排水溝機(jī)械化快速施工技術(shù)研究

邢 浩，吳佳潤(rùn)，李 瀚，郭冬冬

（1.中鐵七局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北 武漢；2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙）

引言

近年來(lái)，我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展迅速，公路里程大規(guī)模地增加，與水泥路面相比，瀝青路面由于其具有平整無(wú)接縫、行車(chē)舒適性良好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用[1]，但其使用性能會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸退化。在降雨量豐富的地區(qū)，路面的排水不暢會(huì)導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)松散、坑槽等問(wèn)題，影響行車(chē)安全以及路基的穩(wěn)定[2]。因此，為保障公路工程排水通暢，通常在道路兩側(cè)或者一側(cè)路基的坡腳外側(cè)設(shè)置排水溝。傳統(tǒng)路基排水溝施工工序繁多且復(fù)雜，導(dǎo)致施工時(shí)間長(zhǎng)、施工效率低、施工成本高、施工質(zhì)量較差。機(jī)械化快速施工技術(shù)從溝槽開(kāi)挖和混凝土澆筑兩方面改進(jìn)傳統(tǒng)路基排水溝施工工藝，改善了傳統(tǒng)施工工藝造成的工程問(wèn)題，提高施工效率，降低施工成本。

1 工程概況

由中鐵七局承擔(dān)施工的勐綠高速公路位于中國(guó)云南省，其跨越2 個(gè)縣級(jí)行政區(qū)域，起止里程為：K63+424（干溝寨山1 號(hào)大橋起點(diǎn)）～ZK86+884（YK86+871）(石樓梯山隧道進(jìn)口)，線路正線全長(zhǎng)19.678 Km。該工程通過(guò)設(shè)置排水溝、截水溝以及邊溝等排水設(shè)施，形成完善的高速公路路面排水系統(tǒng)。全線排水溝的形式以沿線地形地貌以及水文氣象條件確定，其斷面形式、尺寸也與其所接水溝相同，采用底邊長(zhǎng)l1為0.6 m、上邊長(zhǎng)l2為0.8 m、深h 為0.6 m 的梯形排水溝，排水溝設(shè)計(jì)技術(shù)如圖1 所示。

圖1 排水溝設(shè)計(jì)技術(shù)

2 機(jī)械化快速施工工藝要點(diǎn)

路基排水溝快速機(jī)械化施工技術(shù)流程如圖2 所示。

圖2 排水溝快速機(jī)械化施工技術(shù)流程

2.1 施工準(zhǔn)備

在路基水溝開(kāi)始施工前，組織技術(shù)員、實(shí)驗(yàn)員等有關(guān)人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范熟悉了解，并對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，組織參建人員參與上崗前技術(shù)培訓(xùn)。施工前對(duì)拌制砂漿的水泥、水砂等原材料進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可使用。

2.2 測(cè)量放樣

在測(cè)量放樣前，需要對(duì)基層進(jìn)行檢查，確?；鶎颖砻嫫秸?、無(wú)雜物，保證滑模設(shè)備行走部位的穩(wěn)定堅(jiān)固，其高程與設(shè)計(jì)要求一致。技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定排水溝設(shè)計(jì)斷面尺寸、縱坡、伸縮縫位置，并使用全站儀對(duì)路基排水溝的中軸線以及滑模設(shè)備兩側(cè)的基準(zhǔn)線進(jìn)行放樣，測(cè)出相應(yīng)標(biāo)高，放樣后沿線路方向，用撒白灰或拉線的方式標(biāo)識(shí)平面輪廓線與開(kāi)挖線，并在地面上標(biāo)出里程樁號(hào)，根據(jù)測(cè)量控制樁的標(biāo)高確定開(kāi)挖深度，避免超挖。

