大型渠道混凝土衬砌施工管理及质量控制

□陈学才 □张全才 □景 佳 □王青峰 □李永强

（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1.前言

在渠道混凝土施工过程中，渠道混凝土衬砌施工管理及质量控制方面的技术、经验、改进措施和成果经不断总结和改进，解决了坡面粗砂垫层不易压实的技术难题，研制了可调压力式抹光机、2 cm缝宽的混凝土面板切割机。提出了高边坡混凝土面板伸缩缝切割的简易支持体系、防止混凝土面板发生膨胀鼓起的技术措施及齿槽上部段坡面混凝土面板容易产生裂缝的预防措施等。

2.工程概况

南水北调中线一级工程安阳段五标渠道总长5568 m，渠道边坡地基均为土质边坡。渠道过水断面型式见图1。设计底宽17 m和18.5 m两种，渠道内边坡坡比全部为1：2，边坡坡长20 m和22.3 m两种。

图1 渠道设计典型断面示意图

3.渠道地基处理

3.1 渠道削坡施工

一是采用反铲粗削，然后人工精削的方法。二是测量放出坡脚线和坡肩线，采用仪器控制指挥反铲粗削。三是人工精削在挖掘机粗削完成后进行。在坡脚线和坡肩线上每5 m对应各设一控制桩，用线绳挂线，先削出一条基准线，并在基准线上的1/4、1/2、3/4处设一个垂直坡面的高程控制桩，每5 m范围内安排6～7人自上而下平行削坡作业，依此基准线人工精细削坡至设计坡面。

3.2 齿墙开挖

测量放线后采用人工进行开挖齿槽，若齿槽距离坡脚处的逆止阀较近，可在齿槽与坡脚的透水管槽之间临时砌筑一道砖墙。

3.3 排水管的预埋

在软式透水管的基础上铺设10 cm厚粗砂后开始铺设软式透水管，注意透水管与逆止阀的结合部位要严密，逆止阀的位置要准确。

4.砂垫层、保温板及防水层的施工

4.1 砂垫层的施工

先摊铺：用自卸汽车把砂运输到施工现场，用装载机铲送到坡面上，人工由上向下摊铺；或者通过衬砌机将砂料摊铺在渠坡上。后压实：使用振动碾压式衬砌机的振动平板直接压实，砂垫层压实，见图2。

图2 渠道边坡砂垫层压实图

4.2 聚苯乙烯保温板施工

渠坡保温板应自下向上、沿渠道轴线方向有序错缝梅花型铺设，见图3。将竹签钉入土基内固定，钉入土基内的深度10㎝左右。在进行保温板的固定时，除在4角固定外，应在中间部位的上下处加钉2根竹签。

图3 保温板错缝铺设图

4.3 复合土工膜施工

4.3.1 采购复合土工膜时，应按渠坡坡长及坡肩锚固长度、坡脚预留搭接长度计算每一卷复合土工膜的长度。按渠底宽度及与渠坡复合土工膜搭接长度计算每一卷复合土工膜的幅宽。

4.3.2 渠坡：沿渠轴线方向，按先下游后上游、上游幅压下游幅的顺序铺设。铺设时由坡肩自上而下滚铺至坡脚，渠坡上的复合土工膜只有横向的连接缝。渠坡和渠底结合部以及和下段待铺的复合土工膜部位要预留足够的长度，一般控制在50～80 cm，坡肩处预留复合土工膜应能够满足路缘石底部设计长度要求，铺设过程采用编织袋装土覆压，随铺随压，以防止复合土工膜滑移。

4.3.3 渠底：沿渠轴线方向按先下游后上游、上游压下游的顺序滚铺。渠底复合土工膜端头缝与端头缝、端头缝与坡面横向接缝应相互错开100 cm以上。

4.3.4 铺设齿槽部位的复合土工膜时，应适度松弛，且与齿槽紧贴，铺设过程采用编织袋装土覆压，随铺随压。尤其要在边坡顶部对土工膜进行固定，以防止混凝土施工时复合土工膜向下滑移，可用普通脚手架钢管将土工膜卷起，后用钢钎将钢管固定。

