淺談渠道混凝土機(jī)械化襯砌工藝及質(zhì)量控制措施

壽奎武

【摘要】南水北調(diào)工程渠道屬于大型渠道，底寬坡緩，按照傳統(tǒng)的人工襯砌方法，資源投入大、工效低、質(zhì)量難控制，采用渠道機(jī)械化襯砌施工，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，保證了施工質(zhì)量，提高了施工效率。渠道混凝土機(jī)械化襯砌，在南水北調(diào)中線干線工程中已普遍使用，機(jī)械化程度也越來(lái)越先進(jìn)，施工質(zhì)量與之前相比有了很大的提高，并取得了一些在特定情況下的施工經(jīng)驗(yàn)。但是，在施工實(shí)踐中，如混凝土面板的裂縫、凍融凍脹、襯砌厚度、平整度的控制等方面，有待于進(jìn)一步探討。本文通過(guò)對(duì)渠道機(jī)械襯砌施工的經(jīng)驗(yàn)分析，重點(diǎn)闡述了渠道混凝土機(jī)械襯砌的施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)，為今后大型渠道混凝土機(jī)械化襯砌施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】渠道襯砌；機(jī)械化；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

我國(guó)南水北調(diào)工程為大斷面渠道現(xiàn)澆混凝土，其襯砌混凝土厚度較小，基本上在8～15cm之間，邊坡襯砌面較長(zhǎng)，多在22～35m之間。為此，熟悉施工工藝，采取一系列必要的施工措施，有效控制襯砌厚度、平整度、密實(shí)度、預(yù)防渠道混凝土裂縫是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

筆者曾長(zhǎng)期從事南水北調(diào)工程施工，本文以南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南禹州長(zhǎng)葛段第一施工標(biāo)段渠道襯砌為例，講述渠道混凝土機(jī)械化襯砌工藝及質(zhì)量控制措施。

1、渠道基礎(chǔ)施工

1.1 渠床整理

渠坡采用挖掘機(jī)粗削、人工精削；渠底用用推土機(jī)、刮平機(jī)等設(shè)備在測(cè)量?jī)x器控制下粗清并預(yù)留保護(hù)層。然后人工按控制線找平清理至設(shè)計(jì)高程。

1.2 渠坡砂礫料墊層鋪設(shè)

用自卸汽車將合格砂礫料運(yùn)至渠道堤頂處，采用挖掘機(jī)將砂礫料均勻攤鋪在渠坡上，人工整平。

1.3 保溫板及土工膜鋪設(shè)

保溫板沿渠道軸線方向有序錯(cuò)縫鋪設(shè)，渠坡保溫板應(yīng)自下而上順序鋪設(shè)。復(fù)合土工膜鋪按先下游后上游的順序，上游幅壓下游幅，接縫垂直于水流方向鋪設(shè)。復(fù)合土工膜鋪設(shè)完成后，采用熱熔焊接法及手提縫包機(jī)進(jìn)行焊接、縫合。

2、渠道混凝土襯砌施工

渠道襯砌機(jī)主要由主體機(jī)架、傳動(dòng)裝置、布料系統(tǒng)、振搗密實(shí)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、升降系統(tǒng)與電器操作等部分組成。

2.1 襯砌機(jī)就位

襯砌機(jī)軌道鋪設(shè)的質(zhì)量是保證混凝土襯砌質(zhì)量的關(guān)鍵，襯砌機(jī)行走軌道平行于渠道中心線鋪設(shè)，一般上軌道在坡肩模板外0.5m處，下軌道在坡腳模板外1.0m處。襯砌機(jī)上、下軌道鋪設(shè)高程應(yīng)分別與渠道坡降保持一致，每臺(tái)襯砌機(jī)配備上下軌道及枕木各約60m（依滿足每次的澆筑長(zhǎng)度而定，下次澆筑前將軌道和枕木向前移動(dòng)）。襯砌機(jī)安裝完畢應(yīng)在軌道上反復(fù)行走幾遍，使軌道處于壓實(shí)狀態(tài)。測(cè)量人員根據(jù)渠道襯砌機(jī)的特性和渠道坡比，校正軌道的平面位置及軌道安裝高程。

