南水北调中线渠道衬砌混凝土施工技术

王 永 张荣娟

（中国水利水电第三工程局 陕西 西安 710016）

南水北调中线工程是一项以供水为主，兼顾防洪、发电和改善生态环境的多目标跨流域水资源开发利用工程，是解决京津华北地区缺水的重大战略基础设施，也是一项举世闻名、造福子孙后代的民生工程。该工程采用明渠过水，并利用各种跨渠生产桥、交通桥、倒虹吸和渡槽来解决工程跨越各地的出行、灌溉、防洪等问题。做为工程施工关键的过水断面渠道混凝土衬砌技术，具有厚度薄、面积大、成型困难、养护要求高等显著特点，因此研究选择合适的施工工艺对保证衬砌质量、提高衬砌速度具有重要意义。

1 工程概况

焦作2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渠段的中南部，第三施工标段总干渠长7.6km，渠道为梯形断面，设计渠底宽度为9.5m～26.5m，渠道内一级边坡为1∶0.4～1∶3.5，渠底高程97.12m～96.79m，一级马道（堤顶）宽5.0m，渠道纵比降为1/23000。渠道全段采用现浇混凝土衬砌，采用渠道衬砌机施工。混凝土衬砌厚度渠坡为100mm、渠底为80mm。渠道沿轴线每8m设一道通缝，4m设一道半缝，半缝深60mm。混凝土衬砌强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。

渠道全段（Ⅳ52+300～54+000段外）采用复合土工膜防渗。除石渠段外，渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层、防冻层下布置粗砂（砂砾料）垫层，垫层下布置有由软式透水管与逆止阀组成的渠基排水系统。

2 混凝土衬砌前施工

2.1 渠道土方开挖、渠床整理

2.1.1 土方开挖

土方开挖采用的是常规开挖方法，即使用挖掘机分层开挖、自卸汽车运输的方法。其中总干渠土方段一级边坡、渠底在开挖过程中均预留30cm～50cm保护层。

2.1.2 渠床整理

渠床整理先利用液压反铲（铲斗改造成刮板状）将预留保护层挖除，挖除时预留5cm～10cm厚度，然后利用衬砌机自带削坡机精削坡或者人工配合液压反铲精削坡至设计高程。渠床整理到位后，利用振动碾碾压密实。

2.2 渠基排水系统

采用小型挖掘机配合人工沿开挖边线开挖沟槽，然后在沟槽底部摊铺砂垫层并夯实，其填筑厚度、相对密度等应符合设计要求。随后按设计要求安装排水暗管及附件，安装及土工布包裹、绑扎验收合格后，及时回填沟槽，保证回填密实度符合设计要求。

2.3 砂垫层铺设

砂垫层采用布料机和人工配合挖掘机两种方式摊铺。设计边坡砂垫层厚度5cm，合理虚铺厚度为6.5cm～6.6cm。采用布料机摊铺时，将合格砂砾料或粗砂运至渠堤顶部，由坡脚向坡肩摊铺到渠坡上。挖掘机铺料时，应分段放挡板，控制填料厚度，防止骨料分离。砂垫层应平整并碾压密实，相对密度不小于0.75，可采用在衬砌机上悬挂平板振动器进行碾压，对于坡脚、坡肩等易欠振部位应人工进行辅助夯实。

2.4 保温板铺设

铺砂完成后，重新校验控制桩的平面位置和高程，用水准线标出横断面起止线、坡顶、坡底铺装边线，然后进行渠坡保温板的铺设。保温板应自下向上、沿渠道轴线方向有序错缝铺设，并确保保温板紧贴基面，平整牢固。两块板接缝处的高差不大于2mm。

2.5 复合土工膜铺设

应根据不同坡面长度订购复合土工膜。铺设时，应使复合土工膜幅宽与渠轴线方向平行，由坡肩自上而下人工牵引滚铺至坡脚，且应沿渠轴线方向，按先下游后上游、上游幅压下游幅的顺序铺设；铺设齿槽部位的复合土工膜时，应适度松弛，且与齿槽紧贴。复合土工膜的搭接采用焊接施工工艺。复合土工膜铺设后应及时覆盖，防止被人为或机械刮伤及长时间暴晒。

3 衬砌混凝土施工

3.1 混凝土配合比设计

工程采用焦作中晶水泥有限公司生产的P.O42.5水泥、济源沁北电厂生产的Ⅱ级粉煤灰、山西黄腾化工有限公司生产的UNF-A型高效减水剂和HT-YF型引气剂、焦作市万里水利工程有限公司生产的砂石骨料。经检验混凝土原材料品质满足相关标准要求。

混凝土设计技术要求见表3.1.1。经室内试验，确定混凝土设计配合比见表3.1.2。

3.2 渠道衬砌混凝土衬砌生产性试验

渠道衬砌混凝土应集中拌制。混凝土拌和站根据渠道长度和混凝土施工强度要求布置。

渠道混凝土机械化衬砌施工应先进行生产性试验，试验段长度一般不小于100m。本工程采购了3台衬砌机（1台北京中城达公司生产的集削坡、铺砂、混凝土摊铺振捣、抹面为一体的渠道边坡衬砌机，2台山东蒙阴水利有限公司生产的集铺砂、混凝土摊铺振捣、抹面为一体的渠道边坡衬砌机）。

