淺析加快嫩江堤防工程建設(shè)速度的技術(shù)措施

陳 權(quán)，王克國，翟小麗

（黑龍江省三江工程建設(shè)管理局，黑龍江 哈爾濱150086）

1 工程概況

嫩江是松花江北源，發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山，流域地理坐標(biāo)為東經(jīng)120°—126．5°，北緯45．5°—51．5°。從河源至三岔河口全長1370km，流域面積29．85萬km2，河流自北向南匯入松花江。嫩江干流黑龍江省境內(nèi)現(xiàn)有堤防長647．903km，其中干堤602．939km，回水堤長44．964km。

嫩江干流堤防達(dá)標(biāo)工程工作范圍包括嫩江縣、訥河市、甘南縣、富?？h、齊齊哈爾市、泰來縣、杜蒙縣、肇源縣以及大山種羊場等所轄的市縣。工程的主要任務(wù)是在現(xiàn)有防洪工程的基礎(chǔ)上，通過加固加培堤防、岸坡防護(hù)、護(hù)岸等工程措施，提高沿江兩岸的防洪能力。防洪標(biāo)準(zhǔn)為堤防與尼爾基水庫聯(lián)合50a一遇。工程施工主要內(nèi)容包括：堤防加高培厚、混凝土護(hù)坡、塊石護(hù)坡、垂直防滲、穿堤建筑物及壩頂防汛通道等。

2 方案背景

三江堤防達(dá)標(biāo)工程建設(shè)，以土方加培、混凝土及塊石護(hù)坡、建筑物、壩頂防洪通道、垂直防滲等建設(shè)任務(wù)為主。其中，混凝土護(hù)坡工程量達(dá)500萬m3，黑龍江省氣候特點(diǎn)決定了水利施工期短，特別是混凝土工程有效工期只有150～170d。三江工程建設(shè)任務(wù)繁重，工期緊迫，特別是嫩干2015年開工較晚（9月20日）。在這樣工期緊、任務(wù)重的前提下，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)工程進(jìn)行了前期施工組織計(jì)劃和測(cè)算，其中混凝土護(hù)坡面板一項(xiàng)施工內(nèi)容工程量就達(dá)30余萬m3（750mm×500mm×150mm約530萬塊），如果不在2015年末完成80%以上，整體工程施工任務(wù)很難完成。為了確保工程能夠按照計(jì)劃要求如期完工，針對(duì)這一課題，調(diào)查嫩江流域所轄市、縣預(yù)制塊廠家規(guī)模和生產(chǎn)能力，以及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)是否能滿足設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合2014年應(yīng)急度汛工程立陡山堤防1＋000—1＋500段做的混凝土預(yù)制塊工廠化規(guī)模性生產(chǎn)、機(jī)械化鋪裝試驗(yàn)段的成果，最終確定混凝土預(yù)制塊工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化鋪裝的可行性。

根據(jù)試驗(yàn)段施工成果，結(jié)合達(dá)標(biāo)工程的任務(wù)量做了三個(gè)具體的可行性調(diào)查，一個(gè)是技術(shù)保障，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)確保滿足設(shè)計(jì)要求的各種技術(shù)指標(biāo)；二是工廠化生產(chǎn)保障，通過規(guī)模性工廠化生產(chǎn)，確保供應(yīng)能力，蒸汽養(yǎng)護(hù)，保證冬季生產(chǎn)、冬季施工，克服季節(jié)對(duì)混凝土施工的干擾，增加了有效工期；三是機(jī)械鋪裝保障，通過挖掘機(jī)配合空氣壓縮吸盤把預(yù)制塊吸起，直接運(yùn)輸?shù)戒佋O(shè)點(diǎn)，配合人工整平墊層，直接鋪設(shè)安裝完成，既增加了鋪裝效率，又破解了大尺寸預(yù)制板塊人工鋪設(shè)不了的制約。

