張緯堯

(西安市污水處理有限責(zé)任公司，陜西西安 710021)

1 黑河輸水渠道及保護要求

1.1 工程簡介

黑河引水工程是西安市歷史上規(guī)模最大、投資最多、關(guān)系政治、經(jīng)濟、社會發(fā)展全局的跨世紀城市供水基礎(chǔ)設(shè)施工程。是以城市供水為主，兼顧灌溉、水力發(fā)電、調(diào)畜防洪功能，跨地區(qū)、跨流域、多水源綜合利用的大Ⅱ型水利工程。是當之無愧的西安市生命線工程。

黑河輸水渠道是黑河引水工程的五大組成之一，銜接著黑河樞紐工程和凈水廠，肩負著黑河引水系統(tǒng)原水供應(yīng)的重任，是西安市唯一的城市供水主水源。由黑峪口藺家灣匯流池起，經(jīng)周至縣、鄠邑區(qū)、長安區(qū)至雁塔區(qū)的曲江水廠和樂游原水廠，渠道全長122 km。全部采用暗管形式鋪設(shè)，重力自流供水。渠道工程分為兩期建設(shè)。一期工程:1987年12月開工建設(shè)，1996年6月竣工。渠線全長100.35 km，形成60萬m3的日供水能力。二期工程:1999年元月開工，2001年3月竣工。渠線全長21.67 km，形成50萬m3的日供水能力。

1.2 運行現(xiàn)狀

輸水渠道沿秦嶺北麓東行。橫跨70多條河流溝壑，穿越三區(qū)一縣的190多家機關(guān)、單位、部隊、學(xué)校、村鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)、別墅群、旅游度假區(qū)，217條各類交通公路。自1990年第一個水源地——石砭峪水庫供水以來，歷時29年共向西安提供原水59.2億m3(截止到2017年年底)，占全市供水總量的78%以上。渠系水源地由5個增加到11個，原水供應(yīng)的水廠增加到6家，4個生態(tài)用水單位(動物園、204所、南湖、護城河)。渠道輸水能力已處于滿負荷狀態(tài)，日供水能力達到110萬t～125萬t。供水高峰期采用上取下補的方法，日供水最大可達到140萬m3。

1.3 渠道周邊建設(shè)項目的保護要求

根據(jù)《西安市黑河引水系統(tǒng)保護條例》法規(guī)的要求，黑河引水管渠保護區(qū)范圍(引水管渠及附屬設(shè)施兩側(cè)外延5 m的區(qū)域)內(nèi)，禁止修建建筑物、構(gòu)筑物及危及引水管渠輸水安全和原水水質(zhì)的其他行為;黑河引水管渠控制區(qū)域(引水管渠保護區(qū)范圍兩側(cè)外延10 m的區(qū)域)內(nèi)，禁止修建永久性建筑物、構(gòu)筑物以及從事其他危及輸水安全的行為。另外，渠道周圍建設(shè)項目必須遵守以下要求:嚴禁在渠道上開口;嚴禁重型車輛在渠道上通行;采取必要措施確保渠道的安全;不污染水質(zhì)。

2 取水工程背景

2.1 工程概況

為近期主要解決三星工業(yè)園、長安通訊園、高新區(qū)擴區(qū)的用水需求。遠期除上述區(qū)域外，還成為灃東、灃西新城及西安市主城區(qū)的主要供水水源。西安市發(fā)展和改革委員會規(guī)劃建設(shè)西安市西南郊水廠工程。

西南郊水廠工程位于西安市西南郊約10 km處，鄠邑區(qū)曲峪河與環(huán)山路(107省道)相交處東北側(cè)。工程建設(shè)總規(guī)模100萬m3/d，分兩期建設(shè)，近期目標 40萬 m3/d，遠期目標100萬m3/d，目前建設(shè)的是一期一階段建設(shè)，設(shè)計規(guī)模20萬m3/d。需要和黑河渠道接口的工程是西安市西南郊水廠工程(一期)總進水井工程。

