混凝土護坡機械襯砌工藝在南水北調(diào)中線工程中的應(yīng)用

金正偉

混凝土護坡機械襯砌工藝在南水北調(diào)中線工程中的應(yīng)用

金正偉

南水北調(diào)中線工程總干渠全長約1432km，其中明渠長度為1103km，設(shè)計采用現(xiàn)澆混凝土。如采用傳統(tǒng)的人工操作，用工量大，施工質(zhì)量不易控制，施工效率低。安徽水利開發(fā)股份有限公司在南水北調(diào)中線工程方城八標(biāo)明渠施工中對于渠坡（精修）、混凝土澆筑、收光等工序全部采用機械化施工，通過不斷地摸索和改進，最終形成了一套成熟、高效、先進的混凝土渠坡機械襯砌施工工藝，不僅減少了用工量，保證了質(zhì)量，同時提高了效率，縮短了工期。

一、工藝原理

采用皮帶輸送機輸送混凝土，通過輔助設(shè)備控制布料，實現(xiàn)在坡面定點均勻布料。利用高頻振搗器振搗影響半徑大的特點，在連續(xù)布料和機械行走時從將要攤鋪成形的混凝土上部進行振搗，使攤鋪成形后的坡面混凝土達到密實狀態(tài)。

二、施工工藝流程及操作要點

1.施工工藝流程

施工測量、放樣（軌道鋪設(shè)）→坡面粗修（削坡機安裝）→精修（襯砌機、抹光機及人工收光平臺安裝）→排水板安裝→復(fù)合土工膜鋪設(shè)→混凝土布料、振搗（混凝土原材料檢測、配合比設(shè)計、混凝土拌制、運輸）→機械抹光→人工壓光（養(yǎng)護）→伸縮縫施工→密封膠填縫→質(zhì)量檢測、驗收。

2.操作要點

（1）設(shè)備安裝

根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸、坡肩和坡腳線確定軌道位置和高程，所有設(shè)備共用同一軌道；襯砌設(shè)備采用吊車安裝就位，就位后調(diào)整機架，保證與設(shè)計坡比一致。

（2）坡面粗修

粗削坡采用挖掘機施工，保護層宜控制在10cm左右，可采用先抽槽、后擴挖的方法。具體施工方法是沿渠道軸線方向每隔約10m用挖掘機自上而下開挖一道約1m寬的槽子，抽槽過程用全站儀控制，避免超挖，然后相鄰兩個槽子之間坡面土方可直接用挖掘機挖除。

（3）坡面精修

坡面精修采用QZDXPJ-300型渠道基面削坡機，可自動清理修坡余料至坡底。削坡前根據(jù)軌道高程和坡面特征點設(shè)計高程調(diào)整進刀深度，預(yù)留層較厚時可分兩次削到設(shè)計坡面，削坡過程中隨時觀測坡面是否符合設(shè)計要求，以便及時矯正削坡機。坡面不允許欠挖，超挖深度不大于1cm。

削坡進度應(yīng)與混凝土襯砌進度相適應(yīng)，以免削坡面積過大，擱置時間過長，造成基面受損。

3.排水板安裝

先采用墨斗彈線定位，后采用手持切割機進行溝槽切邊，最后采用人工開挖已切部分的土料，排水板鋪設(shè)從低向高方向鋪設(shè)，板與板之間要緊密結(jié)合。排水板鋪設(shè)應(yīng)平整且與渠坡緊密接觸，并用鋼釬釘牢，不得出現(xiàn)局部懸空現(xiàn)象。

4.復(fù)合土工膜鋪設(shè)

（1）渠坡：由坡肩自上而下滾鋪至坡腳，中間不應(yīng)有縱向連接縫，渠坡和渠底結(jié)合部以及和下段待鋪的復(fù)合土工膜部位要預(yù)留足夠的長度，一般控制在50～80cm，坡肩處預(yù)留復(fù)合土工膜的長度應(yīng)滿足設(shè)計要求。鋪設(shè)過程采用編織袋裝土覆壓，隨鋪隨壓，以防止復(fù)合土工膜滑移。

（2）渠底：使復(fù)合土工膜幅寬與渠軸線垂直，沿渠軸線方向按先下游后上游、上游壓下游的順序滾鋪。渠底復(fù)合土工膜橫向連接縫與坡面復(fù)合土工膜接頭縫均應(yīng)相互錯開100cm以上。

5.襯砌機運輸、布料振搗

（1）襯砌混凝土由拌和站集中拌制，混凝土攪拌運輸車運至布料機輸送帶上，為便于混凝土攪拌運輸車卸料，卸料人員可用少許水濕潤運輸車的下料槽和布料機輸送帶。運輸車輛卸料自由下落高度應(yīng)不大于1.5m。

