南水北调中线工程辉县二渠坡衬砌施工

□代 福 □李立本 □张超魁 □魏 崧

（中国水电基础局有限公司公司）

南水北调中线工程正在河南境内由北向南全面展开，辉县二标段作为较早的施工段已经开始了全面的渠道衬砌施工。由于渠道衬砌混凝土的严格要求，施工过程中采用了目前国内先进的全自动渠道衬砌机进行自动化施工，这种衬砌机在国外已经较早采用，国内是近几年才引进并改进的先进的生产设备，对于保证南水北调渠道混凝土的质量和进度起到了关键作用。

一、工程简介

辉县段是南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段（黄河北～

羑河北）的组成部分，位于Ⅳ渠段的中部，地域上属于河南省的辉县市。黄羑段总共分有9个设计单元，辉县段是第5设计单元。该设计单元自修武县与辉县市交界的纸坊河左岸起（总干渠设计桩号为Ⅳ66+960）,与焦作2段的终点相接；终点位于辉县市与新乡凤泉区交界的孟坟河左岸（设计桩号为Ⅳ115+900）。本标段为辉县段第二施工标段，设计桩号为Ⅳ72+000～Ⅳ78+300，标段渠道长度6.3km，渠道主体工程设计基本为：采用全断面C20W6F150混凝土衬砌，渠道坡比为1：2和1：2.5两种，渠底宽为17.5m；保温材料为厚度2.0cm、2.5cm的聚苯乙烯保温板，保温板下面铺设5cm厚的粗砂垫层；防渗材料为复合土工膜；渠坡衬砌混凝土板厚度为10cm，渠底衬砌混凝土板厚8cm，渠坡分缝为每8m一条通缝，每4m一条半缝。

二、施工布置

（一）施工道路布置

混凝土衬砌施工道路主要以左、右岸沿渠道路为主干线，并利用开挖施工时预留的施工便道进入一级马道和渠底。

（二）施工用水及用电

施工现场每隔20m左右安装水箱，由水车流动供水。

从变压器铺设电缆至施工现场，并在现场设立一级、二级配电柜，保证施工用电；为了保证施工连续性，现场配有一台120kW的柴油发电机组作为备用电源。

（三）拌和设备

拌和设备采用整体式拌和楼，为衬砌施工提供混凝土。

（四）运输设备

为保证混凝土在运输过程中的质量，所有混凝土运输均采用8m3混凝土罐车，单车循环时间按40min考虑，则单车运输强度约为12m3/h，共配置3辆8m3混凝土罐车。

（五）渠道衬砌配套机械

本标段渠道混凝土衬砌采用机械化专用设备渠道混凝土衬砌机施工，生产厂家为河北水工局，型号为PQJ-II型排振滑膜式坡面砌筑机，混凝土面磨光采用MGJ-6坡面磨光机，混凝土切缝采用7.5kW马路切割机。

三、衬砌施工

（一）施工顺序

衬砌作业机械化施工顺序如下：

测量放线→轨道铺设→削坡→齿槽、排水槽开挖→软式透水。管安装、砂垫层铺设→保温板铺设→土工膜铺设及焊接→混凝土立模、浇筑→混凝土养护、拆模→切缝→嵌缝。

（二）渠坡衬砌施工工艺

渠坡衬砌施工流程图见图。

图1 渠坡衬砌施工流程图

根据坡型具体特点、设计尺寸及规范要求，并结合以往类似工程的施工经验，按照设计要求进行分块。

渠道衬砌按照结构缝，分层分块，渠坡横向分为6块，块长为3.714～3.464m，渠坡横向依次按诱导缝-半缝-通缝-半缝-通缝-半缝设置分缝，且顺水流方向依次为通缝-半缝……-通缝-半缝。通缝、半缝设计宽2cm，半缝深度6cm；离下坡脚50cm处设置诱导缝，缝宽1cm，深4cm。

渠道边坡衬砌细部结构如图所示。

图2 衬砌细部结构图

（三）测量放线

布料机以及脚手架的定位要使用同一控制系统，布料机工作都依靠上下轨道上架设的钢丝来控制，钢丝架设的精度直接影响衬砌削坡建基面和成型混凝土的精度。分别在试验段两端准确放样出钢丝的位置，并埋设混凝土控制桩，以便以后可利用经纬仪穿直线法架设钢丝，保证钢丝架设的准确度。钢丝固定后，削坡、铺砂、立模、浇混凝土都以其为基准定位。