2.2 試運(yùn)轉(zhuǎn)

設(shè)備安裝就位后，在生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下調(diào)整好襯砌機(jī)機(jī)架坡比和高程，設(shè)定好襯砌機(jī)上、下液壓升降機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行設(shè)備試運(yùn)行調(diào)試。

調(diào)試應(yīng)遵循“先分動(dòng)，后聯(lián)動(dòng)；先空載，后負(fù)荷；先慢速，后快速”的原則。調(diào)試內(nèi)容主要是：檢查電控柜的接線是否正確，有無(wú)松動(dòng)，接地線是否接地正常；檢查聯(lián)結(jié)件是否緊固，各潤(rùn)滑處是否按要求注油；調(diào)正上下行走裝置的伺服系統(tǒng)或頻率使其同向、同步；檢查振搗系統(tǒng)能否正常工作。

2.3 混凝土襯砌施工

（1）混凝土布料、振搗

混凝土經(jīng)輸送帶運(yùn)至布料機(jī)接料口，進(jìn)入臨時(shí)儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)，開(kāi)動(dòng)螺旋布料器將混凝土均勻的攤鋪在工作面上，隨著布料系統(tǒng)自下而上移動(dòng)進(jìn)行布料，缺料部位采用人工及時(shí)補(bǔ)料。襯砌機(jī)布料系統(tǒng)自帶振搗器，在臨時(shí)儲(chǔ)料倉(cāng)布料達(dá)到2/3后先開(kāi)動(dòng)高頻低幅振搗棒10～15s后，再開(kāi)動(dòng)行走布料小車進(jìn)行混凝土的振搗、整平工作，以保證混凝土料的振搗均勻、密實(shí)。襯砌機(jī)的振搗時(shí)間和行進(jìn)速度，宜經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。襯砌過(guò)程中經(jīng)常檢查振搗設(shè)備的運(yùn)行情況，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，使混凝土不過(guò)振、不漏振或欠振，達(dá)到表面出漿。

坡肩、坡腳齒槽和側(cè)模附近須人工輔助布料，并采用插入式振搗棒或手提式平板振搗器輔助振搗。

應(yīng)控制布料厚度，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(shí)松鋪系數(shù)宜為1.1～1.15之間。

（2）機(jī)械抹面

混凝土抹面機(jī)應(yīng)與襯砌機(jī)共用軌道，通過(guò)支腿的調(diào)節(jié)滿足襯砌坡比的需要，并應(yīng)具備自行走系統(tǒng)，保證壓光襯砌坡面平整度。

當(dāng)渠道襯砌混凝土澆筑寬度有3～4m時(shí)，將抹面機(jī)運(yùn)行至混凝土攤鋪始端進(jìn)行提漿、抹面、收平。首次抹面時(shí)混凝土表面較軟，宜自下而上進(jìn)行，抹面機(jī)的高度以剛好接觸到混凝土表面為宜。在向下放抹面機(jī)時(shí)，應(yīng)邊轉(zhuǎn)動(dòng)抹盤(pán)邊向下降落，有利于保證電機(jī)的正常使用。

根據(jù)澆筑時(shí)間、天氣狀況，第二次抹面時(shí)間一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面的作用主要還是找平，抹面中隨時(shí)用2m靠尺檢查混凝土表面的平整度，調(diào)整好抹面機(jī)高度及斜度，保證抹盤(pán)底面與襯砌設(shè)計(jì)頂面重合，漿液厚度不得超過(guò)1.5mm。