（2）混凝土襯砌采用SM8300型襯砌機施工，該襯砌機利用皮帶輸送機布料，襯砌機的側(cè)面設(shè)有分倉料斗，分倉料斗底部設(shè)有1200Hz高頻振搗器，機架頂部的輸送帶上設(shè)自行式滑動刮板可將混凝土分配至各個分倉料斗。坡肩、坡腳齒槽和周邊模板位置須人工輔助布料。

（3）根據(jù)襯砌機的襯砌速度結(jié)合設(shè)計圖紙渠道伸縮縫間距要求，分縫模板的位置應(yīng)與通縫重合。渠道橫向通縫模板采用寬度與襯砌混凝土厚度相同、相互連接為整體的槽鋼作為側(cè)模；齒槽和坡肩模板優(yōu)先采用定型鋼模板，并與渠道橫向通縫模板相連。采用壓設(shè)砂袋或預(yù)制塊等固定方法固定模板?；炷烈r砌施工過程中測量人員須隨時對模板進行校核，保證混凝土分縫順直。

（4）鋪料前，首先在現(xiàn)場及時檢測罐車出口混凝土的坍落度，不滿足要求時應(yīng)及時調(diào)整；過程中要控制好布料厚度，松鋪系數(shù)根據(jù)坍落度大小由試鋪確定。當(dāng)坍落度為4～6cm時松鋪系數(shù)宜為1.1～1.15之間。

（5）鋪料時設(shè)專人操作自行分料刮板，使各分倉料斗內(nèi)混凝土數(shù)量均勻，在各分料倉混凝土料達到2/3后，先開動高頻振搗棒15～20s，接著再開動襯砌機行走機械進行坡面混凝土攤鋪施工。進入彎道施工，要進行上下軌道行進速度調(diào)整，保證襯砌機始終與渠道上口線保持垂直工作狀態(tài)。

（6）襯砌機的行走速度、留振時間，布料速度等應(yīng)嚴(yán)格按照試驗段確定的施工參數(shù)進行，做到不漏振、不欠振，達到混凝土深層振搗和表面提漿的效果。

（7）在襯砌機鋪料后，為防止靠模板面混凝土振搗不密實，須用插入式振搗器對模板周邊混凝土進行二次振搗。

6.機械抹光

（1）坡面抹光采用大型可調(diào)壓力式桁架抹光機，該抹光機的抹盤在垂直邊坡方向具備自動伸縮功能，最大伸縮可達10cm。

（2）混凝土攤鋪機后面的攤鋪寬度約有2～3m以上時，便可用抹光機進行抹面、收平、進一步提漿，首次抹面時，混凝土表面還比較稀軟，從下而上進行，抹光機的適宜高度以剛好接觸到混凝土表面為好。

（3）抹光機每次移動間距為2/3圓盤直徑，在連續(xù)作業(yè)時能保證不發(fā)生漏抹、表面均勻一致為宜。

（4）機械抹面次數(shù)一般控制在2遍以內(nèi)，鋪料后抹一次，當(dāng)混凝土開始初凝時，再用圓盤面連續(xù)抹面一次，以表面平整、提出的漿面均勻為宜。

7.人工收光

（1）人工收光采用可自動行走的工作臺車作為人工抹面平臺，收光時嚴(yán)禁操作人員在混凝土表面行走和抹面。

（2）抹光機把混凝土表面進行抹平以后，用手指輕壓混凝土表面，當(dāng)表面發(fā)硬、但稍有痕印時，便可及時進行壓光處理，消除表面氣泡，使混凝土表面平整、光滑無抹痕。抹面壓光應(yīng)由專人負責(zé)，并配備2m靠尺檢測平整度，混凝土表面平整度應(yīng)控制在8mm/2m。

8.伸縮縫施工

伸縮縫分為半縫和通縫，半縫深度為混凝土板厚的0.5～0.75倍，通縫深度為貫穿混凝土板厚度。原則上混凝土面板的伸縮縫切縫時間控制在30～35h后進行，為保證坡面不出現(xiàn)裂縫，切縫時機宜早不宜遲，以切割過程中混凝土不出現(xiàn)缺棱掉角為準(zhǔn)，伸縮縫下部用聚乙烯閉孔泡沫板填充，頂部用2cm聚硫密封膠填充。

9.養(yǎng)護

襯砌混凝土屬薄板結(jié)構(gòu)，抗裂要求較高，人工抹光結(jié)束后即進行養(yǎng)護，養(yǎng)護方式為土工布（氈布）覆蓋加灑水養(yǎng)護，安排專人進行灑水養(yǎng)護，采用小水流、勤噴灑方式，同時根據(jù)氣候條件適當(dāng)增加養(yǎng)護周期，襯砌混凝土養(yǎng)護不少于28d。

