南水北调中线穿黄工程南岸渠道机械化衬砌施工技术

□熊 燕（中国水利水电第十一工程局）

一、概述

南水北调中线穿黄工程南岸连接明渠总长4628.57m，起点为庙王公路与渠道相交处，终点与隧洞进口相接，全段均为挖方型渠道，挖方深度20～40m，在高程120、130、140布置了马道。渠道过水断面为梯形，位于120m以下，设计渠底宽度12.5m，边坡坡度1:2.25，渠道纵坡1/8000。

渠道衬砌结构自下而上为排水系统、砂砾石垫层、保温板、复合土工布和纤维混凝土板。渠道衬砌混凝土等级为C20W6F150，混凝土添加聚丙乙烯纤维，以增强抗裂能力。渠道边坡板厚10cm，横缝间距4m，缝宽1cm，通缝、半缝交错布置；纵缝间距4m，缝宽1cm，均为半缝。缝间填充聚乙烯泡沫塑料板，缝口填充聚硫密封胶。

二、机械化混凝土衬砌

由于渠道底面较宽、边坡较缓，采取机械化施工，能提高施工工效和工程质量，渠道衬砌机械化施工在南水北调中线总干渠中已有应用，并取得了一定经验，但对于纤维混凝土的施工还未有先例。

根据结构要求，综合面板防裂、设备性能等因素，衬砌分仓长度确定为24～32m，春秋季气温适宜，温差小，分仓长度可取上限。若气温偏高，温差大，分仓长度则取下限，并选择在晚间施工。

（一）施工流程

主要施工流程如下：设备进场→衬砌准备→混凝土配制运输→混凝土浇筑→养护→切缝→填缝。

（二）衬砌设备

衬砌机械施工设备的选配原则是“机械性能可靠，工作稳定高效，操作简便实用”，根据本工程渠道的坡长和坡度，选择的混凝土衬砌设备主要有水渠混凝土数字化自动摊铺设备（以下简称摊铺机）和水渠混凝土自动抹光设备（以下简称抹光机）。

1.摊铺机

摊铺机由主机架、主机架行走系统、输料系统、工作机架、工作机架行走系统、工作系统、数字化变频控制系统等部分组成，具有操作简单、可靠性高、故障率低等特点，混凝土布料均匀平整，振捣均匀密实，整平效果好，提浆丰富。主要技术参数见表1。

表1 摊铺机技术参数表

2.抹光机

抹光机由主机架、主机架行走系统、主机架升降系统、工作机架、工作机架牵引系统、工作系统、电气控制系统等部分组成，具有操作简单、维修方便、可靠性高等特点，工作后平整、光滑、无抹痕、无砂眼现象。主要技术参数见表2。

表2 抹光机技术参数表

（三）衬砌准备

1.模板安装

模板使用[10槽钢制作而成，槽钢外侧焊接φ16长方形钢筋框（0.3m×0.4m），钢筋框间距2m，上部压沙袋以固定槽钢。槽钢端部焊接φ20钢筋，相邻两槽钢连接时使用双向木楔子加固。

2.仓面清理

模板安装就位后，对仓面进行清理，预备浇筑混凝土。仓号清理主要由人工完成，大面积清理使用笤帚，局部污渍清理使用棉纱进行。

3.设备就位

开仓前，复测摊铺机轨道平面位置及高程，将误差控制在2mm以内。混凝土模板高程监测完毕后，将摊铺机运行至模板位置，开始下降工作架，到碾压辊与模板高程一致时停止，并设好限位高程装置。摊铺机的工作方式为自下向上，工作机架2m成一模，模与模之间有搭接，可根据仓位大小不同调节模块位置。

