现浇砼渠道衬砌施工中相关问题的探讨

张黎月 夏平华

摘要:渠道现浇衬砌以其防渗效果好、使用寿命长、施工质量便于控制等特点,在渠道防渗方面深受青睐。为了保证现浇混凝土防渗渠道效果和耐久性,除了正确合理的设计以外,必须严格提高施工技术水平,选择合适的机械设备也至关重要,以保证施工质量,做到优质、经济、安全。文章以南水北调某标段渠道衬砌为例,探讨了在施工过程中的相关问题。

关键词:现浇砼;渠道衬砌施工;机械;施工设备

中图分类号:S274文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0163-03

一、工程概况

南水北调中线京石段应急供水工程渠道项目(S11)标段工程位于河北省新乐市境内,长4900m,渠底宽20～21.5m,渠上口宽度为61.7m,渠深6.95m。总干渠过水断面采用梯形断面,过水断面渠底纵坡为1/25000、边坡系数为1:2.5～1:3.0。渠道过水断面采用现浇混凝土衬砌,渠道衬砌砼厚度边坡为10cm,底板为8cm,下铺复合土工膜加强防渗。渠道衬砌砼建基面为砂壤土、壤土、细砂等。

二、施工设备的选择及人员配备

(一)选用PMCQ650型渠道坡面衬砌机

渠道砼衬砌机采用洛阳丽铭机器设备有限公司生产的PMCQ650型渠道坡面衬砌机,对PMCQ650型坡面衬砌机进行了局部技术改进,使其性能更加符合实际施工的需要。通过实践证明,PMCQ650型大型渠坡衬砌机基本能满足南水北调中线京石段S11标的工程渠道砼衬砌施工需要,但衬砌机在初始运行调试阶段也出现了一些技术故障,通过不断实践摸索和改进,衬砌施工工艺逐渐趋于完善,砼衬砌质量得到了有效控制和保障。

(二)确定了砼衬砌时辅助设备及人员配置

由于PMCQ650型渠道坡面衬砌机不带削坡及振捣设备,需辅助人工用平板振捣器振捣密实,不能真正起到机械化施工的要求。砼抹面、压光、需全部人工完成。为确保衬砌密实度,加强砼的振捣,我们在振动碾压小车上增设了两根插入式振捣棒,这样插入式振捣棒随着振动碾压小车的上下行走对砼进行加强振捣,保证了砼的密实度。

该标段渠道坡面斜长为22m,坡比为1∶2.5或1∶3,每12m设一道通缝,每4m设一道半缝,砼衬砌厚度为10cm,砼浇筑采用跳仓法施工,仓面宽度为12m。

根据实践经验,每12m砼衬砌(约30m3砼)耗时2.5～3.0小时,仓面砼浇筑施工人员约为12人左右。其中泥工6人,衬砌机操作人员1人,辅助工4人,指挥1人。主要施工机械设备配备如下(一台衬砌机施工时配备的设备):拌和站衬砌机砼搅拌运输车平板振捣器插入式振捣器土工膜焊接机、热风焊枪、砼切割机、地面抹光机、跳仓木模板、洒水车。主要施工人员配备如下(一台衬砌机施工时配备的人员):电工、土工膜铺设、焊接、砼振捣、抹面工、木工驾驶员、普工、割缝。

三、确定各相关参数

1.确定衬砌机的适宜工作参数,包括衬砌机的工作速度、砼抹面参数及切缝时间等。

经过实践总结分析,我们得出了衬砌机适宜工作参数为:

生产能力——10～12m3/h;大车行走速度——5～10m/min(变频调速);摊铺小车速度——5～10m/min(变频调速);布料小车速度——3～6m /min(变频调速);每次摊铺宽度——0.2～0.4m;摊铺厚度——10～12cm;主皮带速度——1.0m/s。

渠道衬砌砼表面抹面压光是一道保证砼外观质量的重要工序,渠道砼抹面共计4遍,其第1、2、3遍采用地面磨光机抹面,第4遍采用人工完善收面压光,抹面时要掌好时机,并连续进行,中途尽量不停歇。

衬砌砼半缝采用HLQ-18型砼切割机施工,切缝时为防止砼崩裂,要控制好切缝时的砼强度,切缝时砼强度控制在1～5MPa为宜。切缝前先用墨线弹出分缝位置,根据施工经验,当温度为14℃～16℃时以30小时切缝为宜;当温度为22℃～28℃时,以20～26小时切缝为宜。

2.图1是该标段施工时部分砼入仓坍落度及温度统计图。根据该标段的施工统计数据,结合砼抗压试块强度及现场的砼施工质量分析,渠道衬砌砼坍落度宜控制在4～6cm,入仓温度不能超过28℃为宜。由于砼衬砌坡面为10cm,底板为8cm,因此粗骨料最好用5～16.5mm,16.5～31.5mm两级配为宜。