2.3 溝槽開(kāi)挖

溝槽開(kāi)挖采用小型挖掘機(jī)配置特異型挖斗進(jìn)行開(kāi)挖，特異型挖斗根據(jù)排水溝的尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行定制，如圖3 所示，其底板和側(cè)板與設(shè)計(jì)的水溝輪廓尺寸相匹配，將特異型挖斗取出倒土之后，排水溝即可滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到一次性開(kāi)挖成型的效果，并且溝槽的平整度較高。溝槽開(kāi)挖達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，立即報(bào)監(jiān)理單位檢查驗(yàn)收，并及時(shí)做好溝槽保護(hù)措施，減少雨水對(duì)溝槽的沖刷，盡量防止溝槽土體的擾動(dòng)，保證溝槽的平整度。

圖3 特異型挖斗

2.4 填砂礫墊層

監(jiān)理單位對(duì)溝槽開(kāi)挖驗(yàn)收合格后，為減少水溝土體的擾動(dòng)，保證溝底與溝身的平整度，立即均勻鋪攤砂礫墊層，再用人工夯實(shí)，砂礫墊層厚度為10 cm。

2.5 混凝土澆筑

混凝土澆筑采用液壓動(dòng)力式滑模法，在混凝土正式澆筑前，根據(jù)滑模機(jī)兩側(cè)的滑輪在溝槽兩側(cè)安裝滑模機(jī)的行走軌道，將滑模設(shè)備安裝就位，如圖4 所示?；ＴO(shè)備通過(guò)液壓裝置擠壓受料倉(cāng)中的混凝土, 完成混凝土的自動(dòng)鋪設(shè)，并通過(guò)擠壓產(chǎn)生的反力行走，行走過(guò)程中滑模機(jī)配備的附著式平板振動(dòng)器對(duì)混凝土不斷振搗。在液壓動(dòng)力式滑模設(shè)備澆筑混凝土的過(guò)程中，嚴(yán)格控制設(shè)備的走行速度（最佳攤鋪速度1 m/min左右），以確保澆筑質(zhì)量，如果速度過(guò)快或過(guò)慢，都會(huì)造成鼓包、斷裂等缺陷的產(chǎn)生。此外，滑模設(shè)備帶有收光抹面裝置，在澆筑混凝土的過(guò)程中自動(dòng)完成收光，局部不平整的位置可由人工收光抹面。

圖4 液壓動(dòng)力式滑模設(shè)備安裝就位

2.6 設(shè)置沉降縫

混凝土容易出現(xiàn)收縮、沉降，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，因此需要在適宜的位置設(shè)置沉降縫。每隔10～20 m 采用切縫刀切割一道縫寬為2 cm 的伸縮縫，確保上下貫通，保持縫內(nèi)干凈，填塞瀝青麻筋，然后用水泥砂漿進(jìn)行嵌縫處理。

2.7 混凝土養(yǎng)護(hù)

路基水溝混凝土終凝后，為防止混凝土表面開(kāi)裂干縮，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)采用在混凝土表面均勻噴涂養(yǎng)護(hù)液，并用塑料薄膜覆蓋其表面，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于7 天。

3 施工工藝對(duì)比

3.1 溝槽開(kāi)挖工藝對(duì)比

傳統(tǒng)溝槽開(kāi)挖主要采用機(jī)械開(kāi)挖方式為主，人工開(kāi)挖方式為輔的挖土方式，小挖機(jī)配置傳統(tǒng)挖斗按測(cè)量灰線進(jìn)行開(kāi)挖，預(yù)留10 cm 人工修槽清理，棄土隨時(shí)清運(yùn)。這種開(kāi)挖方式容易造成超挖、欠挖，同時(shí)二次返工現(xiàn)象嚴(yán)重，施工效率低下，且施工成本較高[3]。

機(jī)械化快速施工的溝槽開(kāi)挖技術(shù)則采用挖機(jī)配置特異型挖斗的開(kāi)挖方式，特異型挖斗根據(jù)設(shè)計(jì)的排水溝形狀進(jìn)行定制，能夠達(dá)到溝槽的一次性開(kāi)挖成型，并且溝槽的平整度較高，不需要配置人員對(duì)溝槽進(jìn)行修整，減少了人工的投入，加快溝槽開(kāi)挖施工進(jìn)程。

