渠道工程渠坡砂濾層機(jī)械化平砂振壓施工工法

□陳秀蘭 □王 永（中國水利水電第十三工程局有限公司）

渠道工程渠坡砂濾層機(jī)械化平砂振壓施工工法

□陳秀蘭 □王 永（中國水利水電第十三工程局有限公司）

根據(jù)南水北調(diào)安陽段渠道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求，作者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，研制出移動式渠坡桁架平砂振壓機(jī)，應(yīng)用于工程建設(shè)中，施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。對其他陸續(xù)開工建設(shè)的南水北調(diào)工程具有借鑒和推廣意義，可在后續(xù)的工程建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

渠道工程；砂濾層；機(jī)械化平砂、振壓；施工工法

南水北調(diào)中線一期工程總干渠安陽段渠道設(shè)計(jì)首次采用5 cm厚砂濾層結(jié)構(gòu)，特別是在1：2坡比的坡面上要求其相對密度不低于0.7，國內(nèi)均無先例可循。南水北調(diào)安陽段三標(biāo)項(xiàng)目施工單位根據(jù)渠道的這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求，研制出移動式渠坡桁架平砂振壓機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了渠坡砂濾層機(jī)械化平砂、振壓施工，施工質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，獲得了建設(shè)單位的一致認(rèn)可，并將其工藝推廣至南水北調(diào)中線工程安陽段和新鄉(xiāng)段其它標(biāo)段。

一、工法特點(diǎn)及適用范圍

一是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、靈活，技術(shù)新穎；二是連續(xù)作業(yè)，施工快速、高效；三是機(jī)械化作業(yè)，較好實(shí)現(xiàn)了斜坡面作業(yè)要求，節(jié)省人工費(fèi)用；四是施工質(zhì)量有保證，良好的砂濾層密實(shí)度可有效減少薄壁式渠道襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生；五是能夠快速提供渠道混凝土襯砌的工作斷面。

該技術(shù)主要適用于渠道工程、水庫大壩反濾層結(jié)構(gòu)施工中。

二、工藝原理

渠坡砂濾墊層采用中、粗砂，經(jīng)機(jī)械壓實(shí)，作為渠道襯砌混凝土的過渡層,可起到“排水濾土”、保持土體穩(wěn)定的作用；作為渠坡土質(zhì)渠床的找平層，改善和提高渠床與保溫防滲層之間的加糙抗滑能力,并通過砂墊層的壓力擴(kuò)散作用,降低水壓對渠床的壓應(yīng)力,減少渠道襯砌結(jié)構(gòu)變形量。

通過移動式渠坡桁架平砂振壓機(jī)的螺旋升降系統(tǒng)、螺旋布料裝置和壓實(shí)裝置，實(shí)現(xiàn)了對渠床斜坡面上砂濾層的機(jī)械化平整、碾壓，砂墊層密實(shí)度達(dá)到了設(shè)計(jì)相對密度要求，成型斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

三、工藝流程及操作要點(diǎn)

（一）工藝流程圖

圖1 渠坡砂濾層施工工藝流程圖

（二）操作工藝

1.施工準(zhǔn)備：鋪砂前應(yīng)將渠床上的表面浮土、雜物等清理干凈，同時(shí)鋪設(shè)方鋼軌道，安裝、調(diào)試移動式渠坡桁架平砂振壓機(jī)械。

2.粗砂補(bǔ)水和運(yùn)輸：5 cm厚粗砂墊層施工前應(yīng)適當(dāng)控制含水量，根據(jù)其干濕程度和氣候條件，適當(dāng)灑水以保持砂濾料的最佳含水量，河砂一般為7%～10%，人工砂一般為4%～5%。采用自卸汽車把砂料運(yùn)輸?shù)角礼R道上堆放。

3.人工攤鋪：用挖掘機(jī)或裝載機(jī)把粗砂鋪到渠床面上，人工攤鋪并初平。松鋪厚度通過壓實(shí)試驗(yàn)確定，松鋪系數(shù)一般在1.20～1.28。

4.表面補(bǔ)水：攤鋪完成后檢驗(yàn)粗砂含水率，達(dá)不到預(yù)定的最佳含水率時(shí)，用灑水車上裝置的霧化設(shè)施，機(jī)械噴水成霧狀均勻噴灑飄落于砂濾層表面，通過水分的緩慢下滲，達(dá)到整個(gè)5 cm厚砂濾層的含水率接近最佳含水率。

5.機(jī)具設(shè)備到位：啟動移動式渠坡平砂振壓機(jī)至待整平部位，調(diào)節(jié)好上、下軌道位置處的螺旋升降系統(tǒng)，確保桁架主梁坡度和渠坡設(shè)計(jì)坡度一致；調(diào)整螺旋布料裝置至砂濾層虛鋪高程位置處，同時(shí)保證振壓平板成自然松動狀態(tài)置于砂濾層面上。

6.機(jī)械精平：開啟螺旋布料器，順坡由下而上轉(zhuǎn)動螺旋布料輥將多余料向前分離、推動、轉(zhuǎn)移至下一工作面上，布料輥后平行設(shè)置的刮板完成砂濾層精平，每機(jī)位精平寬度（刮板寬度）2 m。

