浅谈渠道混凝土机械化衬砌工艺及质量控制措施

2017-10-19寿奎武

水能经济 2017年6期

寿奎武

【摘要】南水北调工程渠道属于大型渠道，底宽坡缓，按照传统的人工衬砌方法，资源投入大、工效低、质量难控制，采用渠道机械化衬砌施工，实现了自动化、标准化，保证了施工质量，提高了施工效率。渠道混凝土机械化衬砌，在南水北调中线干线工程中已普遍使用，机械化程度也越来越先进，施工质量与之前相比有了很大的提高，并取得了一些在特定情况下的施工经验。但是，在施工实践中，如混凝土面板的裂缝、冻融冻胀、衬砌厚度、平整度的控制等方面，有待于进一步探讨。本文通过对渠道机械衬砌施工的经验分析，重点阐述了渠道混凝土机械衬砌的施工工艺及质量控制要点，为今后大型渠道混凝土机械化衬砌施工提供参考。

【关键词】渠道衬砌；机械化；施工技术；质量控制

我国南水北调工程为大断面渠道现浇混凝土，其衬砌混凝土厚度较小，基本上在8～15cm之间，边坡衬砌面较长，多在22～35m之间。为此，熟悉施工工艺，采取一系列必要的施工措施，有效控制衬砌厚度、平整度、密实度、预防渠道混凝土裂缝是保证施工质量的关键。

笔者曾长期从事南水北调工程施工，本文以南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南禹州长葛段第一施工标段渠道衬砌为例，讲述渠道混凝土机械化衬砌工艺及质量控制措施。

1、渠道基础施工

1.1 渠床整理

渠坡采用挖掘機粗削、人工精削；渠底用用推土机、刮平机等设备在测量仪器控制下粗清并预留保护层。然后人工按控制线找平清理至设计高程。

1.2 渠坡砂砾料垫层铺设

用自卸汽车将合格砂砾料运至渠道堤顶处，采用挖掘机将砂砾料均匀摊铺在渠坡上，人工整平。

1.3 保温板及土工膜铺设

保温板沿渠道轴线方向有序错缝铺设，渠坡保温板应自下而上顺序铺设。复合土工膜铺按先下游后上游的顺序，上游幅压下游幅，接缝垂直于水流方向铺设。复合土工膜铺设完成后，采用热熔焊接法及手提缝包机进行焊接、缝合。

2、渠道混凝土衬砌施工

渠道衬砌机主要由主体机架、传动装置、布料系统、振捣密实系统、行走系统、升降系统与电器操作等部分组成。

2.1 衬砌机就位

衬砌机轨道铺设的质量是保证混凝土衬砌质量的关键，衬砌机行走轨道平行于渠道中心线铺设，一般上轨道在坡肩模板外0.5m处，下轨道在坡脚模板外1.0m处。衬砌机上、下轨道铺设高程应分别与渠道坡降保持一致，每台衬砌机配备上下轨道及枕木各约60m（依满足每次的浇筑长度而定，下次浇筑前将轨道和枕木向前移动）。衬砌机安装完毕应在轨道上反复行走几遍，使轨道处于压实状态。测量人员根据渠道衬砌机的特性和渠道坡比，校正轨道的平面位置及轨道安装高程。

2.2 试运转

设备安装就位后，在生产厂家技术人员的指导下调整好衬砌机机架坡比和高程，设定好衬砌机上、下液压升降机构，然后进行设备试运行调试。

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。调试内容主要是：检查电控柜的接线是否正确，有无松动，接地线是否接地正常；检查联结件是否紧固，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；检查振捣系统能否正常工作。

2.3 混凝土衬砌施工

（1）混凝土布料、振捣

混凝土经输送带运至布料机接料口，进入临时储料仓内，开动螺旋布料器将混凝土均匀的摊铺在工作面上，随着布料系统自下而上移动进行布料，缺料部位采用人工及时补料。衬砌机布料系统自带振捣器，在临时储料仓布料达到2/3后先开动高频低幅振捣棒10～15s后，再开动行走布料小车进行混凝土的振捣、整平工作，以保证混凝土料的振捣均匀、密实。衬砌机的振捣时间和行进速度，宜经过试验确定。衬砌过程中经常检查振捣设备的运行情况，严格控制振捣时间，使混凝土不过振、不漏振或欠振，达到表面出浆。