3.2 混凝土澆筑工藝對(duì)比

傳統(tǒng)支模法混凝土澆筑施工工藝為：立模→混凝土攪拌→混凝土運(yùn)輸→混凝土卸落→混凝土澆筑→拆模，如圖5 所示。其中，立模采用現(xiàn)場(chǎng)拼接，首先需要架設(shè)側(cè)壁模板，然后將側(cè)壁模板上方拼接，再安裝縱橫圍檁，最后架設(shè)模板支撐。該工藝需要大量鋼模板，增加施工成本，且工序復(fù)雜、工效低下、周轉(zhuǎn)次數(shù)低，最后澆筑的混凝土成型質(zhì)量差，容易出現(xiàn)蜂窩麻面。

圖5 傳統(tǒng)支模法混凝土澆筑施工流程

機(jī)械化快速施工技術(shù)采用液壓動(dòng)力式滑模法，省去了立模與拆模的工藝流程，加快了施工進(jìn)程，減少鋼模板的使用，節(jié)約了施工成本。液壓動(dòng)力式滑模設(shè)備還帶有自動(dòng)收光抹面裝置，只需配置少量人員在局部不平位置收光，減少人工的投入。

兩種方法施工工藝對(duì)比結(jié)果如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)路基水溝施工法與快速機(jī)械化法的工藝對(duì)比結(jié)果

4 施工效益對(duì)比

4.1 施工質(zhì)量對(duì)比

傳統(tǒng)溝槽開(kāi)挖工藝的溝身平整度較低，且存在超挖欠挖等工程問(wèn)題?；炷翝仓謨纱螡仓?，整體性較差，容易漏振形成蜂窩麻面[3]。機(jī)械化快速成槽技術(shù)將挖斗取出倒土之后，即可得到平整度較高的溝槽。液壓動(dòng)力式滑模技術(shù)采用整體澆筑，附著式振搗器不間斷振搗，結(jié)合設(shè)備前進(jìn)的反向液壓力對(duì)混凝土擠壓密實(shí)，外觀質(zhì)量好，水溝的整體性較高，減少了漏振、蜂窩麻面等現(xiàn)象。

4.2 施工效率對(duì)比

傳統(tǒng)路基排水溝施工工藝采用常規(guī)挖掘機(jī)開(kāi)挖后，配置人員修整溝槽，混凝土澆筑分兩次澆筑，每次需要立模、拆模以及混凝土振搗等工藝，每個(gè)班組配置1 名技術(shù)人員和4 名工人，實(shí)際進(jìn)度為一個(gè)班組平均一天完成30 m，全線排水溝施工長(zhǎng)度為19.678 Km，安排一個(gè)班組施工大約需要656 天完成。

液壓動(dòng)力式滑模設(shè)備理論上的攤鋪效率可以達(dá)到60 m/h，考慮到混凝土的供應(yīng)、振搗以及收光抹面等工序，同樣每班組配置1 名技術(shù)人員和4 名工人，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)踐結(jié)果，機(jī)械化快速施工技術(shù)實(shí)際進(jìn)度為一個(gè)班組平均一天完成100 m，完成整個(gè)項(xiàng)目的排水溝施工只需要大約197 天，與傳統(tǒng)路基排水溝的施工效率相比節(jié)約了大約459 天，因此滑模施工工藝較傳統(tǒng)支模法的施工速度大幅度提高，施工效率得到保障。

