大型渠道渠坡混凝土衬砌施工技术

□王国新（河南省地质矿产开发局第一地质勘察院）

□李晓斌 □岳安华（河南省水利第一工程局）

一、概述

南水北调中线一期工程总干渠第IV渠段（黄河北～羑河北）第四设计单元（焦作2段）设计桩号IV41+400～IV66+960，全长25.56km，多为全挖方段，最大挖深约40m，最大填高约13m，设计流量260m3/s，加大流量320m3/s，渠道过水断面呈梯形，设计底宽9.5～26.5m，设计水深7m，堤顶宽5m，设计纵坡为1/29000和1/23000，需要衬砌的整个渠段约为23km。

在渠道衬砌施工中，渠坡混凝土机械化衬砌的技术含量最高，施工也最为困难，对工程质量的影响也最大，其技术尚处在不断发展和创新阶段，缺乏统一的国家标准和行业标准，远未实现标准化、程序化、规范化运作。

二、渠坡混凝土机械化衬砌技术

（一）生产性施工检验

1.渠坡混凝土衬砌正式施工前应先进行生产性施工检验，生产性施工检验前应首先对试验室出具的混凝土配合比进行试验性拌和，以验证混凝土的和易性、含气量和坍落度等指标。

2.通过生产性施工检验确定衬砌机行走速度、适宜塌落度、振捣时间、抹面压光的适宜时间和遍数，确定辅助机械、机具的种类和数量，确定施工组织形式和人员配置，制定可操作性的施工组织方案。

（二）渠坡混凝土机械化衬砌施工方法

1.衬砌设备安装及调试：衬砌机、抹面机、工作台车同轨布设，轨道平行于渠道中心线，钢轨铺设在枕木或垫板上，根据“先分动，后联动；先空载，后负荷；先慢速，后快速”的原则对衬砌机进行调试，完毕后将衬砌机在轨道上反复行走几遍，使轨道处于稳定状态。

2.支立模板：渠道横向通缝模板采用宽度与衬砌混凝土厚度相同、相互连接为整体的槽钢作为侧模，齿槽和坡肩模板优先选用定型钢模板，并与渠道横向通缝模板相连。

3.混凝土布料：可采用螺旋布料器和皮带输送机布料。采用螺旋布料器布料时混凝土经输送带运至布料机接料口，进入集料箱，开动螺旋输料器均匀布置，开动振动器和纵向行走开关，边输料边振动边行走，布料较多时，开动反转功能，将混凝土料收回，布料宽度达到要求时开动成型机，启动工作部分开始二次振捣、提浆、整平。采用皮带输送机布料时衬砌机的侧面设有分仓料斗，自行式滑动刮刀分料。

4.混凝土振捣：严格按照生产性施工检验确定的振捣时间、小车行走速度等参数进行振捣，做到不过振、漏振或欠振。

5.抹面：采用电动抹光机进行抹面，首次抹面时安装抹盘，主要对衬砌混凝土面进行平整和提浆，将裸露于表面的小石子压入混凝土中，首次抹面宜自坡脚至坡肩进行，第2次抹面主要是找平，抹面中随时检查混凝土表面的平整度，第3次采用抹片抹面，提高衬砌混凝土表面的光洁度。

6.混凝土养护：抹面完成后及时采用土工布覆盖洒水养护，湿润养护＞28d。

（三）施工注意事项

1.现场混凝土质量检查以抗压强度为主，并以150mm立方体试件的抗压强度为标准。混凝土试件以出机口随机取样为主，每组混凝土的3个试件应在同一储料斗或运输车箱内的混凝土中取样制作。

2.在生产性施工检验中，应对混凝土衬砌进行现场芯样强度试验。

3.停机时应解除自动跟踪控制系统，升起机架，将衬砌机驶离工作面，清理粘附的混凝土，整修停机衬砌端面。

4.当衬砌机出现故障时，应立即通知拌合站停止生产，如在故障排除时间内浇筑面上的混凝土尚未初凝可继续衬砌，停机时间超过设计要求时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。

5.衬砌前和衬砌施工中应经常校核轨道的方向和高程，同时随时对模板进行校核，保证混凝土分缝顺直。

6.进入弯道施工时需调整上下轨道行进速度，保证衬砌机始终与渠道上口线保持垂直。

7.在混凝土浇筑季节，应认真收听天气预报，及时了解天气变化情况，结合气象资料制定混凝土施工应急预案，在施工中如遇特殊气候，需立即启动应急预案，采取应急措施，保证衬砌混凝土的施工质量。

（四）衬砌混凝土质量检查项目和质量标准

依托工程衬砌混凝土采用薄板素混凝土，强度等级C20，抗冻等级F150，抗渗等级W6，渠坡混凝土厚度10cm，其质量检查项目和质量标准见表1。

表1 衬砌混凝土质量检查项目和质量标准表

（五）混凝土拌制质量控制

渠坡混凝土衬砌施工是在斜坡面上进行的,施工过程中应严格控制混凝土的水灰比和坍落度。坍落度太大，入仓混凝土易溜到坡脚；坍落度太小，入仓太慢造成窝工，混凝土的坍落度大小要根据当天的日照温度、风力等级、混凝土运输距离进行调整,坍落度控制范围为5～8cm。

（六）混凝土裂缝预防措施

渠坡衬砌为大面积薄板混凝土结构,在混凝土硬化中和硬化后都会因混凝土干缩、温度变化及地基沉降等原因产生不同程度的裂缝。

1.温度裂缝预防措施：优化混凝土配合比，减少水泥用量；降低水灰比，水灰比控制在0.5以下；改善骨料级配；在混凝土中掺入适量的减水剂、引气剂，以保证混凝土拌和物的流动性、保水性；避开高温、低温时段浇筑混凝土。

2.塑性收缩裂缝预防措施：选用干缩值较小、早期强度较高的普通硅酸盐水泥；浇筑混凝土墙时将基面洒水湿润；初凝前喷雾养护，在高温及有风的天气情况下设遮阳网和挡风设施，及时切缝，混凝土养护对防止衬砌混凝土面板裂缝有很好的效果。养护时要注意养护浇水时段的控制，一般中午时不宜使用井水直接对混凝土面板进行养护，避免混凝土面板因较大的温度梯度而产生裂缝，避免硬化中或硬化后的混凝土面板直接暴露于空气中。

三、结语

大型渠坡混凝土的机械化施工技术目前尚缺乏统一的国家标准和行业标准，还处在不断发展和创新阶段，远未实现标准化、程序化、规范化运作，文中着重介绍了渠坡混凝土衬砌的施工方法、施工注意事项、质量检查项目和质量标准等内容，旨在为今后大型渠道渠坡混凝土的机械化衬砌施工提供技术参考。

渠坡衬砌技术是整个衬砌施工的关键，直接关系到衬砌系统的防渗、抗冻和表观质量。

我国混凝土渠坡衬砌的施工机械设备在自动化、施工标准化等方面尚有待进一步提高，机械、电子、碾压和智能一体化是以后的发展方向。

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