三、材料與設(shè)備

1.材料

水泥：選用大型回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的符合GB175、GB748規(guī)范要求的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，含堿量不大于0.6%。粉煤灰：選用燒失量、需水量比低的Ⅱ級以上散裝粉煤灰。

砂、石骨料：選用無堿活性反應(yīng)，且物理力學(xué)性能指標(biāo)滿足設(shè)計及《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）要求的材料。

水：混凝土拌和用水應(yīng)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）要求。

復(fù)合土工膜：采用不摻有再生料的無色透明膜。

2.設(shè)備

設(shè)備配備應(yīng)按照表1的規(guī)定確定。

表1　混凝土護坡機械襯砌設(shè)備類型及參數(shù)

四、渠道混凝土機械襯砌施工注意事項

1.混凝土坡面施工質(zhì)量控制

（1）渠道機械襯砌施工前必須先進行生產(chǎn)性試驗，試驗段長度一般不小于100m。通過生產(chǎn)性試驗確定襯砌速度、振搗時間、抹面壓光的適宜時間和遍數(shù)、切縫時間等襯砌施工參數(shù)，確定輔助機械、機具的種類和數(shù)量，確定施工組織形式和人員配置，制定可操作性的施工組織方案等。

（2）襯砌機軌道鋪設(shè)的質(zhì)量是保證襯砌混凝土襯砌成型的關(guān)鍵，襯砌機安裝完畢應(yīng)在軌道上反復(fù)行走幾遍，使軌道處于壓實狀態(tài)。襯砌機上、下軌道鋪設(shè)高程應(yīng)分別與渠道坡降保持一致，襯砌前和襯砌施工中應(yīng)經(jīng)常校核軌道的方向和高程。

（3）嚴(yán)格控制混凝土的配合比，根據(jù)氣溫及時調(diào)整入倉塌落度，實行動態(tài)控制。鋪料時各分料倉內(nèi)混凝土要均勻一致，根據(jù)倉內(nèi)混凝土的多少確定其布料長度。

（4）襯砌過程中應(yīng)由專人檢查高頻振搗器的工作狀況，若發(fā)現(xiàn)襯砌后的坡面上出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面或橫向拉溝等現(xiàn)象，須停機檢查、修理或更換振搗棒，并對已澆筑混凝土進行處理。初凝前的混凝土進行補振，初凝后的混凝土進行清除，并采取填補混凝土，重新振搗。

（5）對坡肩及坡腳的折線部分，應(yīng)以靠尺定型，以使折角整齊，外形美觀。對已經(jīng)拆模的混凝土要注意成品的保護，防止邊角損壞。

2.環(huán)保措施

（1）施工過程中要做好粉塵和噪聲的防治：施工區(qū)域要定期灑水，保持清潔；拌和站水泥輸送采取全封閉形式；施工時段盡量安排在白天，施工機械要減少鳴笛。

（2）施工中加強生活和生產(chǎn)區(qū)廢棄物的處理：生活、生產(chǎn)污水必須通過沉淀池沉淀后才能排放；固體廢棄物通過集中運輸至指定地點掩埋或焚燒處理。

（3）加強設(shè)備的更新與保養(yǎng)，杜絕漏油對施工區(qū)域造成污染；同時減少有害氣體排放，確保施工機械廢氣排放符合環(huán)保要求。

五、項目成果及效益分析

1.項目成果

南水北調(diào)中線一期總干渠方城段八標(biāo)工程渠道施工中，采用機械化襯砌作業(yè)，縮短了工期，保證了質(zhì)量，提高了工效，有效降低了項目成本。通過測算，利用人工進行混凝土護坡施工，每立方米混凝土澆筑費用比機械襯砌高30元左右；人工削坡比機械削坡每平方費用高5元左右。方城八標(biāo)渠道襯砌混凝土方量4.5萬m3，削坡面積50萬m2，通過采取機械化施工，不但施工成本節(jié)約385萬元，而且實際工期比計劃工期提前了近2個月。

2.社會效益

南水北調(diào)中線一期工程總干渠渠道采用機械化襯砌施工，縮短了整個施工工期，工程外觀和內(nèi)在質(zhì)量達到優(yōu)良，為南水北調(diào)中線工程總干渠2013年主體完工，2014后汛后通水目標(biāo)的實現(xiàn)提供了保證，為今后總干渠的長期安全運行提供了保障。同時渠道混凝土護坡大面積機械化襯砌施工工藝在南水北調(diào)中線工程的成功應(yīng)用，為今后國內(nèi)類似工程的實施提供了大量的施工經(jīng)驗，產(chǎn)生了顯著的社會效益；另外該工藝對于鐵路、公路等相關(guān)行業(yè)的混凝土護坡工程施工具有重要的參考價值和應(yīng)用前景

（作者單位：安徽水利開發(fā)股份有限公司233000）

（專欄編輯：周權(quán)）