南水北调中线明渠渠坡混凝土衬砌施工技术探讨

2012-06-13翟长风安立乔河南水利建筑工程有限公司

河南水利与南水北调 2012年1期

□翟长风 □安立乔（河南水利建筑工程有限公司）

□刘宇飞（河南省水利第一工程局）

1.工程概况

南水北调中线一期工程总干渠安阳段第九施工标段，全段总长4395.2m。标段渠道内一级边坡1∶2，堤顶至渠底深最大为9.10m，底脚处齿墙30cm×40cm、坡肩压顶18cm×10cm，渠道纵比降为1：28000。渠道混凝土衬砌结构依次为：土质基面、5cm厚粗砂垫层、2cm厚聚苯乙烯保温板、复合土工膜、10cm的薄壁混凝土。

渠道属半挖半填结构，整个渠坡土层无地下水，土质以黄土状轻中粉质壤土为主，渠坡整体稳定性较好。

2.渠道混凝土衬砌施工的机械设备、作业内容以及工艺流程

2.1 混凝土衬砌施工机械设备

目前混凝土衬砌施工机械设备较多且形式各样，但整个衬砌作业系统采用的主要机械为桁架式铺砂机、混凝土摊铺机、提浆机、抹光机与抹面人工台车等；行走模式多采用单轨或双轨道链式自行系统；无论哪种行走模式都要严格控制行走轨道高程。

其中混凝土摊铺机的工作原理：混凝土面板摊铺浇筑时，摊铺机前方连接皮带输料机将混凝土料输送到机械下料口，进入螺旋输料搅笼将混凝土料摊铺于渠坡上，采用振动格栅振捣，震动刮平梁刮平（部分摊铺机采用在车顶部设置皮带机，自下而上输送至车前分格料仓进行摊铺，高压振动棒振捣，振动刮平梁刮平方式），振动刮平梁坡度与渠坡设计坡度一致1∶2，刮平梁是控制混凝土铺筑厚度的主要设备，衬砌前通过上下行走台车上的液压升降支腿调节控制，调整刮平梁距摊铺基面至设计高度。

2.2 渠道混凝土衬砌施工作业内容及工艺流程

渠道混凝土衬砌施工作业的主要内容是：渠道内边坡基面的渠床削坡整理、排水系统的安装埋设、砂垫层的摊铺及压实、保温板的铺设、土工膜的铺设、面层混凝土的浇筑摊铺、收面抹光、缩胀缝的切割、养护。

混凝土衬砌机械化施工工艺流程图

三、主要施工工序的控制

3.1 渠坡整理

渠坡基面整理目前主要采用两种方式：挖掘机粗削坡，后经人工挂线精削；机械削坡，多采用旋耕系统把土打松，采用皮带机或螺旋搅笼输送削坡土至渠底，汽车运走。仅适用于土质渠道。

目前设备工艺不够成熟，设备购买投入大，削坡速度慢，削坡厚度小（一般削坡厚度10～15cm），维护费用高。南水北调中线一期工程渠基整理多采用第一种形式，人工在渠坡上每隔6～8m挑出一道基准基面，坡肩和底角处打上高程桩，坡面经斗齿改作平板的挖掘机粗削后人工挂线精削。精削后，成品边坡高程误差控制范围：直线段±20mm、曲线段±50mm；坡面两米靠尺测量，平整度应≤2cm／2m。削坡后要及时覆盖，防止边坡失水开裂。

3.2 保温板的铺设

3.2.1 保温板铺装前测量放样，用水准线绳标出横断面起止线、坡顶、坡底铺装边线，然后进行保温板的铺装工作。

3.2.2 铺设前对保温板进行检查，挑除缺角、断裂、尺寸不够的材料。其它辅助材料如固定用的竹签、手锤、裁板用的美工刀、定位用的线绳等应准备齐全。

3.2.3 在进行保温板的固定时，除在四角固定外，应在中间部位的上下处加钉两根竹签。在中上部可钉4根或2根进行稳固。钉竹签时，竹签顶部宜略低于保温板顶面2mm左右，以防划伤土工布。

