混凝土护坡机械衬砌工艺在南水北调中线工程中的应用

金正伟

混凝土护坡机械衬砌工艺在南水北调中线工程中的应用

金正伟

南水北调中线工程总干渠全长约1432km，其中明渠长度为1103km，设计采用现浇混凝土。如采用传统的人工操作，用工量大，施工质量不易控制，施工效率低。安徽水利开发股份有限公司在南水北调中线工程方城八标明渠施工中对于渠坡（精修）、混凝土浇筑、收光等工序全部采用机械化施工，通过不断地摸索和改进，最终形成了一套成熟、高效、先进的混凝土渠坡机械衬砌施工工艺，不仅减少了用工量，保证了质量，同时提高了效率，缩短了工期。

一、工艺原理

采用皮带输送机输送混凝土，通过辅助设备控制布料，实现在坡面定点均匀布料。利用高频振捣器振捣影响半径大的特点，在连续布料和机械行走时从将要摊铺成形的混凝土上部进行振捣，使摊铺成形后的坡面混凝土达到密实状态。

二、施工工艺流程及操作要点

1.施工工艺流程

施工测量、放样（轨道铺设）→坡面粗修（削坡机安装）→精修（衬砌机、抹光机及人工收光平台安装）→排水板安装→复合土工膜铺设→混凝土布料、振捣（混凝土原材料检测、配合比设计、混凝土拌制、运输）→机械抹光→人工压光（养护）→伸缩缝施工→密封胶填缝→质量检测、验收。

2.操作要点

（1）设备安装

根据设备的结构尺寸、坡肩和坡脚线确定轨道位置和高程，所有设备共用同一轨道；衬砌设备采用吊车安装就位，就位后调整机架，保证与设计坡比一致。

（2）坡面粗修

粗削坡采用挖掘机施工，保护层宜控制在10cm左右，可采用先抽槽、后扩挖的方法。具体施工方法是沿渠道轴线方向每隔约10m用挖掘机自上而下开挖一道约1m宽的槽子，抽槽过程用全站仪控制，避免超挖，然后相邻两个槽子之间坡面土方可直接用挖掘机挖除。

（3）坡面精修

坡面精修采用QZDXPJ-300型渠道基面削坡机，可自动清理修坡余料至坡底。削坡前根据轨道高程和坡面特征点设计高程调整进刀深度，预留层较厚时可分两次削到设计坡面，削坡过程中随时观测坡面是否符合设计要求，以便及时矫正削坡机。坡面不允许欠挖，超挖深度不大于1cm。

削坡进度应与混凝土衬砌进度相适应，以免削坡面积过大，搁置时间过长，造成基面受损。

3.排水板安装

先采用墨斗弹线定位，后采用手持切割机进行沟槽切边，最后采用人工开挖已切部分的土料，排水板铺设从低向高方向铺设，板与板之间要紧密结合。排水板铺设应平整且与渠坡紧密接触，并用钢钎钉牢，不得出现局部悬空现象。

4.复合土工膜铺设

（1）渠坡：由坡肩自上而下滚铺至坡脚，中间不应有纵向连接缝，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50～80cm，坡肩处预留复合土工膜的长度应满足设计要求。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。

（2）渠底：使复合土工膜幅宽与渠轴线垂直，沿渠轴线方向按先下游后上游、上游压下游的顺序滚铺。渠底复合土工膜横向连接缝与坡面复合土工膜接头缝均应相互错开100cm以上。

5.衬砌机运输、布料振捣

（1）衬砌混凝土由拌和站集中拌制，混凝土搅拌运输车运至布料机输送带上，为便于混凝土搅拌运输车卸料，卸料人员可用少许水湿润运输车的下料槽和布料机输送带。运输车辆卸料自由下落高度应不大于1.5m。

（2）混凝土衬砌采用SM8300型衬砌机施工，该衬砌机利用皮带输送机布料，衬砌机的侧面设有分仓料斗，分仓料斗底部设有1200Hz高频振捣器，机架顶部的输送带上设自行式滑动刮板可将混凝土分配至各个分仓料斗。坡肩、坡脚齿槽和周边模板位置须人工辅助布料。

