摘 要 本文結(jié)合南水北調(diào)中線工程十八里河倒虹吸工程，通過分析倒虹吸工程的分類及特點(diǎn)，比較幾種不同的施工方法，找出了目前比較適合的施工方法，針對(duì)性的提出了一些改進(jìn)意見和注意事項(xiàng)，為后續(xù)倒虹吸工程的施工做參考。

關(guān)鍵詞 倒虹吸；施工方法；南水北調(diào)

中圖分類號(hào) TV627 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)052-0112-02

倒虹吸是一種古老的輸水方式，由于在開始工作時(shí)不需人為地制造管中的真空，因而更為普及。特別是新中國(guó)成立以來，隨著我國(guó)農(nóng)田水利技術(shù)的不斷發(fā)展完善，倒虹吸技術(shù)也得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，例如，南水北調(diào)中線工程就用了許多倒虹吸管來解決管線穿越河谷、道路等的問題。

1 倒虹吸的概念及工作原理

倒虹吸主要用于農(nóng)田水利工程中，它是長(zhǎng)距離輸水工程中渠道通過山谷、河流、洼地、道路、發(fā)或其他渠道的壓力輸水管道，是一種渠道交叉建筑物，是輸水及灌溉渠系中工程的重要建筑物之一。

早在2000多年前，中國(guó)已有成功的運(yùn)用。如南宋時(shí)曾在引用褒水的山河堰上使用過。這種大型倒虹吸多采用漿砌塊石構(gòu)筑，也可用竹筒連接而成。與虹吸管一樣，倒虹吸在立面上也呈弓形，不同的是，其弓彎向下。隨著現(xiàn)代農(nóng)田水利技術(shù)的不斷發(fā)展完善，倒虹吸的應(yīng)用越來越普遍，而且在大型的輸水過程中也普遍運(yùn)用，例如，在南水北調(diào)中線工程中就運(yùn)用了這種古老而成熟的技術(shù)。

2 倒虹吸的適用條件、特點(diǎn)及分類

當(dāng)輸水河渠與河流、山谷、洼地、道路等障礙物或其他渠道交叉，且高差較小，建渡槽或填方渠道及涵洞均不能滿足洪水宣泄、或有礙船只通過、車輛通行時(shí)，應(yīng)該修建倒虹吸管從障礙物底部通過。

當(dāng)山谷、河流很深且寬，谷深超過30 m時(shí)，修建渡槽支墩高，跨度大，需要高空作業(yè)，施工吊裝難度大且造價(jià)高是可考慮采用倒虹吸；若做填方渠下涵洞，土方工程量大，排水涵洞較大且需要的勞動(dòng)力較多時(shí)，也可采用倒虹吸。由此可見，倒虹吸技術(shù)在穿越深谷、河流時(shí)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。

從水力學(xué)的角度來講，倒虹吸的缺點(diǎn)是水頭損失較大，但是，千百年來，特別是新中國(guó)成立后，從在農(nóng)田水利建設(shè)中的運(yùn)用來看，倒虹吸具有工程量少、施工方便、造價(jià)低、節(jié)約勞動(dòng)力及三材等優(yōu)點(diǎn)，在工程中還是值得廣泛運(yùn)用的。近年來，在結(jié)構(gòu)形式、用材、施工方法和制管工藝上都有了較大的發(fā)展，倒虹吸管的材質(zhì)不斷更新和提高，有的可以工廠化生產(chǎn)，這種技術(shù)的運(yùn)用就更加廣泛了。

隨著倒虹吸這種古老的輸水技術(shù)的廣泛應(yīng)用，經(jīng)過千百年的發(fā)展進(jìn)步，其制作方法、布置方式、斷面形式及建筑材料等也有多種形式，故倒虹吸的分類也不同，下面分而述之。

按照制造方式可分為兩大類，一類是現(xiàn)澆鋼筋混凝土倒虹吸管，這種技術(shù)在我國(guó)適用比較廣泛，一般在工地直接于基坑內(nèi)澆筑，多用于大型輸水工程或交通要道上的交叉工程，是一種很經(jīng)濟(jì)耐久的管型；另一類是預(yù)制倒虹吸管，也就是我們常說的輕型管，一般在工廠或者工地預(yù)制廠制作，基坑內(nèi)拼接，常用于給水排水工程或中小型輸水工程中。近年來，隨著制管工藝的不斷提高，大管徑管道在大中型工程中也有選用。

按照埋設(shè)方式的不同，倒虹吸管可以分為上埋式、溝埋式和架空梁式。

按照斷面形式，可以分為圓形管道、箱形管道和直墻聯(lián)結(jié)的正反拱形管道。

按照倒虹吸管的材料分，可以分為以下七類：現(xiàn)澆混凝土管（圓管及箱形多孔管）、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管（HOBAS、FWRPMP）、大口徑球墨鑄鐵管和熱塑性管等。

3 倒虹吸常見施工方法比較

倒虹吸管由進(jìn)口段、管道段和出口段三部分組成，為了減少設(shè)計(jì)和施工難度，總體布置應(yīng)選擇地形、地質(zhì)較好的地段，并宜與河流、溝渠、道路中心線正交，管軸線在平面布置上的投影宜為直線。

