中所有的施工员，必须持证上岗，所有的对应操作严格按照操作规程进行；
7.6 倒虹吸施工过程按照相关安全规定进行。 8 质量控制 ：
8.1 基坑开挖前，严格按照图纸设计进行倒虹吸开口线的施放，保证结构物轴线等的准确性，垫层铺设完毕后，再次施放；
8.2 混凝土施工过程中按照《水工混凝土施工规范（DL/T 5144—2001）》进行，保证混凝土的施工质量；
8.3整个倒虹吸施工过程按照《公路桥涵施工技术规范（JTJ041—2000）》进行，保证整个混凝土工程的质量；
8.4 管身混凝土施工完毕检验标准，满足《混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204—2002）》。9 综合效益分析 ：
9.1 本工法为斜坡倒虹吸和类似工程提供了施工捷径； 9.2 本工法可行性强，施工安全和施工质量都具有保证；
9.3 本工法在施工过程中不需要其他的特殊材料和设备的投入，有序并且有效，可以节省大量的机械和人工台班费用，有一定的经济效益。 10 工程实例 ：
10.1后部北沟排水倒虹吸位于河北省易县后部村内，与总干渠中心线交叉角度为90。累计桩号188+873，管身为3孔一联3m ×3m ，管身共有5节，内坡比1：6.44，长69m ；进、出口段长度分别为46m 和79.75m 。上下游连接段和管身段为钢筋混凝土结构, 其余为浆砌石结构。
10.2 店北沟排水倒虹吸位于河北省易县店北村店北沟上，与总干渠中心线交叉角度为70. 。, 累计桩191+256，管身为1孔，内坡比1：4.464，内径2.5m ×2.5m ，管身部分共有7节，长71m ；进、出口段分别为40.5m 和49m 。上下游连接段和管身段为钢筋混凝土结构, 其余为浆砌石结构。
10.3化肥场排水倒虹吸位于河北省易县店北村东约400m 的化肥厂沟上，与总干渠中心线交叉角度为62。 ,累计桩号191+667，管身为一孔，内径为3m ×3m ，内坡比1：5.068管身共有6节，长70m ；进、出口段长度分别为40m 和45m 。上下游连接段和管身段为钢筋混凝土结构, 其余为浆砌石结构。
这些倒虹吸施工过程中均采用该工法进行施工，效果良好，质量均能达标。在南水北调业主组织的安全质量评比中获得了第四名，得到业主好评。
执笔：刘泽飞