7.平板振壓：啟動螺旋布料器的同時(shí)，開啟平板振動裝置，順坡先由下至上振壓，再由上往下振壓。一個(gè)機(jī)位工作面振壓寬度為（平板振動器長度）1 m，順渠道軸線方向縱向移位時(shí)振動平板按10 cm壓痕重疊振壓。

順坡上下往返振壓一次為一遍，振壓遍數(shù)一般選擇2遍。振壓遍數(shù)過多，粗砂表層有明顯不規(guī)則樹枝狀波紋，振壓時(shí)可見波紋間粗砂層起伏跳動，密實(shí)程度反而下降，壓實(shí)效果會受影響。

8.檢驗(yàn)密實(shí)度：砂濾層密實(shí)度采用標(biāo)準(zhǔn)灌砂法檢驗(yàn)干密度值，并換算相對密度與設(shè)計(jì)指標(biāo)比較。

砂墊層相對密度計(jì)算公式如下：

pdmin—最小干密度，g/cm3；

pdmax—最大干密度，g/cm3；

pd—天然干密度或填土的相應(yīng)干密度，g/cm3；

pdmax、pdmin由室內(nèi)相對密度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)確定。

9.修整找平驗(yàn)收：砂濾層檢驗(yàn)合格后，人工持刮桿找平、平凸補(bǔ)凹，保障砂濾層表面平整度。同時(shí)及時(shí)進(jìn)行保溫板、土工布的鋪設(shè)以減少水分的散失。

四、材料與設(shè)備

（一）砂料

宜選用顆粒級配良好、清潔、質(zhì)地堅(jiān)硬的中砂或粗砂，砂中不得含有雜草、樹根等有機(jī)雜質(zhì)，含泥量應(yīng)<5%。

（二）主要設(shè)備機(jī)具

1.機(jī)械設(shè)備：移動式渠坡平砂振壓機(jī)（整機(jī)功率15 kW）、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸汽車、灑水車等。

2.主要工具：鐵锨、鐵耙、膠管、噴壺、鐵篩、刮桿等。

死體可燃物含水率(Y)與氣溫(X2)、相對濕度(X3)、連旱天數(shù)(X4)、風(fēng)速(X5)、蒸發(fā)量(X6)之間的數(shù)學(xué)模型為：

3.檢測用具：標(biāo)準(zhǔn)篩、水準(zhǔn)儀、全站儀、2 m平整度尺、灌砂筒（改進(jìn)型）、烘箱、電子天平等。

（三）移動式渠坡桁架平砂振壓機(jī)設(shè)備構(gòu)造

移動式渠坡平砂振壓機(jī)由行走軌道、桁架梁、行走裝置、螺旋布料與壓實(shí)裝置、提升牽引裝置、上下限位控制裝置、電控系統(tǒng)臺等構(gòu)成。

圖2 移動式渠坡桁架平砂振壓機(jī)示意圖

1.行走軌道：與渠道混凝土襯砌機(jī)共用軌道，選用8 cm×8 cm的方鋼和鋼基板焊接制作，分別鋪設(shè)在一級馬道和渠底坡腳處。

2.桁架梁：桁架主梁是本機(jī)的主要受力構(gòu)件，由圓管和方管焊接而成的三角桁架結(jié)構(gòu),每節(jié)長度4 m，視不同坡長、坡比通過銷軸和法蘭組合聯(lián)接。

上（下）框架：由圓管和方管焊接而成的三角桁架梁，位于主梁的上、下端，通過可調(diào)法蘭和主梁連接在一起。

3.行走裝置：支腿由支輪箱和機(jī)械式螺旋升降裝置組成，安裝在桁架梁上、下框架的下部，支撐整機(jī)的重量。螺旋升降裝置可調(diào)節(jié)桁架主梁與渠坡砂濾層之間的相對空間，整機(jī)可以豎向升降。

支腿下設(shè)置行走軌道輪，通過行走電機(jī)帶動行走。為確保上、下軌道輪行走一致，行走電機(jī)使用一個(gè)分電器控制。

4.螺旋布料與壓實(shí)裝置

螺旋布料裝置：底盤架、驅(qū)動電機(jī)（2 kW）、螺旋布料輥（長2.0 m）、刮板（長2.0 m）。螺旋布料輥后設(shè)刮板，兩者平行，電機(jī)驅(qū)動鏈條帶動螺旋布料輥運(yùn)轉(zhuǎn)。

壓實(shí)裝置：振動器（功率1.5 kW、振動頻率48 Hz）和平板托盤（普通鋼板，0.55 m（寬）×1.0 m（長）×5 mm（厚）。

螺旋布料與壓實(shí)裝置是整機(jī)作業(yè)的核心裝置，兩者一前一后安置在底盤架下。底盤架通過同心軸、兩邊的4個(gè)軌道輪固定在桁架主梁方管上，由提升牽引裝置牽引行走。

5.提升牽引裝置：本機(jī)作業(yè)的動力傳動裝置，主要通過卷揚(yáng)機(jī)帶動鋼絲繩的纏繞來提升螺旋布料與壓實(shí)裝置。安裝在主梁下框架上。