（四）轨道铺设

1.轨道铺设前，先放置控制桩，将基础面平整并夯实，避免轨道负重后变形；渠底轨道下部高程以渠底混凝土面高程以下5cm左右；渠顶轨道下部高程低于渠顶混凝土面5～10cm。

2.钢线设置：渠顶钢线距上部立模边线1m，渠底钢线设置在距立模边线3.25m处。

3.雨天过后，基础变软，轨道必然不均匀下沉。针对轨道下沉，将采取以下措施来解决轨道下沉问题：轨道下部垫约10cm的碎石，这样雨天过后轨道虽下沉但下沉量不大，可以满足安装有自动检测调节装置的衬砌机使用。

（五）削坡

1.渠道坡面修整一般分两步进行，第一步：机械设备先进行修整，但要求设备在坡面行走或工作时要注意保护层的预留，不能将坡面原土破坏。为保证削出的坡面平整，可以将挖掘机的斗齿改造成平板状。渠道开挖成型后，测放出坡脚线和坡肩线，并安排人工隔5～10m的距离按照设计边线预留5～10cm的保护层进行抽槽，方便设备工作时能很好地控制其尺寸，然后由现场技术人员控制指挥挖掘机进行粗削坡。设备根据人工抽的沟槽进行修坡，很好地控制了超欠挖现象，给后期人工精修坡减少了很多工作量。第二步：人工进行坡面精修整，人工修坡只需根据测量放样点进行加密控制坡顶高程、坡面高程、平整度和渠底的开挖高程。渠道衬砌混凝土的一个关键环节就是坡面的超欠挖现象的控制，这就要求测量放样时特别要仔细，给现场施工人员出具的放样单要准确无误，现场施工人员再根据测量放样单加密控制，一般加密采用网格挂线法进行，修坡时随时检查超欠挖进行修补，将平整度控制在±5mm，使用2m靠尺进行检查。如遇到胶结石、块石等坚硬底层，不易采用反铲等大型设备挖掘，宜采用人工破碎或液压破碎的方式先行破碎处理，再进行开挖。避免超挖后造成原始地面扰动破坏。削坡应自上而下进行，将削坡土刮至渠底，再由自卸车运至指定地点。

2.渠肩修整：以渠肩线控制桩向外30cm处为渠肩平台，相邻控制桩挂线，现场施工员用水准仪精确控制渠肩高程，人工对渠肩平台进行清理。为防止路缘石安装时砂垫层塌落形成空洞，渠顶部清理至砂垫层顶部高程。

3.削坡工序完成后，当下道工序不能及时施工时用塑料布对新鲜面进行覆盖。防止雨水冲刷，以达到坡面不开裂、不变形、不出现雨淋沟的目的。

（六）齿槽、排水槽开挖

1.开挖顺序：挖排水槽→削排水槽以下坡面→坡脚齿槽开挖。

2.挖齿槽用小型挖掘机，挖至基本成型，再用人工修整和清理多余土料，必要时将对齿槽边、底采用水泥砂浆处理，以达到平整。如遇到砂砾石或胶结石地层，挖掘机难以施工的情况可采用液压锤破碎后人工开挖或者直接人工开挖的方式。

3.挖排水沟槽，使用人工开挖排水沟槽，经验收合格后，铺设粗砂。

（七）排水管铺设、安装

在坡脚位置布设一排纵向集水暗管，每隔16m设一道横向连通管，且横向连通管绕过齿墙底部铺设。

（八）逆止阀排水器安装

逆止阀定位要精准，表面与坡面平行，且不能高于衬砌坡面。逆止阀设置两道止水环，一道嵌入混凝土内，一道与复合土工膜相接，止水阀与复合土工膜采用粘结垫粘结，粘结垫与土工膜及止水阀粘接牢靠，安装时将土工膜粘在托盘下面，上层土工布粘在托盘上面，安装完成后用透明胶布将顶面封死，防止混凝土浇筑时堵塞。