3.渠道削坡控制要点及土工膜的焊接性能参数。渠道削坡主要控制建基面的密实度及平整度。削坡时尽量不要扰动原基面。削坡时先用挖机对渠道开挖预留的保护层(厚30cm)进行削坡至离衬砌基面10cm左右,然后人工拉网格线,从上至下削坡,当遇到砂基时,进行洒水浸透砂层,再修坡,以保证基面密实,并用2m靠尺检查削坡平整度。在人工削坡后,再用衬砌机的平板振动器及滚筒对基面进行压实及再次找平处理,滚压遍数为2遍,然后再用10#槽钢刮平。

土工膜铺设主要控制土工膜的搭接宽度,焊缝质量。根据总结出来的施工经验,土工膜焊接温度与当天气温有关,一般控制在240℃～270℃间不等,焊接速度一般控制在2～2.5m/min左右为宜。土工膜铺设好后应自然松弛,与基面贴实,不得出现褶皱现象。

四、施工工艺流程

测量放样-开挖样槽-机械配合削坡-人工精削坡-坡面夯实修整-土工膜铺设-土工膜焊接-模板支设-仓面验收衬砌-机试运行-拌合站运行-混凝土运输-衬砌机铺料,滚压、振捣-平板振捣器振捣-磨光机抹光、收面-人工抹面、出面-养护-切缝-养护。

五、机械衬砌比人工衬砌的优势

(一)与人工衬砌相比,渠道衬砌机施工砼质量控制较好

由于机械砼衬砌时,砼的坍落度要求控制在4.0～6.0cm,既方便施工又能缩短砼的抹面时间。而采用人工溜槽施工时,砼坍落度宜控制在6.0～8.0cm,否则砼易在溜槽滞留,不易下料,造成施工困难。

由于人工施工时砼坍落度较大,造成砼的抗压强度相对降低。PMCQ650型渠道衬砌机配有振动滚筒及振捣棒,加上人工平板振捣器配合振捣,相较于人工浇筑时单靠平板振捣器施工,砼密实度较高。现场对渠道砼钻芯取样试验数据如下:机械衬砌的砼抗压强度为:28.5MPa、27.8MPa;人工衬砌的砼抗压强度为:23.5MPa、24.0 MPa。且机械施工的砼钻芯试样表面较光滑,无气孔。由于PMCQ650型渠道衬砌机配有砼摊铺、滚压整平设备等,因此机械衬砌的砼表面平整度较好。

(二)机械砼衬砌相对于人工砼衬砌缩短了施工工期

由于机械砼衬砌自带砼摊铺设备,实现砼入仓、铺料自动化等,而人工砼衬砌靠溜槽下料,砼摊铺主要靠人工进行,相较于机械砼衬砌,人工砼衬砌劳动强度大增。实践证明,在正常情况下,机械砼衬砌12m×22m(厚10cm)坡面砼需用时2.5～3.0小时,仓面需12人。人工衬砌12m×22m(厚10cm)坡面砼需用时3.5～4.0小时,仓面需18人。采用机械衬砌砼每个台班(按10小时计)可浇筑4仓砼,而采用人工衬砌砼每个台班按(10小时计)只能浇筑2.5仓砼。

以1000m单侧渠坡面砼衬砌来比较机械砼衬砌与人工砼衬砌工期进度(每仓面按12m计),每天按2台班计,理论上机械砼衬砌每天能完成8个仓面,计96m,考虑天气及机械故障等因素(不考虑砼建基面削坡进度影响),14天能完成1000m单侧渠坡砼衬砌。而人工每天完成5个仓面,计60m,考虑天气影响等因素(不考虑砼建基面削坡进度影响),20天能完成1000m单侧渠坡砼衬砌。我标段渠道衬砌单侧长(包括渠底)共4.9×3km,以整个渠道衬砌来比较,机械衬砌比人工衬砌可提前4.9×3×(20-14)=88天完成。

(三)机械砼衬砌相对于人工砼衬砌节约施工成本,提高了经济效益

1.人工费比较。机械衬砌仓面人员为12个,砼搅拌车司机3人、砼拌和站3人,一个台班能浇筑4个仓面,机械砌衬浇筑一个仓面需人工工日:18/4=4.5工日。

人工衬砌仓面人员为18人,砼搅拌车司机3人,砼拌和站3人,一个台班能浇筑2.5个仓面,机械砌衬浇筑一个仓面需人工工日:24/2.5=9.6工日。

每人每天工资按平均80元计,则浇筑一个仓面人工费能节约:(9.6-4.5)×80=408元。

2.机械费比较。砼衬砌主要施工机械设备配备如下(一台衬砌机施工时配备的设备):拌和站、衬砌机、砼搅拌运输车、平板振捣器、插入式振捣器、地面抹光机。

机械衬砌一个仓面砼需耗时10/4=2.5小时;人工衬砌一个仓面砼需耗时10/2.5=4小时。

则机械衬砌一个仓面砼比,人工衬砌节约机械费为:

4.0×(106×3+2.89×2+3.1×2+11.0×3)-2.5×(50+106×3+2.89×2+3.1×2+11.0×3)=419.5元。

机械衬砌与人工衬砌砼相比,一个仓面可节约人工费、机械费827.5元。整个渠道4.9km衬砌可节约人工费与机械费为:(4900×3/12)×0.8275=101.368万元。

六、渠道薄壁砼裂缝处理技术

在经历了2007年严冬后渠道衬砌砼,出现一些裂缝,且阴面较阳面多。

(一)裂缝产生的原因

初步分析如下:

1.该标段渠道衬砌砼大部分设计未设保温板,无防冻措施,直接在壤土或砂土建基面上衬砌混凝土。

2.由于2007年冬季温度较往年低,特别是下了2次大雪,加上1次近十来天的连续降雨,使砼衬砌建基面含水量增大,在严冬时建基面发生冻胀现象。

(二)裂缝处理措施

1.对于缝宽≤0.2mm的裂缝进行涂抹水泥基渗透结晶型防水材料进行表面处理。(1)防水基面处理:1)除去浮灰、水泥浮浆、油垢和油脂等物,并用水冲洗干净;2)空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位,将其铲除,并用水冲洗;3)若表面较光滑,用钢丝刷、砂磨机等工具将表面打磨粗糙后,再用水冲洗;4)必须用水充分浸透防水基面,而不可仅仅是表面湿润;(2)料浆制备。根据待涂面积,确定水泥基渗透结晶型防水材料用量并称重。按体积比水泥基渗透结晶型防水材料∶水=5∶2,确定用水量(受环境天气影响,实际所配料浆应以便于涂刷为度)。先将粉加入桶中,再加入水,尽量采用机械搅拌器,搅拌约三分钟(搅拌均匀充分,无结团、无干粉等;搅拌开始时感觉较稠,不可加水,加强搅拌后浆料会产生煎切变稀的现象)。在使用过程中料浆应不时搅动,每次混合的料浆应在25分钟内用完,使用过程中不得二次加水。料浆用量:以干粉计约1kg/m2;(3)在缝宽<0.2mm的裂缝混凝土表面直接涂刷,涂刷范围为裂缝两侧各10cm,厚度约为1mm;(4)涂刷方法:将每次所拌料均匀涂刷到工作面上。涂刷的工具是专用半硬毛刷,采用圆形轨迹的方式涂刷,避免出现漏刷;(5)养护。养护的目的是促进防水涂层的强度尽早体现、防止开裂、更好地渗透。养护以喷洒水雾为主,当涂层固化到不会被洒水损坏时养护就可以开始,每天喷洒水雾至少3次(当天气炎热干燥,水分散失快时,喷洒水雾的次数应相应增加,并应采取遮荫或以潮湿的麻布等保护措施),连喷3天以上。养护期间严禁采用不透气的材料(如:塑料薄膜等)直接附于涂层上。禁止用污水、压力水养护涂层,也不得用水浸泡养护;(6)施工温度。施工环境温度不宜低于5℃,不宜高于40℃。拌好的物料应在30分钟内用完,未用完的产品不得加水再用,施工过程中不能再次加水。

2.对于缝宽0.2<δ<0.4mm的裂缝进行涂抹水泥基柔性防水材料进行表面处理。(1)施工方法。施工时,混凝土表面必须清除疏松层、油污、灰尘等杂物,用钢丝刷除浮尘后再用高压水冲洗干净,待混凝土面干燥后,将水泥基柔性防水材料的A与B组份按重量比1∶1的配比充分混合,搅拌均匀,涂抹时力求薄而均匀;(2)施工工艺。1)水泥基柔性防水材料涂抹前,基层混凝土强度应不低于设计值的80%;2)基层应平整、坚固、洁净,无浮尘杂物,不得有疏松、凹陷处;如果有油污、孔洞等要进行清洗、修补处理;3)施工前,基层面要保持基本干燥,无大面潮湿时即可施工;4)水泥基柔性防水材料的搅拌必须用砂浆搅拌机或手提电钻配以搅拌齿进行现场搅拌,不能采用人工拌合。搅拌时间比普通砂浆要延长2～3分钟,最好先预搅拌2分钟,静停2分钟,再二次搅拌2分钟以便充分搅拌均匀。一次不要搅拌太多,根据抹灰速度进行搅拌,搅拌好的砂浆要在2小时内用完;5)施工主要采用人工抹面方法,在裂缝两侧各10cm范围内涂刷一遍,厚度2mm,表面应压实、抹平;6)水泥基柔性防水材料凝结后,进行自然养护,养护温度不低于5℃;7)水泥基柔性防水材料未达到硬化状态时,不得浇水养护或直接受雨水冲刷;7)未硬化的水泥基柔性防水材料应注意保护,不得使其挫伤、损坏、不得上人踩踏。若破损应及时修补。

衬砌机不带削坡、振捣设备故不能充分体现机械化施工的要求,施工时辅于人工用平板振捣器振捣密实,因此设备使用性能还有待进一步提高。