（四）混凝土配制及运输

1.混凝土拌合

混凝土由HZS60混凝土搅拌站拌合，混凝土搅拌时间按90s控制。砂、石的计量偏差应控制在±2%以内，水泥、掺合料（含聚丙烯纤维）、水、外加剂等材料的计量偏差应控制在±1%以内。混凝土出机口坍落度控制为6～7.5cm，入仓坍落度控制为5～6cm。当气候变化时，可微调用水量，维持入仓混凝土坍落度不变，保证衬砌混凝土机械化施工的工作性。

2.混凝土运输

混凝土采用搅拌车运输，拌和物从拌和楼出料到入仓的时间一般控制为30～45min，超出规范规定允许最长运输时间的混凝土做弃料处理。

（五）坡面混凝土浇筑

1.混凝土摊铺振压

摊铺机就位后试运转，检查设备的振捣系统、螺旋、碾压辊、皮带是否运行正常，工作机架高程确定合适后，启动一级上料皮带机和二级集料皮带机，洒水润滑。混凝土搅拌车通过上料皮带进行下料，并根据分料情况行走工作机架。摊铺机工作机架的行走速度对混凝土振碾效果影响较大，初期控制为3m/min，并根据现场观察调整。

混凝土摊铺注意事项如下：下料顺序从下到上沿衬砌机前进方向进行；输送皮带上的料量分布需保持均匀，同时避免搅拌车出料口及皮带机受料口堵料；下料应与振动碾压速度相适应，既不能堆积过多的混凝土料，也要避免振捣棒因缺料而出现空振；工作机架保持匀速连续工作，行走速度控制在容许范围内，并结合现场布料进行调整，确保振捣效果。

2.混凝土提浆

混凝土提浆使用抹光机完成，其开始时间与环境温度及摊铺宽度有关，一般可在混凝土摊铺宽度超过4m，且滞后摊铺1～1.5h后实施。若环境温度较高，则提前启动提浆作业。提浆自下而上进行，一般需2～3遍，依次进行。抹光机的适宜高度以刚接触到混凝土表面为好，在向下放抹光机时，应边转动抹盘边向下降落。抹光机配置2个抹盘同时作业，抹盘直径1.5m，工作时需叠压0.2～0.3m，工作机架行走速度控制为6m/min为宜。

3.收面压光

混凝土接近初凝时，可用手轻压，如表面发硬、但稍有痕印时，便可及时进行压光处理，消除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑无抹痕。由于聚丙烯纤维能保持水分，泌水速度减缓，因此收面工序应较普通混凝土适当推后。收面压光先由人工用铁抹子收一遍，然后将抹面机的抹盘卸掉，露出上方的树脂叶片，使用叶片压光1～2遍，之后人工收面1遍。收面时，抹子应相互叠压，消除抹痕。

（六）气候选择

渠道衬砌混凝土具有外露面积大，板块薄，受外界气候、温度变化影响大等特点，需选择适宜的气候条件，具体要求如下：

风力达到4级及以上时不应安排浇筑；风力达到3级时宜推迟开仓时间，或浇筑后及时覆盖土工布养护，日洒水4遍。

主汛期（7～8月）原则上不安排渠道衬砌施工；若在浇筑过程中遇中雨以上天气，应立即停止进料，已入仓混凝土马上遮雨覆盖，并防止马道上雨水流入，不得新开混凝土浇筑仓面，也不得带雨进行抹面压光作业。

当现场气温〉30℃时，宜避开中午施工，优先选择傍晚或夜间施工，并采用添加缓凝剂、控制水温等措施；当现场气温超过35℃时，应停止施工。当日均气温连续5d稳定在5℃以下，或现场最低气温在0℃以下时，应采取热水拌合等措施，以保证混凝土拌合物的入仓温度≥5℃；当日均气温〈5℃时，应停止施工。

（七）混凝土养护

衬砌混凝土养护期为28d。坡面混凝土洒水后，用塑料薄膜封闭覆盖，可在板面上形成较多水珠，满足混凝土养护要求。养护期间，塑料薄膜应贴紧混凝土板面，边角覆土或用沙袋压牢，并经常检查。环境温度〈0℃时，采取蓄热养护，在混凝土板面上覆盖1层塑料薄膜后，再覆盖2层棉毡。

