PHQZJ—Ⅰ排振滑模式坡面砌筑机混凝土施工工法

王步新 王乃超 李进亮

(河北省水利工程局 石家庄 050021)

1 概述

南水北调中线干线工程渠段地质条件变化较大，渠道衬砌结构、坡长、坡比差异较大，分缝较多，过水断面混凝土衬砌厚度、表面平整度、密实度及光洁度等设计指标要求较高，采取传统的渠道人工跳仓施工方法和工艺，及美国高马克(Gomaco)公司、意大利玛森萨(Masser)公司研制的渠道衬砌机无法达到目前南水北调中线工程设计坡长的要求，在有限施工工期内很难按期保质保量完成施工任务。

PHQZJ—Ⅰ排振滑模式坡面砌筑机衬砌施工工法旨在规范和指导南水北调中线干线工程渠道混凝土衬砌施工管理，确保工程质量。将混凝土机械化衬砌施工从人、机、料、法、环等环节进行了施工工法指导和规范。

2 工法特点

与国外同类渠道机械化衬砌施工技术和国内机械化衬砌技术在南水北调工程山东省济平干渠工程施工过程首次应用相比，该工法解决了不同地质条件(砂土、砂壤土、壤土、砂砾石、膨胀土、湿陷性黄土)、不同坡比(1∶1、1∶1.5、1∶1.75、1∶2、1∶2.5、1∶2.75、1∶3)、不同结构型式(保温板+复合土工膜+混凝土、砂砾石垫层+复合土工膜+混凝土、粗砂找平层+复合土工膜+混凝土、混凝土)和不同材料(保温板、复合土工膜、聚乙烯闭孔泡沫板、聚硫密封胶)、施工检测检验和质量评定标准——削坡平整度(2m靠尺允许偏差:拟铺设砂垫层20mm/2m;其他情况10mm/2m)、衬砌厚度(允许偏差:设计值的－5% ～+10%)、坡面平整度(≤8mm/2m)、伸缩缝顺直度(≤15mm/20m)、密实度等设计指标要求。针对不同季节、不同施工环境，本工法也提出了渠道衬砌施工中衬砌机的衬砌速度、振捣时间、抹面压光的适宜时间和遍数等衬砌施工参数，为合理配置各种资源提供了依据。

3 工艺原理

排振滑模式坡面砌筑机为集受料、运料、布料、铺平、振捣、提浆、出面、行走等多个功能为一体的坡面混凝土衬砌设备，动力传动方式为电动机传动，包括皮带输送机、螺旋布料机、振捣系统、整机运行、升降系统等。适应多种坡度及坡长坡面混凝土跳仓浇筑、连仓浇筑。

3.1 砌筑机主要组成部分

排振滑模式坡面砌筑机主要包括行走机构、机架、皮带输送机、升降机构、摊辅系统、辅机及电气控制系统。

3.2 砌筑机基本参数设计

a.布料宽度为3m，布料斗宽度确定为2970mm，两侧各留15mm。

b.布料电机采用电磁调速装置，最大速度为:6m3混凝土拌和运输车卸料能力为6m3/8min=0.75m3/min。

渠坡每块砌筑混凝土量为(以南水北调中线干线京石段应急供水工程S15标为例):18.9m(坡长)×3m(宽)×0.1m(厚)=5.7m3;

每块衬砌时间为:5.7m3/0.75m3/min=7.6min。砌筑机沿坡面方向布料线速度为:18.9m/7.6min=2.5m/min;

设计时取摊铺机布料线速度最大为:v=3m/min。

3.3 振捣方式设计

砌筑机振捣采用排振滑模式，在3m方向上均匀布置10根振捣棒。振捣棒选用AT49型电动自振震捣器，频率为12000r/min。

3.4 电气设计

采用集中控制，控制室设在主皮带机梁底节顶部，主要控制大车行走、摊铺振捣系统、皮带机运行及整机升降整等功能。

3.4.1 系统行走电气控制设计

行走系统由4台1.5kW锥型转子电动机、变速系统及箱体组成，其行走速度为5m/min，控制系统采用分级控制方式，上、下行走电动机可同步或分步，满足了直渠段和弯渠段渠坡衬砌的要求。

3.4.2 整机升降电气控制设计

整机升降采用4台25t升降机来实现，升降电机为4台2.2kW电动机，电机同升降机间采用V带传动。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

本工法施工工艺流程如下图1所示。

4.2 操作要点

4.2.1 一般规定

a.施工单位的试验、质检人员应符合合同规定的有关资格要求。关键工序的作业人员，如削坡设备、渠道混凝土衬砌设备、抹面设备的操作人员应经培训后上岗。上述人员宜相对固定。