3 主要措施

3．1 技術(shù)保障

立陡山堤防混凝土預(yù)制塊技術(shù)指標(biāo)為強(qiáng)度C25，抗凍F200。預(yù)制塊混凝土采用的是干硬性混凝土，干硬性混凝土特點(diǎn)是水灰比變化較小，脹縮率小，這樣在保證混凝土強(qiáng)度的同時(shí)又增強(qiáng)了混凝土抗凍性能。在廠家隨機(jī)取樣，做成試驗(yàn)?zāi)K，委托黑龍江省水利科學(xué)研究院進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)成果抗凍等級(jí)達(dá)到F200，滿足設(shè)計(jì)要求。在指標(biāo)滿足的條件下，進(jìn)行批量生產(chǎn)，在混凝土預(yù)制塊達(dá)到齡期后，進(jìn)入施工現(xiàn)場，施工單位自檢和監(jiān)理單位的平行檢測(cè)按照檢測(cè)計(jì)劃要求按批次進(jìn)行檢測(cè)，其中自檢13個(gè)批次，合格率100%，平行檢2個(gè)批次，合格率100%，檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。又委托抽檢單位進(jìn)行現(xiàn)場機(jī)械取芯試驗(yàn)和回彈儀現(xiàn)場測(cè)取強(qiáng)度值，檢測(cè)值均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過上述試驗(yàn)、檢測(cè)在技術(shù)上滿足了設(shè)計(jì)要求，表1為自檢成果表。

表1 自檢成果表

3．2 工廠化生產(chǎn)保障

工廠化生產(chǎn)打破了傳統(tǒng)的現(xiàn)場人工預(yù)制的做法，具有4個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是生產(chǎn)效率提高，工廠生產(chǎn)線流水作業(yè)，尺寸750mm×500mm×150mm，單塊混凝土體積為0．056m3，一個(gè)工廠平均每天生產(chǎn)5000塊，產(chǎn)品可滿足供應(yīng)需求；而人工預(yù)制生產(chǎn)需要現(xiàn)場有足夠大流轉(zhuǎn)場地，100套模具，2．5倍的底模，一模十塊，15個(gè)工人需要一天的時(shí)間才能澆出1000塊，而且需要拆模、倒運(yùn)置放，常規(guī)人工養(yǎng)護(hù)至少得15d以上，才能到達(dá)鋪設(shè)強(qiáng)度。二是產(chǎn)品質(zhì)量可控，工廠預(yù)制的混凝土預(yù)制塊為干硬性混凝土一次性壓制成型，蒸汽養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度有保證，外觀尺寸標(biāo)準(zhǔn)；而人工預(yù)制模具在使用過程中會(huì)很容易變形，導(dǎo)致混凝土塊尺寸不規(guī)整，在預(yù)制倒運(yùn)過程中，損耗大，外觀破損率高，人工養(yǎng)護(hù)不及時(shí)直接導(dǎo)致強(qiáng)度降低。三是便于控制管理，一個(gè)預(yù)制塊廠家只需要配置一個(gè)監(jiān)管人員即可，便于業(yè)主和監(jiān)理單位控制管理，緩解了管理人員不足的壓力。四是緩解用工壓力，黑龍江省有效施工期約7至8個(gè)月，其中春秋兩個(gè)忙季約2個(gè)月，都會(huì)鬧民工荒，技術(shù)工人更是缺少。此方案可以減少大量的用工，大大緩解用工壓力。

通過考察嫩江流域沿線的訥河市、齊齊哈爾市、大慶市及毗鄰的吉林省德惠市等混凝土預(yù)制塊廠家，大型的有2家，中型的10幾家，能夠滿足供應(yīng)施工的要求。齊市、吉林德惠兩家大型廠家全是規(guī)模化生產(chǎn)線生產(chǎn)，不受天氣和季節(jié)性影響，生產(chǎn)過程采取室內(nèi)蒸汽養(yǎng)護(hù)，冬季也可以大規(guī)模生產(chǎn)。德惠市距離肇源縣480km，肇源工地就近有新肇火車站，可通過火車運(yùn)到肇源縣新肇火車站，然后再短途運(yùn)輸至工地，大大減少了運(yùn)輸成本。嫩江上游沿線可選擇齊齊哈爾市就近汽運(yùn)。這樣即降低了運(yùn)輸成本，又在工期上克服了傳統(tǒng)的冬季不能進(jìn)行大規(guī)?；炷潦┕さ木窒?，從當(dāng)年11月到次年4月同樣可以生產(chǎn)，在工期上增加了4～5個(gè)月，由季節(jié)性施工變成了全年施工，為下一步工序安排爭得了時(shí)間。

