南水北調(diào)中線工程安陽(yáng)段渠道底板襯砌實(shí)現(xiàn)方案探索

□杜軍民(南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局安陽(yáng)段建管處)

□王培萍（鄭州大學(xué)）

按照南水北調(diào)中線一期工程總干渠安陽(yáng)段渠道斷面設(shè)計(jì)，在寬度18.5m、平均深度達(dá)到9m的渠道內(nèi)，工程具有超長(zhǎng)、超深運(yùn)送混凝土，底面高程高精度的特點(diǎn)。如何高效地進(jìn)行工程施工，并且高精度地保證渠道1/28000縱向坡降，是一個(gè)不小的難題。實(shí)踐中，中國(guó)水利水電第十一工程局承建的第五施工標(biāo)段最先進(jìn)行工程實(shí)施，一項(xiàng)項(xiàng)探索研究，創(chuàng)新嘗試，取得了成功。

安陽(yáng)段是南水北調(diào)中線一期工程總干渠Ⅳ渠段（黃河北～漳河南段）的組成部分，位于該渠段的末端，是中線工程河南段除穿黃工程外的首開工程。全渠段總長(zhǎng)40.262km，其中渠道長(zhǎng)度39.299km。渠線穿越大小河流19條，沿線共布置各類交叉建筑物76座。

一、渠道底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

渠道采用明渠設(shè)計(jì)，梯形斷面，型式為上口寬52.6～54.1m，底寬17～18.5m，邊坡1：2，渠深8.9m，坡面長(zhǎng)20m。正常水深7m，加大水深7.384m。渠道底板結(jié)構(gòu)型式自下而上為：土基面、5cm粗砂墊層、2cm厚的保溫板、防滲復(fù)合土工膜、8cm厚混凝土面層；渠道襯砌混凝土面板全部采用4m×4m分縫設(shè)計(jì)，底板縱縫全部是通縫設(shè)置，橫縫依次為半縫、通縫、半縫……，交叉布置，縫寬統(tǒng)一為2cm，半縫深度統(tǒng)一為6cm，通縫深度底板8cm；渠道縱向坡降為1/28000。

二、渠道底板施工的技術(shù)難點(diǎn)

渠道底板施工屬于平面作業(yè)，難度相對(duì)坡面施工較易實(shí)現(xiàn)。但由于是在平均約9m深的渠道內(nèi)施工，且渠道流水完全依靠自流，1/28000的縱坡坡比要求施工精度很高。同時(shí)渠道襯砌在安陽(yáng)段是第一次實(shí)施，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)、成熟機(jī)械設(shè)備不多，施工方法及工藝需要摸索。

主要的技術(shù)難點(diǎn)可以歸納為：如何達(dá)到設(shè)計(jì)要求的5cm粗砂墊層0.7相對(duì)密度指標(biāo)；如何實(shí)現(xiàn)渠底襯砌混凝土的布料、振搗；如何實(shí)現(xiàn)渠底襯砌混凝土面板的2cm縫寬切割；如何控制渠底縱向坡降；什么樣的施工方法和工藝可以保證工程質(zhì)量，并適合于推廣應(yīng)用。

三、機(jī)械組合方案比選

（一）渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）機(jī)械組合方案

粗砂墊層從一級(jí)馬道順坡面運(yùn)送明顯不經(jīng)濟(jì)，不考慮?；谇赖装逋粱蠖嗍窃瓲钔粒匦蛙囕v在上面行走會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大擾動(dòng)，不利于保證工程質(zhì)量，選用1～3輛農(nóng)用三輪運(yùn)輸車輛（每輛裝載0.5～2m3），直接把粗砂運(yùn)送到施工面上，然后人工攤鋪精平并用機(jī)械霧化補(bǔ)水方式調(diào)節(jié)含水率，最后用專門加工的平板振動(dòng)器實(shí)現(xiàn)壓實(shí)。

（二）渠道底板混凝土（8cm厚）襯砌機(jī)械組合方案

工序進(jìn)行到混凝土施工時(shí)，渠底已完成粗砂墊層、保溫板和防滲復(fù)合土工膜作業(yè)，混凝土運(yùn)輸車輛不能在上面行走。采用吊車吊運(yùn)混凝土、混凝土輸送泵泵送混凝土、改裝大型渠道坡面襯砌機(jī)攤鋪混凝土等方式，成本均較高，不在選擇之列。而混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送混凝土，選用加工的簡(jiǎn)易“U”型溜槽或膠帶運(yùn)輸機(jī)完成坡面混凝土運(yùn)送，在渠道底面上加工膠帶式布料機(jī)實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)送和攤鋪，加工平板振動(dòng)器或振動(dòng)梁完成混凝土振搗方式均可行。在1：2的坡面上，“U”型溜槽可以實(shí)現(xiàn)混凝土自流，較膠帶運(yùn)輸機(jī)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；平板振動(dòng)器簡(jiǎn)單但不容易控制平整度，振動(dòng)梁相比效果更好；簡(jiǎn)易輥杠輔助精平；用手扶式電動(dòng)磨光機(jī)及人工配合可以實(shí)現(xiàn)收光。