6.上下限位控制裝置：由卡環(huán)焊接桁架梁上、下拐角處，可控制螺旋布料和壓實(shí)裝置行走的上下行程，以保障操作安全。

7.電控系統(tǒng)臺：安裝在桁架下部，采用交流380 V配電柜集中控制，是本機(jī)的控制中心，通過控制面板指令本機(jī)行走以及螺旋布料和壓實(shí)裝置提升、運(yùn)行等。

（四）灌砂筒（改進(jìn)型）

標(biāo)準(zhǔn)灌砂筒基板下連接5 cm長聚乙烯塑料管（φ100 mm），聚乙烯塑料管底部坡度與渠坡設(shè)計(jì)邊坡一致，頂部水平。灌砂試驗(yàn)時(shí)基板作用在渠坡面上，可保持灌砂筒垂直于水平面，保證灌砂筒內(nèi)量砂垂直自由下落。

圖3 渠坡灌砂法改進(jìn)型灌砂筒

五、作業(yè)條件

檢驗(yàn)砂石料的質(zhì)量，無雜質(zhì)，顆粒級配、細(xì)度模數(shù)和含泥量必須符合設(shè)計(jì)要求；通過相對密度試驗(yàn)測定砂濾層密實(shí)度控制指標(biāo)：最大干密度和最小干密度；砂料最佳含水率范圍、虛鋪厚度、平板振動器振壓遍數(shù)、行走速率等參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

對已完成削坡的渠床進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查坡面平整度、坡面密實(shí)性、邊坡、開口線等情況，做好重要隱蔽單元工程驗(yàn)收手續(xù)。

如使用汽車或大型自行機(jī)械，應(yīng)確定好其行走路線、裝卸料場地、轉(zhuǎn)運(yùn)場地等。

六、勞動組織

表1 勞動力組織

七、質(zhì)量控制

（一）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表2 渠坡砂濾層墊層質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和檢查方法

（二）關(guān)鍵控制點(diǎn)

表3 關(guān)鍵控制點(diǎn)

（三）質(zhì)量控制措施

1.移動式渠坡平砂振壓機(jī)桁架主梁設(shè)計(jì)制造、使用時(shí)需經(jīng)穩(wěn)定性和撓度驗(yàn)算，滿足施工要求后方可投入使用。施工中定期檢查桁架主梁和螺旋布料、壓實(shí)裝置，防止變形引起坡比與設(shè)計(jì)不一致，從而影響壓實(shí)效果。當(dāng)振壓平板托盤鋼板厚度受磨損嚴(yán)重時(shí)，注意更換。

2.渠床土層不應(yīng)被擾動，受到嚴(yán)重?cái)_動的土層和虛坡部位應(yīng)予以處理。

3.應(yīng)注意控制砂料級配、松鋪厚度、振壓遍數(shù)、灑水量等，嚴(yán)格按照試驗(yàn)參數(shù)施工。平砂、振壓作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡快完成。凍結(jié)的砂石料不得使用。

4.加強(qiáng)下部渠坡縱向集水槽（埋設(shè)排水管）部位粗砂密實(shí)度控制，避免不均勻漏振現(xiàn)象和沉陷位移的發(fā)生。

5.施工前，測量人員配合現(xiàn)場施工人員及時(shí)校正軌道的平面位置及高程，確保基礎(chǔ)墊平、密實(shí)，兩根軌道的接頭部分高差最大不超過2 mm，否則將影響整機(jī)的行走。

八、安全措施

渠坡施工中坡度較陡，嚴(yán)禁直接在坡頂用汽車卸料，以防失穩(wěn)。人工上下坡面可在坡面上搭設(shè)上下梯板，或在馬道上部設(shè)置纜繩牽引，以防滑落。

施工前先檢查電線絕緣是否良好，接地線、開關(guān)、漏電保護(hù)器應(yīng)符合要求，現(xiàn)場電纜線布設(shè)規(guī)范，振壓時(shí)嚴(yán)禁擊打、拖扯電線。

移動式渠坡平砂振壓機(jī)應(yīng)有熟練技工操作。使用前檢查電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，防止帶病作業(yè)；使用完注意保養(yǎng)，并防止振動電機(jī)受潮和淋雨。

［1］河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局.南水北調(diào)中線一期工程總干渠安陽段第三施工標(biāo)段招標(biāo)文件［Z］.2006.

［2］JTE40-2007.《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》［S］.

［3］SL237－1999.《土工試驗(yàn)規(guī)程》［S］.

［4］國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室.渠道混凝土襯砌機(jī)械化施工質(zhì)量評定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.南水北調(diào)工程建設(shè)專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)NSBD 8-2007.2007-09-27發(fā)布,2007-10-1實(shí)施.國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室.

［5］國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室.南水北調(diào)中線一期工程渠道工程施工質(zhì)量評定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.南水北調(diào)工程建設(shè)專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)NSBD 7-2007.2007-05-11發(fā)布,2007-5-20實(shí)施.

陳秀蘭（1966-），女，工程師，主要從事工程施工與管理方面的工作。

2011-02-28