3．3 機(jī)械化鋪裝保障

3．3．1 機(jī)械鋪裝的前因

目前在水利護(hù)坡工程中，混凝土預(yù)制塊一直為人工鋪設(shè)，這樣就局限了預(yù)制塊的設(shè)計(jì)尺寸。立陡山堤防段設(shè)計(jì)尺寸為750mm×500mm×150mm，質(zhì)量為135kg，這個(gè)重量人工鋪設(shè)就已經(jīng)到達(dá)了極限。隨著水利工程技術(shù)不斷的發(fā)展，大尺寸預(yù)制塊將被應(yīng)用到工程實(shí)際中。大尺寸混凝土預(yù)制塊具有穩(wěn)定性好、外觀美、成本低、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，但要用傳統(tǒng)的人工鋪設(shè)施工，很難進(jìn)行搬運(yùn)，還難以達(dá)到鋪設(shè)要求。工廠生產(chǎn)的預(yù)制塊最大尺寸達(dá)1200mm×1000mm×150mm，設(shè)計(jì)不配鋼筋情況下重量達(dá)432kg，鋪設(shè)人工不可能實(shí)現(xiàn)，必須研制現(xiàn)代化的混凝土預(yù)制塊運(yùn)輸及鋪設(shè)裝置。

3．3．2 鋪裝設(shè)備研制與性能特點(diǎn)

根據(jù)護(hù)坡工程中混凝土預(yù)制塊的施工特點(diǎn)，經(jīng)過大量的文獻(xiàn)檢索和市場調(diào)研，與真空設(shè)備廠商進(jìn)行溝通，研制了混凝土預(yù)制塊的智能吸取設(shè)備（如圖1所示），設(shè)備性能指標(biāo)如表2所示，工作原理如圖2所示。

圖1 混凝土預(yù)制塊的智能吸取設(shè)備

表2 智能吸取設(shè)備性能指標(biāo)

3．3．3 設(shè)備的使用及環(huán)境

（1）設(shè)備組成和使用環(huán)境

設(shè)備主要由汽油發(fā)電機(jī)、無油空氣壓縮機(jī)和真空管等組成。汽油發(fā)電機(jī)不受溫度的影響，由于本設(shè)備采用無油式空氣壓縮機(jī)，也不受空氣的影響，抽氣過程中采用的塑料管路可以外套加熱層使其易移動(dòng)，即使在嚴(yán)寒也可以使用，保證冬季期間施工。空氣壓縮機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)、壓縮吸盤安裝在挖掘機(jī)上，由挖掘機(jī)手同時(shí)操作吸盤開關(guān)裝置，完成移動(dòng)、起吊等動(dòng)作。

圖2 工作原理圖

（2）設(shè)備的啟動(dòng)及起吊方法

發(fā)動(dòng)機(jī)給電，按下遙控按鈕開關(guān)，直至真空蓄能器中蓄有足夠的真空，報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出信號(hào)，直至達(dá)到所需的真空等級(jí)后，紅燈變成綠燈，聲音報(bào)警裝置停止蜂鳴，真空提升機(jī)處于待操作狀態(tài)。調(diào)節(jié)設(shè)備主梁長度到最佳位置，準(zhǔn)備起吊。將智能吸取設(shè)備置于預(yù)制板塊的重心，以避免搬運(yùn)過程中負(fù)載傾斜不利于控制。按下關(guān)閉按鈕，使各吸盤與大氣相通，則吸盤與板材表面間真空壓力消失，板材與吸盤分離。操控挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)使智能吸取設(shè)備與下一待搬運(yùn)板材接合，關(guān)閉手拉閥后即可重復(fù)板材搬運(yùn)工作。

4 鋪裝對(duì)比試驗(yàn)

4．1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為了確保機(jī)械鋪裝的可行性，在嫩江工程立陡山堤防1＋000—1＋500段做了試驗(yàn)性鋪裝，來確定鋪裝設(shè)備型號(hào)，人員配置、鋪裝效率和經(jīng)濟(jì)成本。

4．2 場地選擇

在立陡山堤防1＋000—1＋500段選擇兩塊50m×14m（700m2）的斷面（A區(qū)、B區(qū)），堤防迎水坡削坡完成狀況一樣，達(dá)到鋪裝標(biāo)準(zhǔn)，按照設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)土工膜，然后鋪設(shè)10cm砂礫墊層（冬季鋪設(shè)預(yù)制塊施工，要在上凍前完成削坡，并按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)好土工膜及砂礫墊層。）達(dá)到鋪設(shè)預(yù)制塊要求。