图1 排振滑模式坡面砌筑机施工工艺流程图

b.拌和站的生产能力应满足混凝土浇筑强度的要求，混凝土拌和、运输与浇筑作业应匹配。拌和站应有完整合格的计量设施，并有减尘降噪等环境保护措施。

c.衬砌混凝土配合比应满足强度、耐久性和经济性等要求，并满足机械化衬砌混凝土施工的工作性要求。

d.渠道混凝土机械化衬砌施工应先进行生产性施工检验，检验段长度一般不小于100m。通过生产性施工检验确定衬砌速度、振捣时间、抹面压光的适宜时间和遍数、切缝时间等衬砌施工参数，确定辅助机械、机具的种类和数量，确定施工组织形式和人员配置，制定可操作性的施工组织方案。

4.2.2 衬砌设备安装及调试

a.衬砌机、抹面机、工作台车应同轨，其轨道规格应与衬砌机型式相匹配，轨道平行于渠道中心线铺设，一般上轨道在坡肩模板0.5m以外，下轨道在坡脚模板1.0m以外。钢轨宜铺设在枕木或垫板上，枕木或垫板的间距一般控制在0.8m以内。钢轨采用铁道用钢轨，安装后测量要求轨道中心偏差不大于2m，钢轨接头处高差不大于1mm，轨道不平度10m不大于3mm。

b.衬砌机轨道铺设的质量是保证衬砌混凝土质量的关键，衬砌机安装完毕后应在轨道上反复行走几遍，使轨道处于稳定状态。衬砌机轨道坡降应与渠道坡降保持一致，衬砌前和衬砌施工中应经常校核轨道的方向和高程。

c.调试应遵循“先分动，后联动;先空载，后负荷;先慢速，后快速”的原则。调试内容主要包括:电控柜的接线是否正确，有无松动;接地线是否接地正常;联结件是否紧固，各润滑处是否按要求注油;调正上下行走装置的伺服系统或频率使其同向、同步;振捣系统能否正常工作。

d.试车先进行空载试车，应无冲击及较大的周期性噪声。空载试车一切正常后进行负载试车，试车时应先开车后投料，并使物料均匀、连续、缓慢地投入，停车时应先停止加料，待物料排空后再停车。

4.2.3 模板支立

a.渠道横向通缝模板宜采用宽度与衬砌混凝土厚度相同、相互连接为整体的槽钢作为侧模;齿槽和坡肩模板优先采用定型钢模板，并与渠道横向通缝模板相连。采用压设砂袋或预制块等固定方法固定模板。

b.混凝土衬砌施工过程中测量人员须随时对模板进行校核，保证混凝土分缝顺直。

4.2.4 混凝土布料施工

a.施工过程中，渠道衬砌施工作业人员要分工明确、职责分明、各负其责、协调工作。衬砌过程中作业人员应相对固定。

b.专人负责指挥布料。布料前质检员对混凝土拌和物进行坍落度和含气量等按有关规范进行检测。

c.混凝土搅拌运输车就位后卸料前，可用少许水湿润运输车的下料槽和布料机输送带。运输车辆卸料自由下落高度应不大于1.5m。

d.排振滑模式坡面砌筑机沿垂直轴线方向，采用皮带输送机布料，混凝土经输送带运至衬砌机侧面设置的分仓料斗，以自行式滑动刮刀分料。施工中应设专人监视各分仓料斗内混凝土数量，保持各料仓的料量均匀，防止欠料。开动振动器和纵向行走开关，边输料，边振动，边行走。施工时应控制布料厚度，松铺系数根据坍落度大小由生产性施工检验确定。当坍落度为4～6cm时松铺系数宜为1.1～1.15之间。

e.排振滑模式坡面砌筑机振捣采用排振滑模式，在3m方向上均匀布置10根振捣棒。振捣棒选用AT49型电动自振振捣器。通过自振式振捣棒组成振捣排插入混凝土内，对混凝土进行深层振捣和表面提浆，保证了混凝土整体密实度和表面浆液丰富。

f.坡肩、坡脚和周边的施工应设专人负责。采用人工辅助布料，以插入式振捣棒或手提式平板振动器进行振捣。坡脚处分两次布料、振捣。插入式振捣棒振捣模板周边时，行走不宜过快。对坡肩及坡脚的折线部分，应以靠尺定型，以使折角整齐，外型美观。对已经拆模的混凝土要注意成品的保护，防止边角破坏。