3.2.4 保温板应铺放整齐、错缝，两板连接处的高差≤2mm；保温板铺设后应保持板面完整，洁净，不应踩踏、放置重物。当不可避免地上保温板时，采取铺设防护木板或穿平底软鞋在上面行走。

3.2.5 保温板容易受阳光暴晒而膨胀，形成局部与砂面虚空鼓起的现象，因此，保温板铺设夏季铺设时间应安排在早晚温度低不受阳光暴晒的时候，已铺装好的保温板要及时铺设土工膜。另外切忌在风大天气铺设保温板，施工现场保温板要保护好以免造成损失。

3.3 复合土工膜铺设与焊接

3.3.1 复合土工膜铺设

复合土工膜铺设质量好坏，如接头平顺度、中间褶皱的多少、大小对混凝土面层的厚度均匀性都有影响，同时土工膜焊接的严密性对主渠的防水起重要作用。因此，认真做好土工膜的铺设工作，铺设后对铺设的质量进行检测，对铺设不平、不正的应进行调整。

3.3.1.1 铺设前检查土工膜的外观有无机械损伤、生产创伤、孔眼等缺陷。发现膜面有孔眼等缺陷或损伤，应及时用新鲜母材修补。搬动时应轻搬轻放，严禁放在尖锐的东西上面，防止损伤土工膜。

3.3.1.2 铺设土工膜时，应适当放松、避免应力集中，作业人员不得穿硬底皮鞋及带钉的鞋，不准用带尖头的钢筋作撬动工具，避免人为硬折和损伤。

3.3.1.3 土工膜铺设前清除保温板面板上杂物，保证铺设面平整；

3.3.1.4 在铺设过程中，为了防止大风吹损，当天铺设的土工膜应在当天全部焊接完成。

3.3.2 复合土工膜焊接

复合土工膜焊接质量的好坏是影响复合土工膜防渗性能的关键。复合土工膜焊接程序：对正、搭齐→底层布缝合→压膜定型→擦拭尘土→焊接→焊接质量检查→对破损部位修复→复检修复部分→验收焊缝→上层布缝合。

3.3.2.1 土工膜搭接应平行对正，搭接至少10cm，缝合要求松紧适度、自然平顺，确保膜、布同时受力。复合土工膜搭接是上下层土工布采用自动缝合机缝合，中间的土工膜采用应顺水流向焊接。

3.3.2.2 焊接前清除膜面上的砂子、泥土等脏物，再用干净毛巾擦净，保证膜面干净。

3.3.2.3 焊机操作人员应严格按照复合土工膜施工工艺试验所确定的施工参数进行焊接，并随时观察焊接质量，根据环境温度的变化适当调整焊接温度和行走速度。

3.3.2.4 焊缝处复合土工膜应结为一个整体，不得出现虚焊、漏焊或超量焊。出现虚焊、漏焊、焊破时，必须使用KS热熔胶胶对损伤部位使用母材粘合修补并超出损口边缘10cm，且每两幅土工膜间的焊缝补焊不得超过3处。

3.3.2.5 焊膜密封性的检验采取比较直观的充气法检测。要求在气压值0.15～0.2MPa时保持5min。

3.4 渠道混凝土衬砌

3.4.1 混凝土原材料的选用

水泥、粉煤灰、砂、石、水、外加剂等原材料的选用均符合设计和有关规范要求，并同招标文件技术条款的相关章节及业主下发的渠道衬砌技术要求相对应，经由业主委托的第三方试验室检测合格。

3.4.2 混凝土配合比及拌和站出料塌落度要求

采用第三方试验室提供的混凝土配合比，严格按照配合比参数进行拌和，不能随意改变。配合比应满足耐久性、强度、防渗、防冻和经济性等基本要求。

渠坡混凝土衬砌施工对混凝土的塌落度要求很高，塌落度应严格控制在4～6cm之间，塌落度过大，混凝土在斜坡面上摊铺极易发生粗骨料集中、纵向裂缝，甚至出现滑坡；塌落度过小不容易振捣出浆，衬砌机械向前行进时的横向带动作用容易产生混凝土坡面横向裂缝。