通过生产性试验确定混凝土衬砌速度、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。

3.3 混凝土生产、运输

混凝土生产前，对拌和站衡量系统进行校验，保证拌和站配料计量精度满足相关要求。

混凝土运输应选用单车容量为8 m3～10m3的专用混凝土搅拌运输罐车。每班装运混凝土前，将车罐清洗干净，保持罐内湿润并无积水。夏季高温或冬季低温时期施工，混凝土罐车要采取相应的防晒、保温措施。混凝土罐车在装、运、卸过程中严禁加水。

表3.1.1 渠道衬砌混凝土技术要求表

表3.1.2 混凝土设计配合比表

3.4 混凝土摊铺、振捣

（1）施工现场安排专人指挥布料、摊铺。布料前应检测混凝土拌和物的坍落度、含气量、入仓温度等合格，并湿润料斗及输送皮带。罐车卸料时，混凝土自由下落高度小于1.5m。采用螺旋布料器布料，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、边提浆、边整平。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。采用皮带输送机布料时，保持各料仓的料量均匀。

（2）渠道坡脚齿槽、坡肩、周边模板等部位，采用人工辅助布料摊平，软轴和平板振捣器振捣。

（3）施工中严格按照生产性试验确定的施工参数进行，做到混凝土不过振、漏振或欠振，达到混凝土深层振捣和表面提浆的效果。随时检查振捣棒的工作状况，若发现衬砌后的面板上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉沟等现象，应停机检查、修理或更换振捣棒，并对已浇筑混凝土进行处理。

（4）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。衬砌机进入弯道施工，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工作状态。

3.5 混凝土抹面、压光

（1）混凝土抹面压光在渠道衬砌混凝土浇筑宽度约有4m～6m时开始。第一次抹面采用机械抹盘对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，首次抹面时，混凝土表面较软，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，在连续作业时能保证不发生漏抹、表面均匀一致为宜。

（2）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。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，浆液厚度不应超过1.5mm。

（3）第三次抹面为人工采用钢抹子抹面，利用工作台车作为人工抹面平台，混凝土表面平整度应控制在8mm/2m，抹面2～3遍，保证混凝土的表面平整、光洁。

（4）坡顶、坡底及坡面局部的位置全部由人工进行抹面和收光，两侧有边模的位置，采用人工及时进行修理。

3.6 混凝土养护

衬砌混凝土保证湿润养护不少于28天。养护设专人负责，并做好养护记录。

抹面完成后应及时采用草帘、毡布、土工布等浸湿后覆盖养护或采用喷施养护剂养护。

当出现低温或负温天气时，应采用保温棉被覆盖保温养护。

3.7 伸缩缝施工

伸缩缝分为切缝、清缝、填充闭孔泡沫板、填充密封胶四工序。

3.7.1 切缝

切缝时间应在混凝土强度达到1MPa～5MPa时进行，具体时间根据试验结果确定。切缝采用切缝机进行，应先切坡脚诱导缝，再切纵向通缝、横缝，最后切割横向通缝、半缝。通缝深度为0.9倍的板厚，半缝深度为0.5倍～0.75倍的板厚。

3.7.2 清缝

检查伸缩缝满足设计要求后，利用高压风（水）枪清除缝内浮浆及碎渣等杂物。

3.7.3 填充闭孔泡沫板

在检查缝壁干净、干燥后，采用专用工具将闭孔泡沫板压入缝内。

3.7.4 填充密封胶

密封胶选用双组分聚硫密封胶。注胶前应将混凝土基面清理干净，再在基面上均匀刷涂界面剂，待界面剂完全固化后再注胶。注胶应饱满，出现凸凹不平、气泡等现象时应及时修补。密封胶表面干燥及固化期间，应注意保护，避免雨水等浸入缝内。

4 结语

南水北调工程渠道衬砌混凝土施工质量关乎工程的使用寿命。工程开工以来，渠道衬砌薄壁混凝土施工技术引起了业内学者和专业技术人员的广泛关注。随着现代化机械设备越来越先进的趋势，大型渠道衬砌机械化施工开始被推广使用，使混凝土质量较以前提高了很多，仅渠道衬砌混凝土来讲，大面积使用衬砌机施工，有效提高了衬砌速度、节约了人力资源、降低了劳动强度、加快了工程的建设，且通过严格控制各工序施工质量，确保了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。

南水北调中线工程焦作2段第三施工标段对渠道衬砌混凝土施工技术进行了研究。采用研究成果有效的促进了工程进度，控制了衬砌混凝土面板厚度和表面裂缝，确保了工程质量，降低了工程成本，取得了良好的效果。陕西水利

[1]张毅.南水北调中线京石段应急供水工程的渠道衬砌监理质量控制[J].科学之友（B版），2009（1）：17-19。

[2]杨建春，谷峰，王金凤.南水北调工程渠道衬砌机械化施工技术[J].山西建筑，2013（34）：144-145。

[3]张磊，张立春.渠道衬砌工程主要施工方 法 [J]. 水 利 科 技 与 经 济 ，2014（1）：139-141。