坡肩、坡脚齿槽和侧模附近须人工辅助布料，并采用插入式振捣棒或手提式平板振捣器辅助振捣。

应控制布料厚度，松铺系数根据坍落度大小由试铺确定。当坍落度为4～6cm时松铺系数宜为1.1～1.15之间。

（2）机械抹面

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。

当渠道衬砌混凝土浇筑宽度有3～4m时，将抹面机运行至混凝土摊铺始端进行提浆、抹面、收平。首次抹面时混凝土表面较软，宜自下而上进行，抹面机的高度以刚好接触到混凝土表面为宜。在向下放抹面机时，应边转动抹盘边向下降落，有利于保证电机的正常使用。

根据浇筑时间、天气状况，第二次抹面时间一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面的作用主要还是找平，抹面中随时用2m靠尺检查混凝土表面的平整度，调整好抹面机高度及斜度，保证抹盘底面与衬砌设计顶面重合，浆液厚度不得超过1.5mm。

机械抹面一般为2遍。抹面机每次移动间距为2/3圆盘直径，在连续作业时不发生漏抹，以保证表面均匀一致为宜。

（3）人工收面压光

施工中采用工作台车作为人工收面平台，工作台车常用简易三角桁架焊接而成，在轨道上行走，可调节高度和坡比。人工收面压光由专人负责，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以内。

人工收面压光应在混凝土初凝前完成，但不宜过早。人工收面用钢抹子，收面遍数一般为二遍。第一遍对混凝土进行机械抹面后的进一步找平，第二遍对混凝土进行压光处理。

当衬砌混凝土表面有些硬化，混凝土初凝前用手轻压，表面发硬但稍有痕迹时，要及时进行人工压光处理，以消除找平过程中的抹痕和表面气泡，使混凝土表面平整、光洁、无抹痕。

3、混凝土养护

衬砌混凝土属薄板结构，抗裂要求较高，必须加强养护措施。混凝土的养护可采用初凝后草苫、毡布覆盖洒水养护、塑料薄膜覆盖保湿养护或采用喷施养护剂养护。衬砌混凝土应保证湿润养护不少于28天。

4、伸缩缝施工

4.1 切缝

伸缩缝按缝深可分为半缝和通缝。通缝可采取支立模板的预留方法，也可与处理半缝一样采取混凝土切割机切割。切缝前按设计分缝位置用墨斗在衬砌混凝土表面弹出切缝线，混凝土切割机宜采用桁架支撑导向，以保证切缝顺直。切缝时按照先横后纵、先通缝后半缝的顺序进行。切缝施工宜在衬砌混凝土抗压强度为1～5 MPa时进行。

4.2 密封胶嵌缝

渠道伸缩缝采用聚乙烯闭孔泡沫板填塞，上面预留2cm深度用来填注双组份聚硫密封胶。注胶前在清理完成的伸缩缝表面两侧粘贴胶带，使其与注胶区分隔以防污染（注胶完毕后去除）。将聚硫密封胶的A、B组胶体按照比例放置于搅拌容器内搅拌均匀，然后装入密封胶专用注胶枪中，用注胶枪将密封胶直接挤入缝内，最后用刮刀进行表面刮平。

5、质量控制

5.1 特殊天气施工措施

在渠道混凝土衬砌施工过程中，如遇特殊天气，应采取相应措施，以保证衬砌混凝土施工质量。

（1）风天施工

为防止产生塑性收缩裂缝，刮风天不宜进行渠道衬砌施工。正在衬砌的作业面应及时收面，可适当调高混凝土外加剂的掺量或增加水量，使混凝土出机口的坍落度增加1～2cm，确保混凝土入仓时的最佳坍落度。对已经衬砌完成并出面的浇筑段应及时做好覆盖塑料布等养护措施，保持混凝土表面的湿度。

（2）雨季施工

雨季施工要关注天气预报，并制定雨季襯砌施工应急预案。砂石料场做好排水通道，运输工具增加防雨及防滑措施，浇筑仓面准备防雨覆盖材料，以备突发阵雨时遮盖混凝土表面。

下雨天气不得新开混凝土衬砌仓面。浇筑期间降雨时，应停止进料，已入仓混凝土进行防雨遮盖，并防止外部雨水冲刷。雨后必须清除仓面积水，不得带水抹面压光作业，对受雨水冲刷后的平整度严重劣化部位，应尽早铲除重铺。

（3）高温季节施工

夏季天气炎热时，混凝土拌合物入模温度不应高于35℃，宜安排在早晨和夜间施工，并采用添加高效缓凝减水剂、加冰或加冰水拌合、对骨料进行预冷、混凝土运输罐车采取防晒措施、混凝土输送带搭建防晒棚等等措施降低混凝土的入仓温度。