4.3 施工成本對(duì)比

兩種排水溝施工方法所消耗的混凝土用量相差不大，在施工總量保持不變的情況下，混凝土的拌和以及運(yùn)輸成本也大致相同，因此主要由于人工費(fèi)和機(jī)械使用費(fèi)兩方面的不同造成了施工成本上的差異[4]。以該項(xiàng)目的19.678 Km 排水溝施工進(jìn)行成本對(duì)比分析。人工費(fèi)用方面：按照人均每日工資300 元進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)前面施工效率的對(duì)比分析，傳統(tǒng)路基排水溝施工工藝需要大約656 天完成，需要人工費(fèi)用為98.4萬(wàn)元，而機(jī)械化快速施工工藝只需要大約197 天完成全線排水溝施工，只需要人工費(fèi)用為29.55 萬(wàn)元。機(jī)械使用費(fèi)用方面：傳統(tǒng)施工工藝每日的機(jī)械租賃及相關(guān)費(fèi)用大約900 元，滑模施工每日的機(jī)械租賃及相關(guān)費(fèi)用大約1 500 元，則傳統(tǒng)施工工藝與機(jī)械化快速施工工藝的機(jī)械使用費(fèi)用分別為59.04 萬(wàn)元和29.55 萬(wàn)元。因此，完成該項(xiàng)目的全線排水溝施工，機(jī)械化快速施工技術(shù)較傳統(tǒng)施工技術(shù)節(jié)約成本大約98.34 萬(wàn)元。兩種方法施工效益對(duì)比結(jié)果如表2 所示。

表2 傳統(tǒng)路基水溝施工法與快速機(jī)械化法的效益對(duì)比結(jié)果

5 質(zhì)量控制

測(cè)量放樣需精準(zhǔn)放樣，確保溝體線形美觀，直線線形順直，曲線線形圓滑。溝槽開(kāi)挖時(shí)其斷面尺寸必須準(zhǔn)確，溝底平直，溝內(nèi)無(wú)塌方，轉(zhuǎn)角符合設(shè)計(jì)要求。采用液壓動(dòng)力式滑模裝置施工前應(yīng)對(duì)滑模機(jī)進(jìn)行全面的性能檢查與調(diào)試，具體包括模具、行走方向、液壓裝置各配件以及中控箱線路等。施工過(guò)程中嚴(yán)格按操作規(guī)程操作液壓動(dòng)力式滑模機(jī)，控制滑模機(jī)的攤鋪速度在1 m/min 左右，嚴(yán)格控制好振搗器的振搗頻率以及安裝位置。混凝土拌和時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室給出的配合比，確保混凝土的坍落度達(dá)到要求，混合料坍落度過(guò)大，滑出的混凝土變形也大，外觀尺寸與形狀達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；坍落度過(guò)小，混合料內(nèi)摩阻力增大，集料間粘結(jié)力小，滑出的混凝土不宜成型且表面蜂窩麻面嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)模板的磨損較大。制備好的混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中要保證混凝土不發(fā)生離析、漏漿、坍落度損失過(guò)多等現(xiàn)象，保證混凝土的質(zhì)量。人工收光抹面要控制好時(shí)機(jī)與作業(yè)環(huán)境溫度，盡量在混凝土澆筑后1 小時(shí)內(nèi)完成收光抹面，環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)應(yīng)加快收光抹面的速度。沉降縫切割后，清除縫內(nèi)的雜物，保持縫內(nèi)的干燥狀態(tài)，選擇合適的灌縫材料進(jìn)行灌縫處理，并用水泥砂漿進(jìn)行嵌縫。

6 結(jié)論

路基排水溝的施工通過(guò)采用機(jī)械化快速施工技術(shù)，在施工中用特異性挖斗開(kāi)挖溝槽代替?zhèn)鹘y(tǒng)挖掘機(jī)開(kāi)挖為主、人工修槽為輔的開(kāi)挖方式，同時(shí)運(yùn)用液壓動(dòng)力式滑模設(shè)備進(jìn)行混凝土澆筑，代替了傳統(tǒng)支模法施工，節(jié)省了立模、底板與側(cè)板二次澆筑、拆模等工藝流程，同時(shí)滑模設(shè)備的使用提高了混凝土的澆筑質(zhì)量，避免了混凝土爛根、蜂窩麻面等現(xiàn)象，施工速度快，同時(shí)節(jié)約了施工成本。