4．3 人員和機(jī)械配備

A區(qū)：傳統(tǒng)人工鋪裝，5名技工，5名力工、常規(guī)鋪裝工具。

B區(qū)：2．0挖掘機(jī)1臺(tái)，空氣壓縮機(jī)1臺(tái)，汽油發(fā)電機(jī)1臺(tái)，壓縮機(jī)操作手1名，力工1名。

4．4 試驗(yàn)準(zhǔn)備

兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)技術(shù)人員調(diào)試好水準(zhǔn)儀，把鋪裝標(biāo)示樁設(shè)置好，并掛好鋪裝線，全程跟蹤放線、校正。施工人員、鋪裝機(jī)械全部準(zhǔn)備就緒，達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)時(shí)人員就位，確保兩區(qū)同時(shí)開工，時(shí)間一致。

4．5 試驗(yàn)過程

4．5．1 人工鋪裝試驗(yàn)

A區(qū)傳統(tǒng)鋪設(shè)，力工負(fù)責(zé)找平墊層，運(yùn)送預(yù)制板，技工負(fù)責(zé)安裝、整平、穩(wěn)固預(yù)制板。兩個(gè)人搭配平均每天（10工時(shí)）鋪設(shè)預(yù)制塊150塊，5組每天完成750塊，完成A區(qū)需要2．5d的時(shí)間。

4．5．2 機(jī)械鋪裝試驗(yàn)

B區(qū)1名力工負(fù)責(zé)找平墊層和指揮挖掘機(jī)，挖掘機(jī)手負(fù)責(zé)吊運(yùn)預(yù)制塊，并安裝至指定點(diǎn)，找平、穩(wěn)定，每天鋪設(shè)（10工時(shí)）1800塊，完成B區(qū)需要1d時(shí)間。

4．6 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

經(jīng)過表3的設(shè)備鋪設(shè)與人工鋪設(shè)混凝土預(yù)制塊對(duì)比分析，可以看出廠家生產(chǎn)至運(yùn)輸工地成本比人工現(xiàn)場預(yù)制節(jié)省（不考慮設(shè)備投入成本及折舊），設(shè)備鋪設(shè)的生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)人工方式的2．5倍，設(shè)備鋪設(shè)僅為傳統(tǒng)人工鋪設(shè)的費(fèi)用2／3。

表3 機(jī)械鋪設(shè)與人工鋪設(shè)混凝土預(yù)制塊對(duì)比

5 結(jié) 論

綜上所述，在三江治理工程任務(wù)重、工期緊前提下，把混凝土護(hù)坡調(diào)整成1200mm×1000mm×150mm大尺寸混凝土預(yù)制塊護(hù)坡是必要的，通過工廠定制產(chǎn)品，規(guī)模性生產(chǎn)，通過火車或者汽車運(yùn)輸，吉林省德惠市廠家可采用火車運(yùn)至肇源縣新肇火車站，二次倒運(yùn)至工地，保證肇源縣沿線堤防施工；齊齊哈爾市廠家可采用汽運(yùn)至嫩江流域上游工地保證齊齊哈爾市周邊堤防施工；運(yùn)輸過程中采用托盤包裝，吸盤機(jī)械吊運(yùn)，保證了運(yùn)輸過程中預(yù)制塊不受損壞；利用冬季機(jī)械化鋪設(shè)安裝施工，可把有效工期延長4～5個(gè)月，在黑龍江高寒地區(qū)堤防施工過程中既保證了混凝土本身的強(qiáng)度和抗凍性能，又增加了施工工期和提高了施工質(zhì)量、速度，這樣才能確保三江治理工程如期、保質(zhì)地完成全部任務(wù)。

［1］戴春勝．黑龍江省嫩江干流堤防應(yīng)急度汛工程可研報(bào)告［R］．哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2015．

［2］中華人民共和國水利部．SL 260－2014堤防工程施工規(guī)范［S］．北京：中國水利水電出版社，2015．

［3］中華人民共和國水利部．SL 352－2006水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程［S］．北京：中國水利水電出版社，2006．