（九）铺砂

1.砂垫层铺设前准确测定砂的含水率。如含水率比较低，可在铺砂过程中洒水处理，保证砂垫层振捣密实。

2.排水槽先铺5cm砂垫层，然后布设软管，软管布设后分两层铺砂，每层洒水，然后用振捣器振实。严禁出现排水槽内一次性铺满，且未浇水捣实的现象。

3.铺砂前，在削好的坡面上挂3条线，同一断面两条作为铺料前对机器的矫正，在另一断面挂一条作为铺砂过程中对机器的矫正。

4.砂垫层的铺设厚度要高于设计厚度，一般铺设7cm左右，压实后达到设计厚度50mm。砂垫层铺设时，一定要同时开启平板振捣器以保证砂垫层的相对密度。

（十）保温板的铺设

1.挂线铺设：首先定出保温板下部基准线，由下而上梅花形紧密铺设，错缝宽度一般为40～60cm。

2.铺保温板时，保温板上面防滑槽朝上，竹签或一次性筷子应垂直坡面并稍向下倾斜，不准垂直向下；且竹签顶部应打入保温板上面以下3mm。铺板前，需清除砂层表面多余虚砂，并将基础整平，保证保温板紧贴基面，无架空、不下滑。接缝紧密平顺，两板接缝处的高差≤2mm。

3.顶部拼接小块保温板容易受风吹、其它外力作用后移位变形，在薄弱处采取透明胶带粘贴，确保顶部小块牢固、稳定。

4.必须裁掉伸入齿槽内的保温板，架空处用泥土填实。

在铺板时要注意板与板之间、板与坡面基础之间紧密结合，这样对衬砌混凝土的施工质量有保障，位置放好后用竹签或一次性筷子从板上面钉入，铺好的板上面严禁穿带钉鞋行走，以免损坏板的表面。

（十一）复合土工膜的铺设

1.复合土工膜在采购时幅宽≥5m，既要满足使用又要考虑便于保护。上部留够设计长度并加5～7cm，下部留够搭接长度并加2～5cm，铺设时按设计要求顺水流铺设，上游幅压下游幅。

2.土工膜在焊接前务必拉展，不能有褶皱。接缝处的土工布采用机械缝合，土工膜采用PH-501隧道防渗膜焊接机进行热熔焊接。土工膜焊接采用双焊缝焊接。双焊缝宽度宜采用2× 10mm，搭接宽度≥10cm。应防止发生漏焊、烫伤和褶皱等缺陷。土工膜接缝焊结强度不得低于母材的80%。在焊接过程中和焊接后2h内，焊接面不得承受任何拉力，严禁焊接面发生错动。检测压力≥0.15MPa，持续2～5min。

3.复合土工布缝合后，上下部折叠方向应相反，防止搭接处过厚造成混凝土坡面局部过薄，且上层折叠方向应顺水流方向。

4.土工膜上不允许人员行走，不允许抛掷带利刃的物品，土工膜施工现场禁止吸烟。

5.新老工作面搭接处，土工膜要预留4m，方便平顺搭接。

6.齿槽内土工膜不能悬空。

铺设好的复合土工膜由专人看管，防止被人为或机械刮伤，保持表面清洁。为方便施工人员行走，土工膜又不被破坏，制作行走梯放在渠道坡面，根据实际施工情况进行移动，这样既避免土工膜被破坏，又能使现场施工人员在坡面上行走，还可避免因土工膜被破坏所造成的经济损失和返工。

（十二）立模

1.下部齿槽开挖后，齿槽渠底侧边，即为立模位置。

2.上、下部模板支撑要牢固。模板采用槽钢加固而成，保证整体的平整度。

（十三）衬砌混凝土施工

目前就国内来说衬砌机生产厂家有很多，但进入河南南水北调市场的生产厂家仅有山东水总、山东蒙阴、北京华阳、河北水工局等四家单位，本工程选用的是河北水工局生产的衬砌机。混凝土面板作为最后的成品呈现出来，其外观质量的好坏直接影响到工程的形象。因此混凝土浇筑中应从每一个小环节控制。

1.混凝土施工配合比要适当调整，混凝土拌和物要以满足衬砌机施工为准。

2.必须控制好混凝土拌和物，出机口坍落度为5～7cm，运至现场入仓坍落度控制在4～6cm，拌和物不符合要求严禁入仓。

3.混凝土搅拌运输车（以下称运输车）就位后卸料前，先将拌和车转动1min，使入仓料拌和均匀。为便于卸料，卸料人员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≤1.5m。