綜上分析，確定如下機(jī)械組合方案：混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送到一級(jí)馬道上，“U”型溜槽完成坡面混凝土運(yùn)送，膠帶式布料機(jī)實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)送和攤鋪，振動(dòng)梁振搗混凝土，簡(jiǎn)易輥杠輔助精平，手扶式電動(dòng)磨光機(jī)及人工配合收光。

四、主要機(jī)械設(shè)計(jì)加工參數(shù)

（一）粗砂墊層平板振動(dòng)器參數(shù)

電機(jī)：1.5kW振動(dòng)電機(jī)（振動(dòng)頻率48Hz）；平板托盤：60cm寬、100cm長(zhǎng)、5mm厚普通鋼板加筋。

（二）“U”型溜槽參數(shù)

“U”型溜槽總長(zhǎng)20m，設(shè)置兩個(gè)行走裝置，一個(gè)在一級(jí)馬道上，方形框架型式，其下部安裝4個(gè)輪子，其中一個(gè)輪子連接電機(jī)，作為行走的動(dòng)力；中間部位，安裝一個(gè)簡(jiǎn)易獨(dú)輪行走裝置，一方面作為支撐以防止溜槽變形，另一方面可以滑動(dòng)行走；底部固定在膠帶布料機(jī)上，隨布料機(jī)一起行走。主框架采用方形桁架結(jié)構(gòu)，斷面尺寸：30cm高，58cm寬；“U”型溜槽安放在框架內(nèi)，采用1mm厚鋼板彎曲而成，上口50cm寬，槽深20cm。

（三）膠帶式布料機(jī)參數(shù)

主框架采用方形桁架拼接結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)18.5m。斷面尺寸：80cm高，100cm寬；傳送皮帶安放在上半部，頂面在桁架上，底面在桁架內(nèi)，靠設(shè)置的電機(jī)帶動(dòng)圓滾轉(zhuǎn)動(dòng)，形成皮帶行走的動(dòng)力。皮帶寬100cm，厚6cm，槽深10cm；傳送皮帶依靠設(shè)置在桁架頂部的兩側(cè)傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)軸及水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸滑動(dòng)。在皮帶頂部，設(shè)置一套可以沿桁架行走的橫跨截料裝置，通過(guò)控制按鈕實(shí)現(xiàn)混凝土沿桁架水平方向的任意位置布料。

（四）振動(dòng)梁參數(shù)

電機(jī)：2.2kW振動(dòng)電機(jī)（振動(dòng)頻率48Hz）;振動(dòng)梁框架尺寸：8cm標(biāo)準(zhǔn)槽鋼型材，450cm長(zhǎng)、24cm寬、8cm高。

五、工程實(shí)體試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)充分準(zhǔn)備，原材料、混凝土配合比調(diào)試、平板振動(dòng)器加工、溜槽及膠帶布料機(jī)設(shè)計(jì)加工、安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)、方案討論細(xì)化等完成后，于2008年10月25日至11月10日進(jìn)行工程實(shí)體試驗(yàn)。

（一）實(shí)施渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）機(jī)械組合方案

小噸位的農(nóng)用三輪車，由于自重及裝載的粗砂（天然河砂，0.5～2m3）重量較輕，碾壓在渠底土基上，沒有痕跡，不影響土體整體結(jié)構(gòu)，運(yùn)送速度完全滿足生產(chǎn)需要。平板振動(dòng)器在虛鋪厚度為6.5cm，含水率在8%～10%，人工拖動(dòng)振動(dòng)碾壓3～4遍，重疊10cm寬，行走速度2～3m/min，檢測(cè)出的粗砂墊層厚度、平整度、相對(duì)密度等主控指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)和規(guī)程要求。