4.3.5 土工膜焊缝检测方法为充气法：焊缝为双条，两条之间留有约1 cm的空腔，将待测段两端封死，插入气针，充气至0.2 MPa，持续2 min，观察气压表，如气压无下降，表明接缝合格。

5.混凝土浇筑施工

5.1 混凝土配合比

衬砌混凝土塌落度很重要，过大或过小都不利于施工。混凝土拌合物的入仓坍落度宜为70～90 mm，含气量宜为3%～6%；塌落度根据气温及时调整，实行动态控制。

5.2 生产性施工检验（试验段）

渠道混凝土机械化衬砌施工必须先进行生产性施工检验，检验段长度一般不小于100 m。目的在于选择适宜施工参数，熟悉设备特点，演练人机配合，为大规模衬砌施工积累经验。通过生产性施工检验确定衬砌速度、振捣时间、抹面压光的适宜时间和遍数、切缝时间等衬砌施工参数，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。

5.3 入仓、振捣施工

5.3.1 运输：选用专用的混凝土罐车，运至衬砌机的上料皮带处卸料。

5.3.2 入仓摊铺：采用皮带输送机布料摊铺，布料速度应与振动碾压速度相适应，边坡混凝土衬砌机衬砌速度一般每小时衬砌8 m；设计边坡混凝土厚度10 cm，混凝土的虚铺厚度为10.9 cm，见图5。

5.3.3 振动碾压：专人操作衬砌机，进行振动碾压施工。控制振动碾压时间，使混凝土不过振、漏振、欠振，达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面等即可。

5.3.4 坡肩、坡脚齿槽和周边模板位置须人工辅助布料，人工使用小型器具振捣。

5.4 收面、压光

施工标段作为安阳段第一家开始衬砌施工，当时国内尚没有成熟的大型边坡衬砌抹光机，为此与某公司联合研制了可调压力式桁架抹光机，见图4。

图4 自动可调式抹光机收面

该抹光机的优点是具备垂直边坡自动调节功能见。自动调节范围：1～100 mm。收面压光时平整度达到设计标准，压实提浆效果好。

5.5 混凝土伸缩缝切割施工

混凝土衬砌机械化施工的伸缩缝间排距及型式应满足设计要求。大齿槽衬砌段，坡脚以上20～50 cm范围内，为防止出现贯穿性裂缝，及时设置坡脚诱导缝。

5.5.1 通缝可采取预留方法。按设计图纸要求：通缝下部8 cm为闭孔板，上部2 cm为聚硫密封胶。经过现场实践，我们要求闭孔板厂家直接生产定型闭孔板：总宽度10 cm、其中一边2 cm出预切割一道深1.8 cm的缝。密封胶施工前将顶部2 cm闭孔板轻轻取出即可。

5.5.2 半缝及通缝均可采取混凝土切割机切割。切缝前应按设计分缝位置，用墨斗在衬砌混凝土表面弹出切缝线,使用人工导向切割。

5.5.3 坡面纵缝一般采用简易支撑系统支撑切割机进行切割，一人操作切割机，通过手柄连杆机构，转动手轮使前轮升降，进行切割深度的调节控制，另一人在一端手摇转向轮，将转向轮的钢丝绳与切割机相连，利用转向轮钢丝绳牵引切割机匀速前进。

工程开工前期，经过多次考察，了解到当时河北段坡面纵向伸缩缝切割，是将切割机固定在桁架上。后经研究，改进制作了支撑切割机的简易支撑系统，见图5。实践证明该支撑系统简易、安全可靠，施工质量容易保证。后在安阳段全面推广使用。