進(jìn)口段應(yīng)盡可能布置在挖方渠段上，以減少沉陷、滲漏及坍方現(xiàn)象，保證管道不受洪水沖擊。

出口段的布置應(yīng)使出口斷面逐漸擴(kuò)大，以調(diào)整出口水流的流速分布，減少水頭損失，防止對(duì)下游渠道的沖刷。管道段是倒虹吸工程的主體，也是施工的關(guān)鍵。下面就結(jié)合南水北調(diào)中線一期工程十八里河倒虹吸工程的施工，就現(xiàn)澆鋼筋混凝土倒虹吸管的施工做簡(jiǎn)單的比較。

南水北調(diào)中線一期工程總干渠十八里河渠道倒虹吸屬于鄭州2段內(nèi)的河渠交叉建筑物，位于河南省鄭州市南郊劉灣村西約250 m處山前傾斜平原，場(chǎng)區(qū)地勢(shì)南西高，北東低。倒虹吸斜管段建基面多為第④層輕粉質(zhì)壤土，少量為第③層重粉質(zhì)壤土，水平段建基面高程約106.4 m，基礎(chǔ)置于第④層輕粉質(zhì)壤土上，建基面均處于地下水位以下， 施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)呐潘胧?。基坑開挖最深約22 m。

管道段混凝土的施工，有以下三種方案：一是整體推進(jìn)法，即按照從進(jìn)口到出口的順序，整體澆筑；二是分部會(huì)和法，即從兩頭向中間靠攏，在倒虹吸管的中間部分合攏；三是分層分段澆筑法，即管身段混凝土按底板、墻體→墻體、頂板兩層順序施工，底板按分節(jié)采用跳倉(cāng)法澆筑，墻體及頂板按分節(jié)采用流水作業(yè)法施工，澆筑方向采用軸線方向澆筑。下面分別介紹這幾種

方法。

整體推進(jìn)法施工是一般中小型水利工程慣用的方法，按照工程的布局和結(jié)構(gòu)形式，順?biāo)鞣较?，依次按照施工?dǎo)流、土方開挖、填筑和倒虹吸管身段、進(jìn)出口漸變段及閘室段混凝土澆筑工程，以及配電室施工和閘門啟閉機(jī)安裝等工作內(nèi)容推進(jìn)，這樣施工的整體性比較好，但是，從一個(gè)方向施工，施工作業(yè)面較少，工期往往比較長(zhǎng)，會(huì)影響工程的整體進(jìn)展和后續(xù)工程的建設(shè)，故這種方法在此不適用。

分部會(huì)合法施工是目前渠道和隧洞適用中比較常用的一種方法，即從兩頭向中間分別施工，在中間匯合。在本工程中，中間段是為最低處，需要的開挖深度比較大，而且施工導(dǎo)流及防汛是施工的一個(gè)難點(diǎn)，所以在此不考慮這樣的方式。

分段分層澆筑法是目前大體積混凝土工程中經(jīng)常使用的一種比較經(jīng)濟(jì)適用且技術(shù)上可行的方法。本工程中管身段混凝土的澆筑即屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，為了考慮混凝土結(jié)構(gòu)在凝結(jié)的過程中水化熱的散失和工程的整體進(jìn)展，按照即管身段混凝土按底板、墻體→墻體、頂板兩層順序按照分節(jié)法施工。

根據(jù)施工總布置規(guī)劃，管身段混凝土料采用拌和樓集中拌制，6 m3混凝土攪拌車運(yùn)輸，皮帶機(jī)輸送經(jīng)負(fù)壓溜管入倉(cāng)。倒虹吸混凝土運(yùn)輸線路為：拌和樓→場(chǎng)內(nèi)施工總干道→皮帶機(jī)受料斗→龍門架式皮帶布料機(jī)至施工部位（或砼皮帶輸送機(jī)至倉(cāng)位）。管身段混凝土施工包括底板、側(cè)墻和頂板混凝土澆筑。

除墊混凝土外均采用皮帶機(jī)送料經(jīng)布料機(jī)入倉(cāng)法施工，混凝土下料傾落自由高度不宜過大，每胚層澆筑厚為40 cm~50 cm。底板按分節(jié)采用跳倉(cāng)法澆筑，墻體及頂板按分節(jié)采用流水作業(yè)法施工，澆筑方向采用軸線方向澆筑。

底板墊層：每節(jié)管身的底板墊層厚10 cm。采用6 m3混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)料到倉(cāng)面，用人工推雙輪車運(yùn)料，沿垂直于管軸線布料，人工攤平，振搗方式采用平板振搗器振搗。

底板：采用臺(tái)階法鋪料，總體澆筑方向?yàn)轫樰S線方向澆筑，從倉(cāng)位左端向右端鋪料，逐層向前推進(jìn)，并形成明顯臺(tái)階，直到把整個(gè)倉(cāng)位澆筑到收倉(cāng)高程。