2.2 工程布局

整個取水工程布局由取水管道、綜合管溝和總進水井三部分構(gòu)成。

在黑河渠道取水口至總進水井之間設(shè)兩道綜合管溝，既便于觀測漏水，同時也兼具維護、檢修的作用。綜合管溝長15 m，溝內(nèi)安裝并排設(shè)置的4根DN1 200 mm取水管道、閥門、電磁流量計及可曲撓橡膠接頭，后端連接總進水井?？傔M水井東、西兩側(cè)設(shè)置設(shè)計規(guī)模均為40萬m3/d的DN2 200 mm進水管，本期暫時封堵?？傔M水井北側(cè)的出水端設(shè)兩根DN1 800 mm出水管，每根設(shè)計規(guī)模為20萬m3/d。

2.3 工程重難點

黑河輸水渠道是西安市的供水主渠道，且目前是滿負荷運行，箱涵開口取水關(guān)鍵在方案，重點為確保原有渠道質(zhì)量，難點是解決好新、老構(gòu)筑物銜接處滲漏水及不均勻沉降問題，效果在于執(zhí)行力。

采取加固梁植筋和化學(xué)螺栓植筋的施工方案，確保原有渠道強度不降低。為防止新、老構(gòu)筑物銜接處滲水、漏水以及因不均勻沉降造成的錯位，與黑河輸水箱涵取水口的銜接，采用鋼制翼環(huán)加橡膠墊片、柔性密封材料填縫以及在取水管路設(shè)置可曲撓橡膠接頭等技術(shù)措施。

施工中還要考慮可能箱涵側(cè)壁結(jié)構(gòu)鋼筋會影響植筋的位置;開洞過程中產(chǎn)生的震動，可能對箱涵側(cè)壁產(chǎn)生細小的裂縫，要進行噴涂或涂刷處理;可能造成箱涵側(cè)壁鋼筋保護層混凝土剝落，要進行水泥砂漿補強。

3 施工技術(shù)措施

3.1 施工工藝流程

總進水井施工→綜合管溝施工→調(diào)度停水→箱涵開口施工→取水管與設(shè)備安裝→綜合管溝蓋板施工。

3.2 取水口加固措施

在黑河輸水箱涵擬開洞口的四周設(shè)置加固梁BLZ1(BLZ2)，凸出箱涵500 mm，連接綜合管溝側(cè)壁(底板);如圖1所示，加固梁采用植筋的方法與箱涵連接。

圖1 加固梁植筋圖

混凝土植筋技術(shù)要求的鉆孔孔徑、植筋深度較傳統(tǒng)施工法大為減小，而且鉆孔施工振動小，對周邊老結(jié)構(gòu)影響范圍小，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲水通道。采用新型植筋錨固膠材，不僅可縮短固化時間，加快錨筋安裝速度，且膠材抗老化、凍融等耐久性顯著增強，對水下工程施工具有優(yōu)選性。技術(shù)施工工藝要求將原混凝土表面鑿毛，并植錨固鋼筋連接新老結(jié)構(gòu)體。澆筑新混凝土?xí)r，應(yīng)適當提高植筋混凝土的設(shè)計標號，并盡量使用加蓋模板和泵送擠壓等施工工藝，達到植筋混凝土澆筑連續(xù)，提高強度的目的。具體施工措施如下:

1)探測鉆孔部位，避免破壞箱涵側(cè)壁結(jié)構(gòu);

2)只允許用一臺手動鉆機鉆孔，鉆后清除孔內(nèi)殘渣;

3)鑿毛BLZ接觸面，將U型箍筋植入箱涵側(cè)壁內(nèi)，連接筋板形成加固梁骨架;為保證結(jié)構(gòu)膠粘劑與混凝土的粘合，在采用壓縮空氣清孔后，再用脫脂棉沾丙酮擦洗孔壁，此時應(yīng)保持孔內(nèi)干燥。膠粘劑采用新型植筋錨固膠。被植鋼筋采用無銹的鋼筋，插入并旋轉(zhuǎn)鋼筋以利結(jié)構(gòu)膠與鉆孔壁粘合;

4)加固部位在澆筑混凝土前剔除一切風(fēng)化疏松層、碳化銹蝕層及嚴重油污層，直至完全露出堅實的基層為止，并在此基層上鑿毛，使表面凹凸差約為5 mm，然后用水沖洗干凈，待完全干燥后，在BLZ區(qū)域均勻涂刷一遍改性環(huán)氧類混凝土界面結(jié)合劑;

5)澆筑C35 S6 F150混凝土。

3.3 箱涵開口技術(shù)措施

3.3.1 開取水洞

1)取水管洞設(shè)計為4個1 600圓孔，位于兩節(jié)渠道沉降縫兩側(cè)，洞口與沉降縫中心距離3.1 m，凈距離2.3 m，外側(cè)洞口中心距離3.6 m，兩洞口凈距離2 m。一期一階段開洞為兩個，如圖2所示。