图5 渠道边坡切缝示意图

5.5.4 坡面横缝一般由坡脚向坡肩切割。首先在混凝土表面伸缩缝位置弹出墨线，在坡肩上固定一手摇转向轮，将转向轮的钢丝绳与切割机相连。一人操作切割机，通过手柄连杆机构，转动手轮使前轮升降，进行切割深度的调节控制。其次另一人在坡肩手摇转向轮，利用转向轮钢丝绳牵引切割机匀速前进。切割机前进过程中，人工控制导向轮沿墨线行走。

5.5.5 宜先切割通缝，后切割半缝；先切割垂直渠道方向缝，后切割顺渠道方向缝。

5.5.6 为防止切割混凝土缝时伤到土工膜，浇筑混凝土前，在通缝部位预埋断面2 cm×3 cm的闭孔泡沫板，精确定位。切缝时控制切割8 cm深（设计板厚10 cm）即可，这样做既不伤害土工膜又保证了真正的通缝。

5.5.7 切缝时锯片磨损较大，施工过程中经常用钢板尺检查切缝的宽度和深度，当不能满足设计要求时及时更换锯片。

5.5.8 由于安阳段渠道伸缩缝设计缝宽为2 cm，与河北段不同，市场上也没有能切割2 cm缝宽的切割设备。工程开工前期，项目部经过多次考察，与某机械厂联合研制了2 cm缝宽的混凝土面板切割机。该切割机带有控制切缝顺直度的导向轮装置、带有控制切割深度的手摇转向轮装置、带有自动水箱装置，使用十分方便。该技术在安阳段得到了推广使用。

6.施工质量控制

6.1 质量控制要点

6.1.1 削坡控制要点：一是高填方段，原则上需经半年以上或一个雨季沉降。施工期内，注意加强对渠道填方的沉降观测，及时分析。沉降基本稳定后（最后一个观测时间段，实测沉降值在0～1 mm），方可安排衬砌削坡施工。二是削坡应避免超挖。当出现超挖、雨淋沟或坍坡时，应清理至坚实基础面并进行补坡；补坡前将坡面清理成锯齿形（台阶形）；补坡材料宜采用水泥土；补坡厚度应高出设计断面，并按设计要求夯实后重新削坡。

6.1.2 压砂控制要点：一是压实设备、铺料厚度、压实方式、碾压遍数和含水率等施工参数应通过现场试验确定。严格按试验获取的施工参数进行施工。二是采取有效措施，解决坡脚处保温板下部砂垫层空腔问题。即用土工布缝制直径8 cm的细长袋子，内装粗砂，然后用竹签将其固定在土基上。

6.1.3 土工膜铺设控制要点：一是渠坡复合土工膜不能留纵缝。二是复合土工膜应固定牢固，应到达平顺、整齐、无褶皱、无绷紧、无破损，与基础面之间应压平紧贴、避免架空。三是土工膜双缝焊接，充气全检；漏焊或烫伤必须及时补焊；如实记录焊缝桩号位置。四是做好渠坡与底板土工膜的连接焊接，做好逆止阀穿土工膜的细部粘接处理，重视桥墩与衬砌渠道结合部位的细部控制。

6.1.4 混凝土浇筑控制要点：一是根据气温及时调整入仓塌落度，实行动态控制。二是做好衬砌机轨道测量校核，确保轨道空间位置正确。三是浇筑顺序，先齿槽，自下而上，以防止坡面混凝土下坠裂缝。

6.1.5 切缝控制要点：一是切缝时机宜早不宜迟。原则上切割过程中混凝土不出现飞棱掉角即应进行切割。二是多刀片时，人工收面结束后350～400 h℃积温时，开始切缝；单刀片时，人工收面结束后400～450 h℃积温时，开始切缝。采用日平均气温计算积温。三是严格控制切缝深度，严禁切破下层土工膜。

7.结语

南水北调工程是千秋伟业的世纪工程。安阳五标通过施工过程中的不断改进和总结，渠道混凝土衬砌施工质量做到了外光内实，其强度、平整度、厚度等性能指标均满足了设计质量要求，为河南段南水北调渠道混凝土衬砌提供了借鉴经验。