機(jī)械抹面一般為2遍。抹面機(jī)每次移動(dòng)間距為2/3圓盤(pán)直徑，在連續(xù)作業(yè)時(shí)不發(fā)生漏抹，以保證表面均勻一致為宜。

（3）人工收面壓光

施工中采用工作臺(tái)車作為人工收面平臺(tái)，工作臺(tái)車常用簡(jiǎn)易三角桁架焊接而成，在軌道上行走，可調(diào)節(jié)高度和坡比。人工收面壓光由專人負(fù)責(zé)，并配備2m靠尺檢測(cè)平整度，混凝土表面平整度應(yīng)控制在8mm/2m以內(nèi)。

人工收面壓光應(yīng)在混凝土初凝前完成，但不宜過(guò)早。人工收面用鋼抹子，收面遍數(shù)一般為二遍。第一遍對(duì)混凝土進(jìn)行機(jī)械抹面后的進(jìn)一步找平，第二遍對(duì)混凝土進(jìn)行壓光處理。

當(dāng)襯砌混凝土表面有些硬化，混凝土初凝前用手輕壓，表面發(fā)硬但稍有痕跡時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行人工壓光處理，以消除找平過(guò)程中的抹痕和表面氣泡，使混凝土表面平整、光潔、無(wú)抹痕。

3、混凝土養(yǎng)護(hù)

襯砌混凝土屬薄板結(jié)構(gòu)，抗裂要求較高，必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)可采用初凝后草苫、氈布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)、塑料薄膜覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)或采用噴施養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。襯砌混凝土應(yīng)保證濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)不少于28天。

4、伸縮縫施工

4.1 切縫

伸縮縫按縫深可分為半縫和通縫。通縫可采取支立模板的預(yù)留方法，也可與處理半縫一樣采取混凝土切割機(jī)切割。切縫前按設(shè)計(jì)分縫位置用墨斗在襯砌混凝土表面彈出切縫線，混凝土切割機(jī)宜采用桁架支撐導(dǎo)向，以保證切縫順直。切縫時(shí)按照先橫后縱、先通縫后半縫的順序進(jìn)行。切縫施工宜在襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度為1～5 MPa時(shí)進(jìn)行。

4.2 密封膠嵌縫

渠道伸縮縫采用聚乙烯閉孔泡沫板填塞，上面預(yù)留2cm深度用來(lái)填注雙組份聚硫密封膠。注膠前在清理完成的伸縮縫表面兩側(cè)粘貼膠帶，使其與注膠區(qū)分隔以防污染（注膠完畢后去除）。將聚硫密封膠的A、B組膠體按照比例放置于攪拌容器內(nèi)攪拌均勻，然后裝入密封膠專用注膠槍中，用注膠槍將密封膠直接擠入縫內(nèi)，最后用刮刀進(jìn)行表面刮平。

5、質(zhì)量控制

5.1 特殊天氣施工措施

在渠道混凝土襯砌施工過(guò)程中，如遇特殊天氣，應(yīng)采取相應(yīng)措施，以保證襯砌混凝土施工質(zhì)量。

（1）風(fēng)天施工

為防止產(chǎn)生塑性收縮裂縫，刮風(fēng)天不宜進(jìn)行渠道襯砌施工。正在襯砌的作業(yè)面應(yīng)及時(shí)收面，可適當(dāng)調(diào)高混凝土外加劑的摻量或增加水量，使混凝土出機(jī)口的坍落度增加1～2cm，確?；炷寥雮}(cāng)時(shí)的最佳坍落度。對(duì)已經(jīng)襯砌完成并出面的澆筑段應(yīng)及時(shí)做好覆蓋塑料布等養(yǎng)護(hù)措施，保持混凝土表面的濕度。

（2）雨季施工

雨季施工要關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，并制定雨季襯砌施工應(yīng)急預(yù)案。砂石料場(chǎng)做好排水通道，運(yùn)輸工具增加防雨及防滑措施，澆筑倉(cāng)面準(zhǔn)備防雨覆蓋材料，以備突發(fā)陣雨時(shí)遮蓋混凝土表面。