圖2 取水洞開口圖

2)取水口箱涵加固梁施工完成，待混凝土達到設(shè)計強度后，黑河渠道停止供水，當水位下降到洞口以下時，采用靜力切割工具開始動工開洞。

3)先在箱涵側(cè)壁上將洞的外側(cè)輪廓線和中心線進行放線，然后利用100水鉆圍繞洞邊及中心進行靜力切割。

4)如遇箱涵側(cè)壁鋼筋對水鉆卡口，無法切割時，采取氧氣焊對卡口鋼筋進行切割。

5)開洞期間，采用四班倒制度，每個洞口每班3人輪換切割，另配備3人輪流操作氧氣焊。

6)水鉆開孔后，兩水鉆夾角部位三角混凝土塊，采用手提混凝土切割機修整磨平。3.3.2 組裝取水組件

1)用手提磨光機打磨鋼制翼環(huán)安裝區(qū)域的箱涵側(cè)壁，使其趨于平整，確保橡膠墊片與箱涵側(cè)壁接觸密實;

2)按照要求截取規(guī)定長度的1 200取水管，先焊接上鋼制翼環(huán)b，c，再焊接鋼制翼環(huán)a;

3)鋼制翼環(huán)b緊貼箱涵內(nèi)壁，與15 mm厚橡膠墊片(設(shè)計厚度為10 mm)、鋼制翼環(huán)a采用18個M20螺栓連接;

4)對應(yīng)鋼制翼環(huán)上的化學(xué)螺栓孔，進行M20螺栓植筋工作;

5)安裝取水組件。取水組件的鋼制翼環(huán)a通過螺栓與箱涵連接，為確保連接的緊密性，在每個螺栓孔增加一個3 mm厚橡膠密封墊，避免螺栓孔的滲水;為避免翼環(huán)周邊的滲水，增加3 cm厚雙組分聚硫密封膏，圍繞翼環(huán)周邊一圈設(shè)置(如圖3所示)。

圖3 取水組件安裝圖

3.3.3 洞口膨脹水泥填充

1)考慮到密實洞口為圓形，且寬度僅有20 cm，操作空間小，振搗難度大，故采用自密實混凝土進行填充。

2)自密實混凝土采用C40 S6，進料口模板高出開洞頂部，呈漏斗狀，澆筑時自上而下進行澆筑，箱涵側(cè)壁內(nèi)外側(cè)均采用橡膠錘進行振搗密實。

3)根據(jù)以往施工經(jīng)驗C40混凝土初凝時間一般為6 h～8 h，終凝一般為12 h，強度可達到28 MPa，方可進行模板的拆除工作。

4)為了確保上部混凝土填充密實，澆筑時混凝土溢出洞口頂部，澆滿進料口，待模板拆除后再進行溢出混凝土的打磨切割。

3.3.4 止水密封膠填縫

1)遇水膨脹止水膠為一種單組分、無溶劑聚氨酯型密封膠，遇水后能產(chǎn)生膨脹，起到很好的止水效果;有良好的填充性和粘結(jié)性，確保產(chǎn)品填入裂縫和空隙中，因而適用于潮濕、光滑及粗糙的表面;特有的柔性確保它適合不規(guī)則的基面接縫防水;具有好的耐化學(xué)介質(zhì)性能(無毒、無污染、防菌、耐油、耐酸堿鹽和老化);使用方便。

2)止水密封膠填縫厚度為50 mm，施工前將混凝土表面雜物清理干凈，并對混凝土表面進行烘干。

3)涂密封膠時，用灰刀將配制的密封膠在洞口接縫兩側(cè)先涂抹一層，然后再將密封膠嵌入縫道中央并到達劃定厚度，操作時應(yīng)注意氣泡防止夾帶進入密封膠中。

4 重難點施工技術(shù)措施

1)加固梁澆筑。為確保原有渠道強度不降低，取水口采取加固梁植筋和化學(xué)螺栓植筋的施工方案。施工時加固梁鋼筋較小為Φ12，如與箱涵側(cè)壁結(jié)構(gòu)鋼筋影響，可進行位置調(diào)整，再進行適當補入植筋?；瘜W(xué)螺栓植筋為25孔洞，如與箱涵側(cè)壁結(jié)構(gòu)鋼筋影響，改用25水鉆進行成孔。為保證加固梁混凝土強度短期內(nèi)可達到C30混凝土強度，因此加固梁混凝土提高一個標號，即采用C35混凝土澆筑。

