南水北调工程渠道混凝土衬砌机械化施工工艺

□ 辛春强（南水北调中线干线唐县管理处）

南水北调渠道工程中，混凝土衬砌是最基础、最重要的工作,其技术难度大、工序多、衬砌质量及进度在很大程度上决定着工程质量及进度。随着技术发展，衬砌机械化施工工艺已趋成熟。下面以南水北调中线一期引江济汉工程渠道2标段为例，详述混凝土衬砌机械化施工工艺及其注意事项。

1 实例工程概述

南水北调中线一期引江济汉工程渠道2标工程区位于江汉平原的腹地，桩号9+909～13+756段有长3.85 km的干渠，本段渠道渠顶高程为34.18m～34.15m，渠底高程为26.68m～26.57m，渠底宽为60.0m，渠道边坡坡比为1∶2.0。渠道均采用C20现浇混凝土衬砌，抗渗等级为W6，衬砌范围为过水断面的渠底和边坡，衬砌渠底厚8 cm，边坡厚10 cm，其下均为15 cm厚砂石垫层。

考虑热胀冷缩、混凝土本身收缩和不均匀沉陷等因素造成衬砌板的隆起或开裂，衬砌板设伸缩缝。采用通缝和半缝相结合的形式，横缝（垂直水流方向）、纵缝（顺水流方向）每隔4m设一道半缝，每隔12m设一道通缝；渠底两坡脚纵向为通缝。通缝嵌闭孔泡沫板，顶部沥青崁缝；半缝缝宽2 cm，缝深3 cm，采用经济实用的沥青作填缝料。

2 渠道衬砌混凝土施工

2.1 机械选型

渠坡混凝土衬砌采用“多功能振动碾压式衬砌机”，该设备为滑模成型衬砌设备，主要包括：布料系统、摊铺模板、振动压实系统。该设备为轨道自行式，渠坡的角度靠轨道来调节，动力传动方式为柴油发动机带动液压传动。混凝土的摊铺整平由布料系统完成，压实采用衬砌机的振动压实机进行，压光由人工在压光台车上完成，养护作业在人工养护台车。主要技术指标：摊铺速度：8m2/min；最大摊铺厚度：300mm。

2.2 削坡

先采用反铲粗削，然后人工精削的施工方法。

削坡后的平整度应不大于1㎝／2m，当上覆砂砾料垫层时削坡后的平整度应不大于2㎝／2m。

2.3 垫层施工

根据设计和施工合同要求，规范施工，经监理验收同意后，进入下一道工序。

2.4 混凝土摊铺

混凝土在拌和站搅拌后，混凝土搅拌运输车运至渠道衬砌工作面，由与衬砌机一体的布料系统布料，坍落度控制在3-5 cm。布置在衬砌机的前面，与工作主机一体。共有两套布料系统，前部的布料系统，将混凝土基本均匀地洒布到衬砌工作面，由计量板控制下料量；两套布料系统间的振捣棒将混凝土料振平，振平后部分断面欠料；第二套布料系统第二次布料，填满衬砌混凝土。

对衬砌摊铺厚度的控制主要依靠摊铺模板，在衬砌机组装完成后，机器本身的高程通过电子控制室控制。在施工中，依据高程控制桩随时测量摊铺模板的位置及高程，不断校核摊铺模板的高程，精确摊铺混凝土顶面高程。同时，工作人员在现场观察摊铺情况，对个别欠铺的部位，操作布料系统重新补料，摊铺模板二次整平衬砌表面，保证铺料厚度在振捣后满足设计断面要求。

2.5 混凝土衬砌浇筑成型

根据衬砌机的衬砌速度结合设计图纸渠道伸缩缝间距要求，分缝模板的位置应与通缝重合。渠道横向通缝模板宜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采用定型钢模板，并与渠道横向通缝模板相连。采用压设砂袋或预制块等固定方法固定模板。混凝土衬砌施工过程中测量人员须随时对模板进行校核，保证混凝土分缝顺直。

①现场安排熟练的工人专人指挥布料；

②浇筑前要保证皮带机的输送带干净、湿润，混凝土的垂直下落高度应小于1.5m；

③混凝土进入盛料箱后，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。布料混凝土较多时，开动反转功能，将混凝土料收回。布料宽度达到2～3m时，开动成型机，启动工作部分开始二次振捣、提浆、整平。施工时料位的正常高度应在螺旋布料器叶片最高点以下，不应缺料；