下雨天氣不得新開(kāi)混凝土襯砌倉(cāng)面。澆筑期間降雨時(shí)，應(yīng)停止進(jìn)料，已入倉(cāng)混凝土進(jìn)行防雨遮蓋，并防止外部雨水沖刷。雨后必須清除倉(cāng)面積水，不得帶水抹面壓光作業(yè)，對(duì)受雨水沖刷后的平整度嚴(yán)重劣化部位，應(yīng)盡早鏟除重鋪。

（3）高溫季節(jié)施工

夏季天氣炎熱時(shí)，混凝土拌合物入模溫度不應(yīng)高于35℃，宜安排在早晨和夜間施工，并采用添加高效緩凝減水劑、加冰或加冰水拌合、對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)冷、混凝土運(yùn)輸罐車采取防曬措施、混凝土輸送帶搭建防曬棚等等措施降低混凝土的入倉(cāng)溫度。

（4）冬季低溫施工

薄壁混凝土不宜安排冬季施工。確因趕工需要繼續(xù)施工，應(yīng)采取冬季保溫措施。

5.2 襯砌厚度控制

控制混凝土厚度的關(guān)鍵是軌道鋪設(shè)質(zhì)量、襯砌機(jī)的撓度和澆筑過(guò)程中的跟蹤測(cè)量。

為了保證軌道的穩(wěn)定性，安裝前應(yīng)首先確定地基承載力是否滿足機(jī)械運(yùn)行要求，否則應(yīng)采取加固措施。襯砌機(jī)安裝調(diào)試完成后，將其機(jī)架調(diào)整到與設(shè)計(jì)坡比一致，利用測(cè)量?jī)x器校核。

襯砌機(jī)應(yīng)有足夠的剛度，因渠坡襯砌面往往較長(zhǎng)，對(duì)襯砌機(jī)撓度宜定期校核，一般每一個(gè)作業(yè)循環(huán)開(kāi)始前應(yīng)校核其撓度。施工過(guò)程中一旦出現(xiàn)偏差，應(yīng)及時(shí)校核調(diào)整。

澆筑過(guò)程中對(duì)布料厚度跟蹤測(cè)量。襯砌施工前通過(guò)工藝試驗(yàn)確定布料厚度，一般情況下布料厚度為設(shè)計(jì)厚度的1.1～1.15倍。襯砌過(guò)程中，安排專人隨時(shí)檢查混凝土的布料厚度，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。跟蹤測(cè)量時(shí)，若發(fā)現(xiàn)若干測(cè)量數(shù)據(jù)有明顯偏差時(shí)，應(yīng)暫停澆筑，依次對(duì)軌道位置、機(jī)械坡比、機(jī)械撓度進(jìn)行復(fù)核，尋找偏差產(chǎn)生的原因并進(jìn)行調(diào)整。

5.3 平整度控制

平整度控制主要分三個(gè)階段，即布料振搗階段、提漿抹面階段、人工壓光階段。平整度控制的主要工具是2m刮杠（靠尺），每個(gè)作業(yè)面宜配備2～4個(gè)。

布料振搗階段應(yīng)對(duì)混凝土進(jìn)行初步整平，及時(shí)對(duì)較高的地方進(jìn)行清除，對(duì)較低的地方進(jìn)行補(bǔ)料振搗。提漿抹面階段應(yīng)采用2m刮杠（靠尺）進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在布料振搗階段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高混凝土的平整度。人工壓光階段繼續(xù)使用2m刮杠（靠尺）檢查，對(duì)前二個(gè)階段遺留的部位進(jìn)行補(bǔ)救。