（二）實(shí)施渠道底板混凝土（8cm厚）襯砌機(jī)械組合方案

以拌和樓出機(jī)口的混凝土坍落度為7cm，混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)出料口的坍落度為6～6.5cm，可以均勻自動(dòng)的通過(guò)“U”型溜槽，沒有堵料和外溢情況。膠帶布料機(jī)通過(guò)截料口可以均勻的把混凝土攤鋪于作業(yè)面上，通過(guò)人工配合，模板四周的填料密實(shí)。按虛鋪9.2cm攤鋪混凝土，人工拖動(dòng)振動(dòng)梁，1～2m/min速度行走，振搗后的混凝土表面外觀平整、漿液充盈、沒有露石現(xiàn)象；行走中，振動(dòng)梁前側(cè)也沒有人工清理堵料情況。兩個(gè)人手工拖動(dòng)簡(jiǎn)易輥杠，精平效果理想。用手扶式電動(dòng)磨光機(jī)及人工配合方式，施工后的混凝土表面光滑平整。工程檢驗(yàn)鉆取的芯樣密實(shí)，幾乎沒有氣泡；厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，平整度、高程等指標(biāo)，符合設(shè)計(jì)和規(guī)程要求，效果理想。

六、最佳機(jī)械組合

（一）渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）機(jī)械組合

一臺(tái)人工拖動(dòng)式壓實(shí)裝置：1.5kW平板振動(dòng)器；1～3輛農(nóng)用三輪車。

（二）渠道底板混凝土（8cm厚）襯砌機(jī)械組合

2～3輛6～8m3混凝土攪拌運(yùn)輸車；一個(gè)自動(dòng)行走桁架式“U”型溜槽；一臺(tái)自動(dòng)行走桁架式膠帶布料機(jī)；一個(gè)4.5m長(zhǎng)振動(dòng)梁；一個(gè)簡(jiǎn)易輥杠；1～2臺(tái)手扶式電動(dòng)磨光機(jī)。

七、大面積應(yīng)用效果

設(shè)計(jì)加工的平板振動(dòng)器，使用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)有效、經(jīng)久耐用，在粗砂墊層的施工過(guò)程中，累計(jì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)全部合格，成功地解決了超薄渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）的壓實(shí)技術(shù)難題；溜槽和膠帶布料系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)行走移位，成功解決了超深（垂直9m）、較寬（直線36.3m）、渠道薄壁（8cm厚）混凝土襯砌的布料問(wèn)題。省去了改造大型渠道襯砌機(jī)所需的較大投資。速度快，正常情況下，1d可以完成40～60m施工；設(shè)計(jì)加工的振動(dòng)梁，盡管增加了立模板的次數(shù)，但減少了機(jī)械切割時(shí)間，更為重要的是，通過(guò)每4m立模板過(guò)程的檢驗(yàn)，加大了高程的檢測(cè)頻率，有效保證了渠道1/28000的縱向坡降的高精度渠底高程要求。同時(shí)，由于振動(dòng)梁的振搗效率高，施工完成的混凝土質(zhì)量甚至超過(guò)了價(jià)格昂貴的大型渠道襯砌機(jī)施工的效果，并且經(jīng)濟(jì)耐用。

八、溜槽傳送、膠帶布料機(jī)設(shè)備的使用方法及施工工藝

（一）使用方法

第一，要經(jīng)常檢查移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)配電箱，特別是漏電斷路器，確保其靈敏有效。第二，經(jīng)常檢查電源線路是否有磨破或斷線，確保用電安全。第三，要經(jīng)常檢查膠帶布料機(jī)的皮帶系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)磨損后及時(shí)修補(bǔ)或更換。第四，經(jīng)常檢查作為行走基礎(chǔ)的輪胎，保證平衡行走。第五，經(jīng)常檢查“U”型溜槽和膠帶布料機(jī)的連接，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)后及時(shí)緊固。第六，定期檢查“U”型溜槽，若發(fā)現(xiàn)磨損漏漿，及時(shí)更換或修補(bǔ)，避免污染坡面混凝土。第七，每次使用后注意保養(yǎng)，溜槽內(nèi)的混凝土漿液必須及時(shí)沖洗干凈，嚴(yán)禁形成干渣，影響混凝土的自由流動(dòng)。第八，使用時(shí)通過(guò)按鈕同時(shí)啟動(dòng)分別設(shè)置在溜槽頂部、膠帶布料機(jī)的兩個(gè)輪部位置的3個(gè)電機(jī)，使溜槽和膠帶布料機(jī)同時(shí)移位，使系統(tǒng)整體到達(dá)施工倉(cāng)面內(nèi)；當(dāng)混凝土進(jìn)入溜槽后，及時(shí)開動(dòng)膠帶布料機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，確?；炷聊芗皶r(shí)通過(guò)膠帶傳送到施工倉(cāng)面內(nèi)。第九，為了防止混凝土通過(guò)截料口流到倉(cāng)面外，布料時(shí)盡量不要靠近模板邊緣，通過(guò)人工輔助的方式解決模板邊角位置的布料和攤鋪。第十，布料完成后，要把此系統(tǒng)移到倉(cāng)面外，以方便振動(dòng)梁的施工。