④采用皮带输送机布料，衬砌机的侧面设有分仓料斗，自行式滑动刮刀分料。施工中应设专人监视各分仓料斗内混凝土数量，及时补充，保持各料仓的料量均匀，防止欠料；

⑤坡肩、坡脚齿槽和周边模板位置须人工辅助布料；

⑥应控制布料厚度，松铺系数根据坍落度大小由试铺确定。当坍落度为7～9 cm时松铺系数宜为1.08～1.12之间；

⑦应控制振动碾压时间，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；

⑧震动碾压后板面上出现局部露石、蜂窝等现象时，应及时人工补料，当出现壅料时，应及时进行人工整平；

⑨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或者出现轨道不平整，应及时调整，并重新碾压；

⑩渠坡衬砌的顶部出现缺料、漏振时，应及时人工补料，并采用手提式平板振动器辅助振捣。

光整作业机构采用自动抹面机，为浮动式精修整器，连接在作业机构上。在振捣压实机构的后面，数量为两个，底面呈圆弧状，有高度调整机构。振捣作业完成后，自动抹面机进行抹面作业。抹面时，对抹面机高程进行控制，保证下表面与衬砌顶面重合。抹面机同时有提浆的效果，使混凝土表面浆液均匀。

2.6 混凝土衬砌抹面压光

抹面时，只要衬砌机完成碾压后的工作面满足磨光机的宽度即可进行机械抹面施工。抹面机与衬砌机的轨道是共用的，抹面机由抹盘和抹片两部分完成抹面，抹盘有挤压和提奖整平作用，抹片起压光作用。抹面机通过支腿螺栓调节倾角，使其与坡面坡度保持一致，满足坡面平整度要求。抹面顺序应该从下至上进行，不能自上到下或者上下往返抹面。

当抹面机出现故障或抹光机收面后局部效果不理想时，及时进行人工抹面压光。抹面压光应由专人负责，并配备2m靠尺检测平整度，混凝土表面平整度应控制在8mm/2m。人工采用钢抹子抹面，一般为2～3遍。

初凝前应及时进行压光处理，清除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑、无抹痕。衬砌抹面施工严禁洒水、撒水泥面、涂抹砂浆。

2.7 衬砌机施工中的注意事项

混凝土应连续、均衡、快速及时地从拌和楼运到浇筑地点，运输过程中混凝土不允许有骨料分离、漏浆、严重泌水、干燥以及坍落度产生过大变化，夏季运输设备应有遮阳设施，并尽量缩短运输时间，减少转运次数，减少温度回升。因故停歇过久，已经初凝的混凝土应作废料处理。在任何情况下严禁混凝土的运输途中加水后运入仓内。

汽车运送混凝土必须遵循《水工混凝土施工规范》中的有关规定。运输道路应保持平整。汽车行驶时严禁急刹、急转弯及其它有损混凝土质量的操作。

边坡衬砌混凝土摊铺前，应对其底部土工膜进行湿润，确保粘合性良好。振捣混凝土时，控制衬砌机行进速度，确保不过振，也不漏振。

待衬砌机移动后，及时在图纸设计位置用振动的方法插入排水孔管，并清理干净里面。然后再进行收面作业。

抹面压光一般要进行三次，前两次是粗抹面，受水分蒸发、混凝土收缩等因素，混凝土会有微小的裂缝现象，这就需要在初凝前抓住有利时机进行细收面。进行最后一次压光，压平表面凹凸处及微缝，保证在混凝土达到设计强度后，表面平整度误差为±5mm以内。

2.8 伸缩缝

当混凝土达到25%～30%时，用锯缝机锯成，锯缝深度按设计要求办理。

混凝土板养生期满后要及时填缝，填缝的灌注高度，夏天应与板面平齐，冬天宜稍低于板面。

①通缝可采取预留方法。按设计通缝位置支立模板，浇筑模板内混凝土，混凝土达到一定强度后，拆除模板，在混凝土立面上粘贴聚乙烯闭孔泡沫板和顶部2 cm的预留物（聚乙烯闭孔泡沫板、泡沫保温板等材料），再浇筑聚乙烯闭孔泡沫塑料板另一侧的混凝土，待伸缩缝两侧的衬砌混凝土达到一定强度后，取掉上部2 cm的预留物，填充聚硫密封胶。

②半缝及通缝均可采取混凝土切割机切割，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。

2.9 混凝土养护

由于渠道混凝土表面广大，外观质量尤为重要。所有混凝土应按经批准的方法或适用于当地条件的方法进行养护，连续养护时间不少于28 d，抗冲耐磨部位养护期应适当延长。薄膜养护：在混凝土表面涂刷一层养护剂，形成保水薄膜，涂料应不影响混凝土质量；再用草帘子或麻袋片覆盖在上面，搭接部位应重叠10～20 cm，用砖石或方木将草帘子或麻袋片压好。当日平均气温低于10℃时，要保温、防冻。当日平均气温低于5℃时，不得洒水。在夏季或干燥气候情况下提前养护，并延长养护时间。

3 结语

南水北调工程作为一个典型的线性世纪工程，渠道衬砌工程量占有比例很大，渠道的混凝土衬砌工程质量直接关系到工程的运行安全和外观效果。通过在实践中总结的渠道混凝土机械化衬砌工艺的标准化施工，满足了设计标准和合同要求，并且在外观效果和工程质量方面都取得了良好的经济效益和社会效益，对全线及类似的线性渠道工程施工有很好的借鉴意义。