4.试验段施工中确定振捣时间、工作速度等参数，作为大面积渠道混凝土衬砌的工作参数。

5.衬砌施工中应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、麻面或横向拉裂等现象，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，并采取填补原浆混凝土，重新振捣。

6.渠坡衬砌的顶部出现缺料、漏振时，应及时人工补料，并采用振捣棒和平板振捣器辅助振捣。

7.当衬砌机行走前移时混凝土表面出现带状隆起，表明振动碾压小车高度设置有误，应及时调整，并重新碾压。

8.根据气温情况确定混凝土浇筑抹面时间，刚开始固定磨光机上下4mm的活动范围，待混凝土有一定强度后完全松开抹面机，靠其自重磨光。

9.上下棱角由专业人员拉线施工，保证上下棱角为一条直线。

10.坡肩、坡脚和周边的施工要专人负责。采用人工辅助布料，插入式振捣棒或手提式平板振动器进行振捣。坡脚处要分两次布料、振捣。插入式振捣棒振捣模板周边时，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，外观美观。对已经拆模的混凝土要注意成品的保护，防止边角破坏。

11.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，出现故障后浇筑的混凝土需进行严格的质量检查。

（十四）混凝土养护

1.混凝土浇筑成型后，先用塑料薄膜及时覆盖，防止表面水分散失而形成表面裂纹，待切缝后用专用养护膜覆盖。

2.保温养护：当出现低温或负温天气时，应采取保温措施养护。

（十五）切缝

混凝土浇筑后掌握好切缝时间很关键，根据类似工程经验，确定在下列表1情况时进行。

表1

（十六）填胶嵌缝

混凝土强度达到要求之后，在切割的缝内填聚乙烯闭孔泡沫板，接近混凝土面2cm处填充聚硫密封胶。

（十七）安装路缘石

一是混凝土浇注完毕后及时安装路缘石；二是路缘石安装前，应该用土封住混凝土面板上沿外侧，防止堤顶雨水进入坡面砂垫层；三是路缘石不能及时安装的，应做好外露土工膜的保护，可折叠用土覆盖。

四、混凝土质量控制

综上所述，衬砌混凝土在生产过程中根据实际配备的人员、设备情况进行调整浇筑速度，不能盲目抢赶工期，不注重混凝土质量。

（一）平整度

平整度一般先从人工修坡工艺进行控制，再就是保温板铺设时用砂土或细砂找平进行控制，最难控制也是最容易出现问题的就是混凝土衬砌时的平整度控制，混凝土衬砌完成20min后抹光机进行工作，抹光机在坡面上的行走主要是靠渠顶绞车慢速绞动行走，绞动速度控制在3m/min，抹光机完成抹面后抹面工坐在抹面桁架上对局部不合格面进行人工抹面。电动抹面机进行收面，局部不平整部位人工再进行处理。

（二）混凝土密度

混凝土密度也是建设单位最关心的一项指标，但唯一有弊病的就是混凝土设计密度远远大于规范要求密度，一定程度上很难达到要求。最初衬砌混凝土设计级配为二级配，混凝土密度为2380kg/m3，含气量控制在4.5%～5%，后来修订的有关机械化衬砌的施工规范中规定衬砌混凝土级配为一级配，混凝土密度仍为2380kg/m3，含气量控制在4.5%～5%，砂石骨料没有改变。从各种规范中查得含气混凝土一级配控制在2320kg/m3，根本达不到要求。另一方面就是从混凝土拌和、运输、布料以及现场振捣施工工艺要做好，否则更不会达到要求。提高混凝土密度或者更换砂石骨料，或者将设计指标降低，按照国家发布的规范进行控制，提高现场施工工艺、振捣能力并不能改变本质。

五、结语

辉县二标渠坡衬砌施工在辉县前段是第一个开工的标段，在整个新乡段也是开始较早施工的标段，由于此类工程的实际施工经验不足，施工过程中也遇到了一些小问题，比如混凝土平整度不够的问题，混凝土坍落度控制的问题，混凝土表面裂缝的问题等等。经过学习研究其他标段的施工成果并不断摸索，终究圆满解决，渠坡衬砌施工过程中控制的要点有很多，但目的只有一个——确保混凝土的内在质量要求和外观质量要求，达到混凝土内实外光的效果。