2)細小裂縫。對縫寬小于0.3 mm的表層裂縫，經(jīng)縫面清污處理后，可選用環(huán)氧樹脂、單組分聚脲、聚酯樹脂或聚氨酯類等材料進行噴涂或涂刷。一般噴涂2遍～3遍，第一遍噴涂采用經(jīng)稀釋的材料，涂膜厚度不小于1 mm;改性環(huán)氧漿材充填法用于縫寬大于0.3 mm，小于2 mm的表層裂縫;對于2 mm以上的裂縫，常備2臺注漿機及專業(yè)修補人員，及時用聚氨酯注漿處理。

3)混凝土剝落。開洞期間采購高強速凝水泥，終凝為10 min，如箱涵側(cè)壁有剝落面，對剝落面清理后，立即展開速凝水泥修補。

CT203聚合物水泥砂漿，是一種有機、無機復(fù)合的新型聚合物水泥砂漿，具有粘結(jié)強度高，補償收縮、耐久性好和水下不擴散等特點，適用于混凝土結(jié)構(gòu)表面破損和磚石結(jié)構(gòu)的薄層護面，結(jié)構(gòu)裂縫和缺陷的修補。該砂漿還兼具快凝特點，特別適用于混凝土結(jié)構(gòu)的快速修補和水中修補。該技術(shù)處理結(jié)構(gòu)面結(jié)晶快、耐久性好、規(guī)整美觀，施工方便，環(huán)境影響小。

4)為防止新、老構(gòu)筑物銜接處滲水、漏水以及因不均勻沉降造成的錯位，與黑河輸水箱涵取水口的銜接，采用鋼制翼環(huán)加橡膠墊片、柔性密封材料填縫以及在取水管路設(shè)置可曲撓橡膠接頭等技術(shù)措施。

5)大撓度松套補償接頭需待出水管安裝覆土完成初步沉降后(一個月)進行最終連接。安裝好后，先在螺栓上涂抹無污染的油脂，外包兩層塑料布，兩端用膠帶粘緊，然后再回填土。

6)DN1 200 mm進水管焊接接頭尺寸及質(zhì)量執(zhí)行GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范標準。管道焊縫采用2.5%X射線100%探傷。

5 輸水箱涵保護措施

1)施工前與渠道管理單位及時聯(lián)系，并派專人予以配合、監(jiān)督，核實現(xiàn)況黑河輸水箱涵位置及標高、渠道的結(jié)構(gòu)構(gòu)造;提前做好施工組織設(shè)計，合理安排施工次序，盡量減少施工、停水時間。

2)施工時，設(shè)置專人對輸水箱涵進行24 h實時沉降觀測，并做好詳細記錄備查。

3)在施工的同時，對基坑周邊做好排水降水措施，并預(yù)備水泵一臺，并設(shè)置臨時便道，以防特大暴雨造成危害時，加固物資及時送達輸水箱涵處。短時間強降雨，應(yīng)設(shè)專職監(jiān)管人員，堅守崗位，及時抽排基坑積水，以免對輸水箱涵產(chǎn)生意外破壞。

4)編制應(yīng)急預(yù)案，發(fā)生意外情況時，第一時間發(fā)動組織應(yīng)急小組，召集施工工人投入搶險之中，并通知渠道管理單位，及時處置，極力控制事態(tài)擴大，及時處理安全隱患。

6 結(jié)語

取水工程通過上述一系列的技術(shù)措施，施工中沒有產(chǎn)生裂縫、鋼筋保護層混凝土沒有剝落，通水后沒有滲漏現(xiàn)象，自密實混凝土抗壓強度達47.7 MPa，遠超原200號混凝土強度，實施效果非常理想。與以前黑河輸水箱涵與取水工程以箱涵連接(中間設(shè)橡膠止水帶)，或者直接開口的設(shè)計方案相比較，可以在有效保護原有工程的基礎(chǔ)上，很好的解決了滲漏水及沉降問題，并提高了本工程的質(zhì)量，對類似工程可提供積極有益的參考借鑒。