（4）冬季低温施工

薄壁混凝土不宜安排冬季施工。确因赶工需要继续施工，应采取冬季保温措施。

5.2 衬砌厚度控制

控制混凝土厚度的关键是轨道铺设质量、衬砌机的挠度和浇筑过程中的跟踪测量。

为了保证轨道的稳定性，安装前应首先确定地基承载力是否满足机械运行要求，否则应采取加固措施。衬砌机安装调试完成后，将其机架调整到与设计坡比一致，利用测量仪器校核。

衬砌机应有足够的刚度，因渠坡衬砌面往往较长，对衬砌机挠度宜定期校核，一般每一个作业循环开始前应校核其挠度。施工过程中一旦出现偏差，应及时校核调整。

浇筑过程中对布料厚度跟踪测量。衬砌施工前通过工艺试验确定布料厚度，一般情况下布料厚度为设计厚度的1.1～1.15倍。衬砌过程中，安排专人随时检查混凝土的布料厚度，发现偏差及时调整。跟踪测量时，若发现若干测量数据有明显偏差时，应暂停浇筑，依次对轨道位置、机械坡比、机械挠度进行复核，寻找偏差产生的原因并进行调整。

5.3 平整度控制

平整度控制主要分三个阶段，即布料振捣阶段、提浆抹面阶段、人工压光阶段。平整度控制的主要工具是2m刮杠（靠尺），每个作业面宜配备2～4个。

布料振捣阶段应对混凝土进行初步整平，及时对较高的地方进行清除，对较低的地方进行补料振捣。提浆抹面阶段应采用2m刮杠（靠尺）进行实时检测，在布料振捣阶段的基础上进一步提高混凝土的平整度。人工压光阶段继续使用2m刮杠（靠尺）检查，对前二个阶段遗留的部位进行补救。

6、裂缝预防措施

渠道衬砌混凝土一般采用素混凝土薄板结构，这种结构特点极易产生裂缝，它既有混凝土裂缝的共性，又有不同于大体积混凝土裂缝的突出表现。渠道混凝土裂缝主要有以下几种：（1）温度裂缝：多发生在混凝土表面。在混凝土硬化过程中，水泥产生水化热，形成混凝土内外的较大温差而造成。由于衬砌面板较薄，而机械化衬砌形成较大的浇筑面，浇筑过程中不留伸缩缝，受温差的影响非常大，容易使表面裂缝发展为贯穿性裂缝。（2）塑性收缩裂缝：混凝土在凝结前，表面因失水较快而产生的收缩，一般在干热或大风天气出现。（3）干缩裂缝：由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果，表现为表面性、纵横交错、无规律、分布不均。（4）沉降裂缝：由于坡面平整度、地基土质不匀、松软、回填土不密实造成的不均匀沉降所致。（5）冻胀裂缝：多发生在地下水位较高渠段，且主要集中在阴坡面。冬季降温时，土质地基和砂砾料由于受冻产生膨胀导致渠道混凝土衬砌面板被拉裂。

通过分析不同裂缝类型产生的原因，在施工中主要从土方填筑、砂砾料垫层、混凝土原材料、浇筑控制、养护、切缝等方面采取预防措施：

6.1 渠道整理

保证基面削坡的平整度，当出现雨淋沟或削坡时出现超挖现象需要进行补坡，可根据沟深情况用M5砂浆回填、中粗砂找平、土料回填等措施，无论何种补救措施都必须保证密实、平整。换填段和全填方段应满足一定的沉降期后才能进行混凝土衬砌。

6.2 砂砾料垫层

按设计提出的有关指标控制原材料质量，严格控制含泥量，施工中保证砂砾料垫层的密实和平整。

6.3 混凝土配合比

优化配合比，严格控制水灰比，掺入适量粉煤灰减少水泥用量，控制混凝土的塌落度及和易性，降低水化热。渠道衬砌混凝土配合比中的胶凝材料用量不宜过大，一般使用二级配。

6.4 混凝土浇筑

由于机械化衬砌特性，在齿槽、渠肩平台及侧模处，衬砌机自带振捣设备的振捣效果不佳，易出现裂缝，需人工补振。下料过程中应避免骨料分离，浇筑过程中严禁在仓内加水，仓内泌水必须及时排除，特殊天气采取相应防护措施。

6.5 混凝土养护

渠道机械化衬砌浇筑面积大、板薄，抗裂要求较高，更需加强覆盖养护，安排专人洒水，确保混凝土表面湿润，并降低水分蒸发损失。

6.6 混凝土切缝