南水北调机械化渠道衬砌施工技术

汪小雷,李燕军,杜耀斌

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局,成都,610225)

1 工程概况

南水北调中线一期总干渠漳河北～古运河南段中线建管局直管工程元氏Ⅱ段,位于元氏县境内,起点在龙正村西,总干渠桩号196+997.1m,终点位于元氏县与鹿泉市交界处,总干渠桩号212+180m。总干渠设计流量为220m3/s,加大流量为240m3/s,起点设计水位78.864m,终点设计水位78.174m,总水头差为0.69m。渠道采用明渠自流输水方案,梯形过水断面,渠底高程72.864m～72.174m,设计底宽20.5m～25.5m。渠道过水断面边坡系数2.0～2.5,外坡为1.75～2.0,渠道纵坡为1/30000,设计水深6.0m,一级马道(堤顶)宽5.0m,渠道过水断面采用全断面混凝土衬砌。现浇混凝土衬砌边坡厚10cm,渠底厚8cm,混凝土等级为C20W6F150。

2 机械化衬砌施工

2.1 机械化衬砌机选型

渠道衬砌机是一种实施高效布料、平仓振捣、衬砌一体化的专用施工机械设备,适用于长距离、大断面渠道衬砌施工。

根据本工程混凝土衬砌较薄、坡度较大等特点,为更好地控制混凝土施工质量,提高混凝土浇筑效率,降低施工成本,保证施工进度,采用机械化衬砌施工。施工机械为山东蒙阴(PHB-23000C)、山东水总(SCMF07)混凝土边坡衬砌机各1台。在实际施工过程中,这两种型号的衬砌机存在较大的区别,对比分析见表1。边坡衬砌机的布置见图1所示。

表1 两种型号的机械结构对比

图1 渠道边坡衬砌机布置

2.2 衬砌混凝土施工流程

采用衬砌机进行混凝土衬砌的施工流程见图2。

图2 机械化衬砌施工流程

2.3 渠坡混凝土衬砌操作要点

2.3.1 轨道铺设前,对基础进行夯实,保证基础具备足够的承载力,防止衬砌机运行时,轨道发生不均匀沉降,导致混凝土薄厚不均。

2.3.2 衬砌机对混凝土塌落度稳定性要求较高,供料连续。

2.3.3 衬砌施工过程中应经常检查振捣棒的工作情况,如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,必须停机检查、修理或更换振捣棒,对已浇筑的混凝土进行处理。

2.3.4 应控制振捣时间,使混凝土不过振、漏振或欠振,达到表面出浆,不出现露石、蜂窝、麻面等。

2.3.5 衬砌机仓内应保持充足的混凝土拌和物,仓内拌和物料位应高于振捣棒20cm。

2.3.6 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,如衬砌机内混凝土尚未初凝,可允许继续衬砌。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。故障出现后衬砌的混凝土,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。

2.3.7 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,行走不宜过快。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,要注意成品保护,防止边角破坏。

2.3.8 渠道衬砌混凝土浇筑宽度约3m～4m时开始抹面压光。第一次抹面时要安装抹盘,对衬砌混凝土面进行平整和提浆,将裸露于表面的小石压入混凝土中。首次抹面时,混凝土表面较软,宜自坡脚至坡肩进行,抹盘以刚好接触到混凝土表面为宜,抹光机每次移动间距为2/3圆盘直径。初凝前,卸掉抹盘、用收光刀片进行收光。

根据浇筑时间、天气状况、湿度情况,第二次抹面时间一般控制在第一次抹面15min～25min后。第二次抹面仍需使用抹盘,主要用于找平。抹面中,随时用2m靠尺检查混凝土表面的平整度,调整抹面机高度及斜度,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。

第三次采用抹片抹面,提高衬砌混凝土表面的光洁度。

2.4 混凝土衬砌质量控制

2.4.1 厚度控制。衬砌厚度由衬砌机的液压升降支腿和内置的模板进行调节控制,轨道铺设的纵坡比率与渠道的纵坡比率一致。定期检测衬砌机主机架绕度,保证坡面混凝土均匀。

在衬砌过程中,经常检查衬砌厚度,如有误差及时调整。具体方法:在衬砌机在待衬砌段定位后,铺料前沿布料机每隔2m用直尺检查一点,确保厚度误差在±5%以内。

2.4.2 平整度控制。混凝土抹面压光时,采用2m靠尺沿坡面总横向检测平整度,质量控制在8mm/2m以内;衬砌结束后再用2m靠尺检查平整度,如发现超限时应及时采用人工抹面处理。

3 结语

影响衬砌混凝土质量的因素主要有原材料、设备、施工工艺等方面。从工程实践情况来看,混凝土坍落度和设备性能的原因更为关键,二者相互制约,共同影响衬砌混凝土的强度、密实度、平整度和抗渗、抗冻性能等重要质量指标。振捣碾压时的行走速度、行走遍数、振捣频率以及人员配置、混凝土生产运输、进料等环节对衬砌混凝土浇筑质量的影响也较大。由于大型渠道机械化衬砌在国内处于起步阶段,尚未形成一套普遍适用的标准施工工法,因此在施工前要求针对不同的设备类型、渠坡地质条件等实际情况进行现场工艺试验,以便确定更为合理的设备运行方案。