4.2.5 衬砌施工操作中注意事项

a.施工中严格按照生产性施工检验确定的振捣时间、工作速度等参数执行，做到混凝土不过振、漏振或欠振，达到混凝土深层振捣和表面提浆的效果，利于混凝土抹面和整平。

b.衬砌施工中应有专人检查振捣棒的工作状况，若发现衬砌后的板面上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉沟等现象，须停机检查、修理或更换振捣棒，并对已浇筑混凝土进行处理;初凝前的混凝土进行补振，初凝后的混凝土进行清除，并填补混凝土，重新振捣。

c.进入弯道施工，要调整上下轨道行进速度，保证衬砌机始终与渠道上口线保持垂直工作状态。4.2.6 施工过程中停机时的操作

a.停机同时应解除自动跟踪控制，升起机架，将衬砌机驶离工作面，清理粘附的混凝土，整修停机衬砌端面，同时对衬砌机进行保养。

b.当衬砌机出现故障时，应立即通知拌和站停止生产，在故障排除时间内如浇筑面上的混凝土尚未初凝，可继续衬砌。

4.2.7 抹面施工

4.2.7.1 抹面机抹面施工

a.混凝土抹面机应与衬砌机共用轨道，通过支腿的调节满足衬砌坡比的需要，并应具备自行走系统，保证压光衬砌坡面平整度。

b.混凝土抹面机采用抹盘和抹片分别抹面。抹盘抹面起挤压及提浆整平功能，抹片起压光收面功能。

c.坡面混凝土抹面机桁架悬挂电动抹光机，沿衬砌坡面往返抹面。抹面压光在渠道衬砌混凝土浇筑宽度约有3～4m时开始。第一次抹面时需安装抹盘，抹盘对衬砌混凝土面进行平整和提浆，将裸露于表面的小石子压入混凝土中。首次抹面时，混凝土表面较软，宜自坡脚至坡肩进行，抹盘以刚好接触到混凝土表面为宜。抹光机每次移动间距为2/3圆盘直径。

d.根据浇筑时间、天气状况、湿度情况，第二次抹面时间一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面仍需使用抹盘，主要是找平。抹面中随时用2m靠尺检查混凝土表面的平整度，调整抹面机高度及斜度，保证抹盘底面与衬砌设计顶面重合，浆液厚度不应超过1.5mm。第三次采用抹片抹面，提高衬砌混凝土表面的光洁度。

4.2.7.2 人工抹面施工

a.施工中应选用工作台车作为人工抹面平台。工作台车采用桁架焊接而成，可调节高度和坡比。施工中，抹面台车应优先选用具有自行走功能的桁架。严禁操作人员在混凝土表面行走和抹面。

b.抹面压光应由专人负责，并配备2m靠尺检测平整度，混凝土表面平整度应控制在8mm/2m。人工采用钢抹子抹面，一般为2～3遍。

c.初凝前应及时进行压光处理，清除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑、无抹痕。衬砌抹面施工严禁洒水、撒水泥、涂抹砂浆。

4.2.8 混凝土养护

a.衬砌混凝土保证湿润养护不少于28天。混凝土养护设专人负责，并做好养护记录。

b.抹面完成后应及时采用草苫、草帘、毡布等浸湿后覆盖养护或采用喷施养护剂养护。养护剂喷洒量、成膜厚度、喷洒时间应通过现场试验确定。

c.干热风天气施工时，宜采用喷雾器不间断喷雾改善混凝土施工部位环境湿度。

d.当出现低温或负温天气时，应采取保温措施养护。

5 安全措施

5.1 一般规定

工法实施过程中应遵守国家、地方(行业)有关安全生产法规规定，特殊施工人员应持证上岗。施工前，应对相关人员进行安全文明生产教育，牢固树立“安全生产、预防为主”的思想。

5.2 机械化衬砌安全生产规定

a.应遵守拌和站、运输车辆、衬砌机及施工辅助机械设备的安全操作规程。

b.清理拌和站内混凝土时，应安排专人值守操作台。

c.混凝土运输车辆倒退、卸料有专人指挥。

d.施工中，严禁在衬砌机支腿上站人及操作，夜间施工应有照明装置，并有明显的警示标志。

e.在施工维修焊接时，电焊机作业面要避开土工膜和保温板，以免被电焊火花燃着。

f.衬砌机行走中，施工人员要听从电铃，电铃连续响3遍后再开始行走。注意行走时的安全。

6 结语

本工法已经在南水北调中线京石段应急供水工程(委托河北建设管理项目)、南水北调中线一期工程京石段应急供水工程(石家庄至北拒马河段)、南水北调中线干线工程天津干线工程天津段、南水北调中线一期总干渠安阳段、南水北调中线干线工程漳河北至古运河段等南水北调工程中得到应用和推广。随着南水北调东线和西线工程的全面启航，水利大坝、河道堤防等混凝土护坡工程的施工，本工法也将逐步代替原有施工方案。