大型渠道混凝土衬砌关键技术

2015-08-15陈敦刚中国水利水电第十一工程局有限公司

河南水利与南水北调 2015年15期

□陈敦刚（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1 工程概况

南水北调中线一期工程焦作1段第2标段位于河南省焦作市,总干渠渠道采用梯形断面，设计渠底宽度为21m，渠底高程98.57～98.11m，渠底内外边坡1:2，一级马道（堤顶）宽5m，渠道纵比降为1/29000。全区段采用混凝土衬砌，渠坡厚度12 cm，渠底厚度10 cm，混凝土衬砌强度等级为C20,抗冻标号F150,抗渗标号W6,在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板。

2 渠道混凝土衬砌施工关键技术

2.1 复合土工膜施工

防渗层采用的复合土工膜幅宽为6m，上层、下层土工布接头均采用自动缝合机缝合，中间的土工膜采用自动焊接机双缝焊接，焊缝密封性采取充气法检测。

2.1.1 铺设

土工膜铺设时注意张驰适度，要求土工膜与保温板面层务必吻合平整，避免土工膜的损伤。土工膜铺设时要考虑焊机行走方向，纵、横向土工膜搭接位置。

2.1.2 拼接

复合土工膜的连接分两个程序进行，即下、上层土工布的缝接，中层膜的焊接。土工布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度10 cm，缝宽1 cm；膜采用焊接工艺连接。为了施工方便，复合土工膜的焊接在施工现场进行。

2.1.3 缝合

复合土工膜上下层土工布缝合按照对搭→折叠底布→缝合→检查→拉平→折边→验收程序进行。缝合使用手提式工业缝包机，缝线用3×3尼龙线，两人配合，边折叠边缝合，折叠缝合宽度约5 cm；缝合结束后应仔细观察所缝土工布，看有无空缝、漏缝、跳线，如若有不合格，应重新缝合。

2.1.4 焊接

土工膜焊接按照铺设、剪裁→对正、搭齐→压膜定型→擦拭尘土→焊接试验→焊接→焊接质量检查→对破损部位修复→复检修复部分→验收程序进行。焊接前，应先进行工艺试验，确定焊机行走速度与焊接温度。土工膜焊接工具以自动调温（调速）电热楔式双道塑料热合机、挤压焊接机为主，塑料热风焊枪作为局部修补用辅助工具，采用双焊缝搭焊。焊接时，先用干净纱布擦拭焊缝搭接处，做到无水、无尘、无垢，土工膜应平行对正，适量搭接；根据当时当地气候条件，调节焊接设备至最佳工作状态；在调节好的工作状态下，做小样焊接试验；试焊接1m长的复合土工膜样品；现场焊接试验合格后，用已调节好工作状态的热合机逐幅进行正式焊接。

土工膜搭接时施工时，相邻土工膜搭接应平行对正，搭接宽度适量，缝合要求松紧适度、自然平顺，确保膜、布同受力；操作人员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调整焊接温度和行走速度；不得出现虚焊、漏焊或超量焊；连接处两层复合土工膜必须搭接平展、舒缓；焊接前，保证膜面干净；底板土工膜焊接采用先焊横缝后焊纵缝的方法，并合理规划焊机行走方向，使土工膜采用焊接方式连成一体；定期检查焊机热熔烙铁，皮带压辊，发现异物及时清理，保证土工膜焊接质量。

2.2 衬砌混凝土施工

面板混凝土浇筑由于浇筑面积大，且渠道衬砌边坡为1：2斜坡，混凝土施工难度较大，要求在混凝工作度控制方面采取相应措施，满足施工现场的要求。

2.2.1 混凝土配比优化

混凝土衬砌面板水分蒸发面积大，同时受到基础及四周模板的约束，易产生早期裂缝，添加纤维可有效降低开裂风险，同时按照最优砂率法和最小单位用水量对混凝土进行试拌，并结合拌合物性能找出最优砂率，最小单位用水量及减水剂和引气剂掺量，使混凝土配合比达到了较优效果。

2.2.2 混凝土拌和与运输

混凝土拌合前，对本班次拟使用混凝土混合物材料，按照混凝土配合比进行室内试拌，对混凝土的和易性及工作度进行检查，保证拌合物胶凝材料不变的情况下，根据粗细骨料超逊径情况及含水率情况，对各种材料的配比进行计算或微调，由试验室主任签发配料单交拌合站进行控制。