（二）施工工藝

1.渠底修整

用挖掘機(jī)和自卸汽車倒退法挖除渠底多余的土方，最后預(yù)留的5～10cm保護(hù)層由人工精細(xì)清理，做到清理后的平整度誤差≤2cm/2m。按設(shè)計(jì)規(guī)定的位置和尺寸，開挖排水軟管溝，并安放排水軟管。

2.粗砂墊層（5cm厚）鋪設(shè)

墊層粗砂料選用滿足設(shè)計(jì)要求的河砂，含水率控制在8%～10%左右為標(biāo)準(zhǔn)。用農(nóng)用三輪車（裝載0.5～2m3）直接運(yùn)送到渠底基面上，先專門填壓排水軟管溝，再人工攤鋪精平。整平后檢測(cè)粗砂含水率，含水率不足既定值時(shí)，采用機(jī)械噴霧方式補(bǔ)充水分，直至達(dá)到壓實(shí)的最佳含水率。人工拖動(dòng)平板振動(dòng)器碾壓3～4遍，即可達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度。壓實(shí)后的粗砂墊層表面平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并≤1cm/2m。

3.保溫板鋪設(shè)

缺角、斷裂、尺寸不夠、局部凹陷等不符合規(guī)范要求的保溫板不用于本工程。鋪設(shè)前對(duì)每張保溫板進(jìn)行浸水處理，以利于和砂墊層及土工布結(jié)合，采用錯(cuò)縫方式鋪設(shè)，用10cm長(zhǎng)竹簽對(duì)4角進(jìn)行固定，竹簽頂端略低于保溫板，以＜2～3mm為宜。

4.防滲膜鋪設(shè)

鋪設(shè)的防滲膜做到自然松弛，與基面貼實(shí)，無(wú)褶皺現(xiàn)象。搭接部位做到上、下層土工布搭接長(zhǎng)度20cm，防滲膜之間采用自動(dòng)調(diào)溫（調(diào)速）電熱楔式雙道塑料熱合機(jī)焊接，焊接寬度10cm，土工布采用手提式工業(yè)縫包機(jī)縫合。焊接后充彩色水并加壓，做到無(wú)滲漏現(xiàn)象。同時(shí)鋪設(shè)期間所有的防滲膜均用沙袋或軟性重物壓住，直至保護(hù)層施工完為止。

5.混凝土澆筑

（1）立模板。為提高控制精度，渠底橫縫全部采用通縫施工，每4m立一道模板，一次立8～10道，跳倉(cāng)作業(yè)。模板采用8cm標(biāo)準(zhǔn)槽鋼，并在槽鋼靠近地面一側(cè)腿上每1.5m焊接一個(gè)φ10“U”型鋼筋托手（30cm×20cm），安裝后上壓砂袋用于固定模板；加工一定數(shù)量的方木（6cm×9cm×400cm）做支撐，每1.5m設(shè)置一道。模板固定靠壓在“U”鋼筋托手上的砂袋、方木的固定支撐實(shí)現(xiàn)。每次澆筑前測(cè)量及質(zhì)檢人員嚴(yán)格按3等水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)?zāi)０甯叱?，并作固定?jiǎn)易標(biāo)志，合格后報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收。施工中，專門安排一名測(cè)量人員用高精度水準(zhǔn)儀按固定的簡(jiǎn)易標(biāo)志檢查模板高程，發(fā)現(xiàn)偏差后及時(shí)調(diào)整，嚴(yán)格過(guò)程控制。

（2）機(jī)械設(shè)置及調(diào)試。打開控制按鈕，使膠帶布料機(jī)及桁架式“U”型溜槽行走，以截料口位于澆筑倉(cāng)面內(nèi)為準(zhǔn)。開動(dòng)膠帶布料機(jī)，檢驗(yàn)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，發(fā)現(xiàn)異常后，及時(shí)檢修。