臺(tái)階法澆筑時(shí)的施工要點(diǎn)：嚴(yán)格控制二、三層攤鋪長(zhǎng)度，斜坡分層處振搗要密實(shí)，不得漏振。坡度不大于1:2。以最快速度覆蓋上層混凝土，最大限度地縮短混凝土面暴露時(shí)間。澆筑中因故停工時(shí)，必須在初凝前把接頭處的混凝土振搗密實(shí)，特別是鋼筋網(wǎng)附近。

澆筑斜坡底板和頂板時(shí)，對(duì)每一層臺(tái)階的澆筑方向?yàn)閺牡吞幭蚋咛幭铝?。底板八字腳要在其鄰近底板鋪?zhàn)詈笠粚恿虾箝_始下料，振搗要均勻，直至八字底部翻漿止，避免過振與漏振搗。

墻體澆筑：胚層厚度30 cm~50 cm，采用平鋪法澆筑。周圈分層布料澆筑，先澆中墻，再澆邊墻，總體上各墻均勻上升，在倉(cāng)內(nèi)設(shè)置溜筒，每隔2 m~3 m布置一組，將倉(cāng)內(nèi)澆筑面分成幾個(gè)區(qū)段，每段固定澆筑工人。

頂板澆筑：采用與底板相同的澆筑方法。

在混凝土澆筑過程中，觀察模板、支架、鋼筋、預(yù)埋件的情況，若發(fā)現(xiàn)有變形、移位時(shí)，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。底板和頂板混凝土采用插入式振搗器振搗，側(cè)墻采用軟軸振搗器振搗。振搗時(shí)以混凝土不再顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡，并開始泛漿為準(zhǔn)，避免過振、漏振和欠振。振搗器距模板的垂直距離不小于振搗器有效半徑的1/2，每層澆筑厚度不大于40 cm?；炷翝仓戤吅?，要將表層浮漿刮去，以免在兩層混凝土之間產(chǎn)生軟弱夾層。

為保證側(cè)墻、頂板混凝土施工質(zhì)量，盡量減少混凝土面氣泡，混凝土采用二次復(fù)振的方法，即在混凝土正常振搗30 min后再進(jìn)行一次振搗，以排除混凝土內(nèi)的氣泡，保證混凝土表面光潔度。

4 施工過程中容易出現(xiàn)的問題及處理

水工建筑物混凝土在澆筑過程中，最容易出現(xiàn)的一個(gè)問題就是發(fā)生裂縫。發(fā)生裂縫的原因很多，根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為防止混凝土發(fā)生裂縫，主要采取以下措施。

1）降低混凝土澆筑溫度。①砂石料堆高6 m以上，堆放時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，取料時(shí)，取料堆下部溫度較低的骨料，粗骨料采用噴霧降溫，采用地下水拌制混凝土；②加快混凝土的入倉(cāng)覆蓋速度，縮短混凝土運(yùn)輸和曝曬時(shí)間；③倉(cāng)面采用噴水霧的方法以降低倉(cāng)面的氣溫；④高溫天氣澆筑混凝土，利用早、晚進(jìn)行澆筑，避開白天高溫時(shí)段施工；⑤澆筑完畢后及早養(yǎng)護(hù)和保濕，防陽遮蓋。

2）降低混凝土的水化熱溫升。混凝土中摻加粉煤灰和外加劑，以減少單位水泥用量，減少混凝土的水化熱溫升，降低混凝土內(nèi)的最高溫度。

3）加強(qiáng)混凝土表面的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)，避免表面裂縫發(fā)生。在高溫季節(jié)，表面采用常流水養(yǎng)護(hù)。

4）合理地進(jìn)行澆筑分層分塊，改善澆筑塊的散熱條件。

5）發(fā)現(xiàn)裂縫及時(shí)進(jìn)行檢查和處理，防止由表面向深層發(fā)展。

為保證本工程混凝土質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土施工質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良，在混凝土施工過程中，必須嚴(yán)格按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，對(duì)混凝土生產(chǎn)的原材料、配合比及倉(cāng)面作業(yè)等混凝土生產(chǎn)過程中的各主要環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位、全過程的質(zhì)量控制，不斷提高混凝土施工質(zhì)量。

5 結(jié)束語

大型倒虹工程的地形地質(zhì)條件及水力學(xué)條件的復(fù)雜性，對(duì)于大跨度、大落差、大流量的倒虹吸管，其工程結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計(jì)都有其本身的特點(diǎn)。為保證工程做到經(jīng)濟(jì)合理可靠的目的，最好能通過水工模型試驗(yàn)加以論證及優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]倒虹吸管[M].中國(guó)水利水電出版社.

[2]水利工程建設(shè)與管理規(guī)范匯編規(guī)范[G].中國(guó)水利工程協(xié)會(huì)水利建設(shè)與管理雜志社編，2011.

[3]水利工程施工第三版[M].中國(guó)水利水電出版社.

[4]水工設(shè)計(jì)手冊(cè)第八卷 灌區(qū)建筑物[M].華東水利學(xué)院.