6、裂縫預(yù)防措施

渠道襯砌混凝土一般采用素混凝土薄板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)極易產(chǎn)生裂縫，它既有混凝土裂縫的共性，又有不同于大體積混凝土裂縫的突出表現(xiàn)。渠道混凝土裂縫主要有以下幾種：（1）溫度裂縫：多發(fā)生在混凝土表面。在混凝土硬化過(guò)程中，水泥產(chǎn)生水化熱，形成混凝土內(nèi)外的較大溫差而造成。由于襯砌面板較薄，而機(jī)械化襯砌形成較大的澆筑面，澆筑過(guò)程中不留伸縮縫，受溫差的影響非常大，容易使表面裂縫發(fā)展為貫穿性裂縫。（2）塑性收縮裂縫：混凝土在凝結(jié)前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮，一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)。（3）干縮裂縫：由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果，表現(xiàn)為表面性、縱橫交錯(cuò)、無(wú)規(guī)律、分布不均。（4）沉降裂縫：由于坡面平整度、地基土質(zhì)不勻、松軟、回填土不密實(shí)造成的不均勻沉降所致。（5）凍脹裂縫：多發(fā)生在地下水位較高渠段，且主要集中在陰坡面。冬季降溫時(shí)，土質(zhì)地基和砂礫料由于受凍產(chǎn)生膨脹導(dǎo)致渠道混凝土襯砌面板被拉裂。

通過(guò)分析不同裂縫類型產(chǎn)生的原因，在施工中主要從土方填筑、砂礫料墊層、混凝土原材料、澆筑控制、養(yǎng)護(hù)、切縫等方面采取預(yù)防措施：

6.1 渠道整理

保證基面削坡的平整度，當(dāng)出現(xiàn)雨淋溝或削坡時(shí)出現(xiàn)超挖現(xiàn)象需要進(jìn)行補(bǔ)坡，可根據(jù)溝深情況用M5砂漿回填、中粗砂找平、土料回填等措施，無(wú)論何種補(bǔ)救措施都必須保證密實(shí)、平整。換填段和全填方段應(yīng)滿足一定的沉降期后才能進(jìn)行混凝土襯砌。

6.2 砂礫料墊層

按設(shè)計(jì)提出的有關(guān)指標(biāo)控制原材料質(zhì)量，嚴(yán)格控制含泥量，施工中保證砂礫料墊層的密實(shí)和平整。

6.3 混凝土配合比

優(yōu)化配合比，嚴(yán)格控制水灰比，摻入適量粉煤灰減少水泥用量，控制混凝土的塌落度及和易性，降低水化熱。渠道襯砌混凝土配合比中的膠凝材料用量不宜過(guò)大，一般使用二級(jí)配。

6.4 混凝土澆筑

由于機(jī)械化襯砌特性，在齒槽、渠肩平臺(tái)及側(cè)模處，襯砌機(jī)自帶振搗設(shè)備的振搗效果不佳，易出現(xiàn)裂縫，需人工補(bǔ)振。下料過(guò)程中應(yīng)避免骨料分離，澆筑過(guò)程中嚴(yán)禁在倉(cāng)內(nèi)加水，倉(cāng)內(nèi)泌水必須及時(shí)排除，特殊天氣采取相應(yīng)防護(hù)措施。

6.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

渠道機(jī)械化襯砌澆筑面積大、板薄，抗裂要求較高，更需加強(qiáng)覆蓋養(yǎng)護(hù)，安排專人灑水，確?；炷帘砻鏉駶?rùn)，并降低水分蒸發(fā)損失。

6.6 混凝土切縫

準(zhǔn)確掌握切縫時(shí)間，合理配備切縫設(shè)備和操作人員，保證及時(shí)切縫。切縫的時(shí)間與氣溫和溫差均有關(guān)系，氣溫高、溫差大時(shí)切縫時(shí)間要提早，要隨著外界環(huán)境的變化調(diào)整切縫時(shí)間，預(yù)防因切縫時(shí)間過(guò)晚產(chǎn)生裂縫。

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