（八）切缝与填缝

1.切缝时间

切缝施工宜在衬砌混凝土抗压强度为1～5MPa时进行，根据类似工程经验，切缝时间控制在混凝土浇筑后的200～300（℃·h）时比较好。渠道衬砌主要在春秋季进行，环境平均温度一般为15℃，可在收仓后16～24h内开始切割，并在24h内完成。若气温较高，可在收仓后10～12h开始切割。

2.切缝

采用切缝机进行切缝施工，切缝前，先在混凝土板上用墨线弹出伸缩缝的位置，通缝、半缝应分别标出并加以明显区分。原则上按照先通缝、后半缝，先横缝、后纵缝的切割顺序施工，宜首先从面板下部纵缝开始。切缝前，应根据设计缝深调整刀片，确保不损伤到混凝土板下的复合土工膜。

3.清缝

清缝一般在混凝土养护期结束后实施，清缝前应检查伸缩缝的深度和宽度，伸缩缝应底部平坦、宽度均匀一致，对深度不符合设计要求的应做补切缝处理。采用吹风机清除缝内的浮浆、碎碴等杂质，之后使用吹风机将缝内水滴吹净，等待缝面自然晾干。

4.填缝

将聚乙烯闭孔泡沫板切割成设计要求的形状，轻轻塞入缝内，之后使用月牙形木条将其压入缝底，保证缝表面有2cm的空余深度，用于填充密封胶。

聚硫密封胶为双组分材料，注胶前先在清理干净的基面上均匀刷双组分底涂，待底涂完全固化后开始注胶。注胶使用专用枪，自下而上均匀注入，缝面应用刮刀压紧刮平，确保注胶饱满。注胶后应及时检查，如有凹凸不平、气泡、粗糙外溢、表面脱胶、下垂等现象应修补整齐。为保证缝面均一美观，注胶前先用纸质胶带在缝两侧贴出两条线，以防污染基面，注胶完成后，再将胶带揭除。缝面用塑料布遮盖，避免密封胶固化前，雨水浸入缝内。

三、质量管理要点

第一，原材料严格执行进场报验制度，进场后未经检验或检验不合格，不能使用。第二，混凝土厚度应满足设计要求，切缝时间应适宜，避免出现板面裂缝。第三，混凝土严格按配比拌制，确保不结团，不分离离析，不合格料不入仓。第四，混凝土浇筑一般在黄昏和早上进行，气温高于30℃不能开仓，冬雨季暂停施工。第五，混凝土施工人员入仓前将鞋冲干净，各种施工设备入仓前也要冲洗干净，以免污染仓号。第六，混凝土切缝起止时间要严格控制，避免混凝土拉裂。伸缩缝灌注前应认真清缝，保证填缝材料良好的粘结力。

四、结语

通过检测结果来看，机械化施工的纤维混凝土可以满足质量要求，在施工过程中取得了一定经验，也暴露出一些不足：一是因纤维的分散性及与混凝土粘合性将影响混凝土整体强度，因此纤维混凝土入仓后的振捣时间应适当延长。二是由于纤维混凝土中纤维体积较小且重量轻，在经过提浆后，多浮于混凝土表面，因此收面过程也需要适当延长，以保证外观质量和表面糙率。三是机械化施工辅以人工振捣、抹面，保证了混凝土密实和表面质量。四是机械化施工在自动化程度上、各工序衔接配合、现场质量检测等方面有待进一步提高。

[1]南水北调中线一期穿黄工程渠道衬砌施工技术要求[R].黄河勘测设计有限公司，2010.

[2]孙卫军，肖万格，左丽.南水北调中线京石段应急供水工程渠道衬砌特点及施工要求[J].南水北调与水利科技，2008.