（3）混凝土布料。用JCQ8攪拌運(yùn)輸車把混凝土運(yùn)送到一級(jí)馬道上，專人負(fù)責(zé)指揮布料。把攪拌運(yùn)輸車出料口對(duì)準(zhǔn)溜槽，混凝土沿“U”槽靠重力流動(dòng)到渠底的膠帶布料機(jī)上，利用截料口實(shí)現(xiàn)混凝土在底板倉(cāng)面上的均勻布料。混凝土采用二級(jí)配骨料，現(xiàn)場(chǎng)混凝土坍落度控制在5～7cm。按試驗(yàn)數(shù)據(jù)，控制混凝土的虛鋪厚度為9.2cm，靠人工填補(bǔ)模板邊角部位，并均勻平整。

（4）混凝土振搗。利用專門加工的振動(dòng)梁，人工緩慢拖動(dòng)，確保振搗過(guò)的混凝土表面漿液均勻且無(wú)露石現(xiàn)象。振搗過(guò)程中，人工隨時(shí)補(bǔ)充低洼處的混凝土，并注意清理振動(dòng)梁前面多余的堆積料。

（5）抹面壓光。振動(dòng)梁振搗后，簡(jiǎn)易輥杠進(jìn)行精平，然后用手扶式電動(dòng)真空提漿機(jī)提漿磨光，最后人工收面抹光。振動(dòng)梁振搗過(guò)的混凝土表面，局部不平整的地方用專門加工的簡(jiǎn)易輥杠均勻拖動(dòng)。手扶式電動(dòng)真空提漿機(jī)進(jìn)一步全面提漿后，等待收面時(shí)機(jī)。當(dāng)手壓混凝土表面發(fā)硬時(shí)，人工用鐵抹子完成收面壓光。渠底高程控制在-10～0mm。

6.伸縮縫切割

渠道底板施工因采用每4m寬立模板調(diào)倉(cāng)作業(yè)法，橫縫全部可以通過(guò)施工縫實(shí)現(xiàn)，不需要切割?？v縫通縫采取在混凝土底部預(yù)埋粘貼于土工布上的2cm厚×3.5cm寬閉孔泡沫板方式實(shí)現(xiàn)，避免切割時(shí)穿透土工布或切割深度不到位情況。切割機(jī)采用三片組合鋸片形式。

切縫時(shí)間以混凝土澆筑后的平均氣溫與混凝土澆筑后時(shí)間間隔的乘積300～400℃·h（即混凝土強(qiáng)度5MPa～8MPa）進(jìn)行控制，在此區(qū)間內(nèi)完成切割。如混凝土切割時(shí)間過(guò)早，容易使混凝土崩塊掉角；切割時(shí)間過(guò)晚，混凝土容易產(chǎn)生裂縫。所以，控制好混凝土的切割時(shí)間尤為重要。

7.混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)分兩個(gè)階段進(jìn)行。終凝前，在干旱、多風(fēng)、日曬的天氣采用噴霧器不間斷噴霧養(yǎng)護(hù)；終凝后采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，當(dāng)施工期間出現(xiàn)低溫或負(fù)溫天氣時(shí)，采用土工布上加塑料布進(jìn)行覆蓋保溫。濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)期≥28d。

8.伸縮縫填塞

清縫前檢查伸縮縫的深度和寬度，伸縮縫應(yīng)底部平坦、寬度均勻一致。清縫時(shí)用高壓水槍從一個(gè)方向清洗，做到徹底清除縫內(nèi)的浮漿、碎渣等雜質(zhì)，做到縫壁干凈、干燥。把聚乙烯閉孔泡沫板用專用工具壓入縫內(nèi)，均勻、密實(shí)、連續(xù)，并保證上層填充密封膠的設(shè)計(jì)深度（2cm）。為保證線條均一美觀，注膠前先用紙質(zhì)膠帶在縫兩側(cè)貼出兩條線，以防污染基面，注膠完成后，再將膠帶揭除。

九、小結(jié)

南水北調(diào)中線安陽(yáng)段渠道襯砌施工中通過(guò)創(chuàng)新研制加工，特別是溜槽傳送、膠帶布料機(jī)新產(chǎn)品的成功應(yīng)用，得到了最佳機(jī)械組合，本文總結(jié)出了比較成熟的渠道底板襯砌施工方法和工藝流程，提高了施工效率，降低了施工成本。

此大型機(jī)械化渠道底板襯砌關(guān)鍵技術(shù)在第五標(biāo)段研制成功，并通過(guò)第三標(biāo)段、第四標(biāo)段推廣檢驗(yàn)，成熟穩(wěn)定，完成的工程質(zhì)量經(jīng)各級(jí)部門評(píng)定，優(yōu)良率達(dá)到95%以上。目前，此項(xiàng)實(shí)用技術(shù)已在安陽(yáng)段工程全面推廣應(yīng)用。