3.4.3 混凝土运输

3.4.3.1 运输时间控制：混凝土拌和物从搅拌站出料到运输、卸完的允许最长时间以不发生初凝为标准。

3.4.3.2 运输过程中所采取的其它技术要求：为防止混凝土拌和物在运输过程中发生离析现象，所有混凝土拌和物均采用混凝土拌合车运输；为保证混凝土拌和物在入仓前不发生初凝，混凝土拌和物从开始运输到卸料完毕的最长时间不能超过混凝土初凝时间；每次装混凝土前，必须将车罐内清洗干净，保持罐内湿润、无存水；混凝土搅拌运输车在装、运、卸过程中杜绝加水。只允许用水及时冲刷罐外出口处及滑槽内的残留混凝土；每次施工完成后，停车时必须仔细清洗罐内的残留物。

3.4 渠坡混凝土衬砌浇筑施工

3.4.4.1 依照设计边线立模板并加固牢靠，侧模预先粘贴2cm厚的闭孔泡沫板填缝材料；校核顶模和底模的高程；将渠顶坡肩外和渠底齿槽处预留的复合土工膜卷好，特别是渠顶处预留土工膜卷上钢管，并用钢钎钉牢，以防混凝土浇筑过程中混凝土滑坡现象的出现，起到预先保护作用。浇筑前仓面及齿槽内清理干净杂物及积水。

3.4.4.2 保证各项机械运转正常，运输车辆准备就绪。衬砌机在仓外调整好摊铺机桁架坡比并设定到混凝土浇筑所需的正确高度和位置，空载试运行正常。抹面机等施工机械、工器具、辅助材料调试正常，收面抹光工人、机械操作手、卸料工人到位。

3.4.4.3 混凝土浇筑，浇筑前严格控制现场混凝土的塌落度在4～6cm之间。塌落度检测合适后混凝土熟料经由皮带机输送至衬砌机进料口，将混凝土熟料均匀地摊铺在衬砌面，并进行振捣，向前行进时刮平梁刮平。衬砌机施工出现的局部混凝土面缺陷由后面工作桥的工人人工进行修补，保证衬砌面的平整和美观。

3.4.4.4 衬砌厚度控制，衬砌厚度的调整由衬砌机的液压升降支腿调节控制，调整好刮平梁与基面的高度（10cm）。混凝土衬砌机铺料后沿坡面每隔2m用直尺检查一点，确保厚度误差在±5%以内。施工员详细了解第一手资料，施工过程中及时调整机械参数，控制好渠坡衬砌厚度。

3.4.4.5 当衬砌机出现故障时，应立即通知搅拌站停止生产，在故障排除时间内衬砌机内混凝土尚未初凝，允许继续衬砌。停机时间超过2h，应将衬砌机驶离工作面，及时清理仓内混凝土，故障出现后浇筑的混凝土衬砌需进行严格的质量检查，并清除分缝位置以外的浇筑物，为恢复衬砌作业作好准备。

3.4.4.6 抹面压光要保证混凝土面板表面光洁密实；混凝土衬砌施工中，提浆机表面提浆过后，及时用抹光机抹面压光处理，使混凝土表面平整、光滑。施工中要根据天气情况及提浆情况适当的选择抹光机抹面时间，时间过长，表面砂浆硬化，抹光机抹过之后容易出现砂眼；时间过短，混凝土还软，待抹光机抹过之后，由于抹光机的带动作用局部可能会出现起包的情况。部分位置如齿槽、压顶位置由人工抹面。混凝土表面平整度应控制在5mm/2m以内，抹面工人应时常用靠尺找平，挂线使阴角和阳角处顺直。在坡面混凝土终凝前人工抹面收光。

3.4.5 伸缩缝留置切缝

切缝施工宜在衬砌成型抗压强度在1～5MPa时进行，一般在混凝土浇筑完成24～48h间切缝，根据气候调整；按设计位置弹出切缝墨线，让切缝锯片一侧对准墨线切割。具体施工时要严格掌握切割时机，并配备足够的切缝设备，尽快将切缝完成，防止因气温、强度等的变化引起混凝土的收缩，产生裂缝。