采用拌合楼拌合混凝土时，按配料单严格控制配料，检验混凝土出机口坍落度是否符合规范要求，并经试验人员核对后，决定是否调整配料单。浇筑前由试验人员测定坍落度，并跟随第一辆混凝土罐车至浇筑部位，测定塌坍落度损失，及时调整混凝土坍落度，保证混凝土运至现场就能入仓，减少等待时间。拌和物从拌和楼出料到入仓的时间一般控制为30-45min。

2.3 衬砌布料振捣机进行改进

衬砌机混凝土布料过程中下料口易出现堵料现象，在下料口侧面增加两台附着式振捣器，布料过程中开启附着式振捣器，保证衬砌机布料均匀。

衬砌机刮板与布料皮带间隙调整，衬砌机刮板与布料皮带过紧，会导致布料皮带不能转动，间隙过大，布料过程中漏浆现象严重，经调试，在布料口设置两道刮板（一道为钢制刮板，与布料皮带间隙稍大，一道为橡胶刮板，紧贴布料皮带），有效减少漏浆量。

混凝土浇筑面积大，厚度仅10～12 cm，布料平整、振捣、提浆较困难，增加一台混凝土找平振捣提浆设备（采用方钢焊接骨架，2根20槽钢对焊作为刮尺，刮尺上安装2台平板振捣器作为振捣提浆设备，随衬砌机上下左右行进。）混凝土衬砌机布料完成4m后，使用坡面混凝土找平振捣设备进行找平、振捣提浆。

2.4 抹光机行走桁架进行预拱设置及调试

衬砌抹面机桁架行走过程中易出现下垂挠度，在抹面机调试完成后，进行空载运行，测量确定桁架挠度，根据测量成果，对抹面机桁架预拱设置，有效避免因桁架挠度造成混凝土面表面平整度超标的现象。抹面机纵向行走过程中，调整好行走轨道高程，使抹面机能连续作业。

2.5 选择合理时机采用机械对衬砌混凝土进行一次抹面

混凝土初凝时间为3h，混凝土衬砌机浇筑完成一幅1.20m宽度混凝土条带布料时间需20min，混凝土找平提浆机在首段布料完成后1h后进行振捣提浆，混凝土找平振捣设备行进2～3m以上时，便采用抹面机进行抹面、收平、进一步提浆，首次抹面时，混凝土表面还比较软，从下而上进行，抹面机的适易高度以刚好接触到混凝土表面为好。在向下放抹面盘时，应先转动磨盘、后下降落，抹光机每次移动间距为2/3圆盘直径，在连续作业时能保证不发生漏抹、表面均匀一致为宜。

抹面机在第一次抹面过程中安排专人持2m靠尺进行检测，不平位置及时找平。当混凝土开始初凝时，再用圆盘面重复抹面一次，以表面平整、水泥浆饱满，表面无气孔为宜。衬砌面的边角、坡顶及坡底部位，抹面机不能达到时，由人工进行抹面和收光，两侧有边模的位置，采用人工及时进行修理。

2.6 衬砌混凝土表面二次压光摸面

用抹面磨盘对混凝土表面进行磨平以后，用手指轻压混凝土表面，当表面发硬、但稍有痕印时，及时人工进行压光处理，消除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑无抺痕。

过早不易压光，会有划痕；过迟会因局部的不平，抹不到的位置，表面发白，不美观。压光时间主要集中在混凝土衬砌后的3-5 h内进行，保证混凝土表面平整、光洁。

人工压面摸光时，工人每人配一杆2m靠尺，在摸光过程中，时刻检查混凝土表面平整度，控制混凝土表面平整度满足8mm/2m的要求。

3 渠道混凝土衬砌关键技术控制效果分析

通过对渠道混凝土衬砌关键工序土工膜施工质量的控制和质量问题追朔，提高了施工技术人员对渠道衬砌工作各工序质量管控的认识，使土工膜铺设时，与保温板密贴，表面平顺、无折皱，确保了衬砌面板混凝土厚度的均匀，避免了局部衬砌混凝土因土工膜折皱引起的厚度不达标现象，通过了南水北调建管单位多方面的检查，同时，也减少了混凝土干缩引起的不均干缩裂缝现象的产生；对混凝土工作性能的优化，提高了衬砌速度，减少了混凝土表面出现气孔和麻面的频次；改进后的衬砌机，克服了因振捣、提浆时间过短而引起的混凝土表面含浆过少现象，保证了衬砌面板表面的密实、平顺和光滑，采用二次抹面施工，减少了混凝土产生干缩和龟裂裂缝的产生，确保了混凝土外观质量。改进后的工艺措施，使混凝土面板外观质量满足了设计及规范要求。