（3）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。

（4）铺料前，首先在现场及时检测罐车出口混凝土的坍落度，不满足要求时应及时调整；过程中要控制好布料厚度，松铺系数根据坍落度大小由试铺确定。当坍落度为4～6cm时松铺系数宜为1.1～1.15之间。

（5）铺料时设专人操作自行分料刮板，使各分仓料斗内混凝土数量均匀，在各分料仓混凝土料达到2/3后，先开动高频振捣棒15～20s，接着再开动衬砌机行走机械进行坡面混凝土摊铺施工。进入弯道施工，要进行上下轨道行进速度调整，保证衬砌机始终与渠道上口线保持垂直工作状态。

（6）衬砌机的行走速度、留振时间，布料速度等应严格按照试验段确定的施工参数进行，做到不漏振、不欠振，达到混凝土深层振捣和表面提浆的效果。

（7）在衬砌机铺料后，为防止靠模板面混凝土振捣不密实，须用插入式振捣器对模板周边混凝土进行二次振捣。

6.机械抹光

（1）坡面抹光采用大型可调压力式桁架抹光机，该抹光机的抹盘在垂直边坡方向具备自动伸缩功能，最大伸缩可达10cm。

（2）混凝土摊铺机后面的摊铺宽度约有2～3m以上时，便可用抹光机进行抹面、收平、进一步提浆，首次抹面时，混凝土表面还比较稀软，从下而上进行，抹光机的适宜高度以刚好接触到混凝土表面为好。

（3）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。

（4）机械抹面次数一般控制在2遍以内，铺料后抹一次，当混凝土开始初凝时，再用圆盘面连续抹面一次，以表面平整、提出的浆面均匀为宜。

7.人工收光

（1）人工收光采用可自动行走的工作台车作为人工抹面平台，收光时严禁操作人员在混凝土表面行走和抹面。

（2）抹光机把混凝土表面进行抹平以后，用手指轻压混凝土表面，当表面发硬、但稍有痕印时，便可及时进行压光处理，消除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑无抹痕。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。

8.伸缩缝施工

伸缩缝分为半缝和通缝，半缝深度为混凝土板厚的0.5～0.75倍，通缝深度为贯穿混凝土板厚度。原则上混凝土面板的伸缩缝切缝时间控制在30～35h后进行，为保证坡面不出现裂缝，切缝时机宜早不宜迟，以切割过程中混凝土不出现缺棱掉角为准，伸缩缝下部用聚乙烯闭孔泡沫板填充，顶部用2cm聚硫密封胶填充。

9.养护

衬砌混凝土属薄板结构，抗裂要求较高，人工抹光结束后即进行养护，养护方式为土工布（毡布）覆盖加洒水养护，安排专人进行洒水养护，采用小水流、勤喷洒方式，同时根据气候条件适当增加养护周期，衬砌混凝土养护不少于28d。

三、材料与设备

1.材料

水泥：选用大型回转窑生产的符合GB175、GB748规范要求的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，含碱量不大于0.6%。粉煤灰：选用烧失量、需水量比低的Ⅱ级以上散装粉煤灰。

砂、石骨料：选用无碱活性反应，且物理力学性能指标满足设计及《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）要求的材料。

水：混凝土拌和用水应满足《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）要求。

复合土工膜：采用不掺有再生料的无色透明膜。

2.设备

设备配备应按照表1的规定确定。

表1　混凝土护坡机械衬砌设备类型及参数

四、渠道混凝土机械衬砌施工注意事项

1.混凝土坡面施工质量控制

（1）渠道机械衬砌施工前必须先进行生产性试验，试验段长度一般不小于100m。通过生产性试验确定衬砌速度、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等。

（2）衬砌机轨道铺设的质量是保证衬砌混凝土衬砌成型的关键，衬砌机安装完毕应在轨道上反复行走几遍，使轨道处于压实状态。衬砌机上、下轨道铺设高程应分别与渠道坡降保持一致，衬砌前和衬砌施工中应经常校核轨道的方向和高程。

（3）严格控制混凝土的配合比，根据气温及时调整入仓塌落度，实行动态控制。铺料时各分料仓内混凝土要均匀一致，根据仓内混凝土的多少确定其布料长度。

（4）衬砌过程中应由专人检查高频振捣器的工作状况，若发现衬砌后的坡面上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉沟等现象，须停机检查、修理或更换振捣棒，并对已浇筑混凝土进行处理。初凝前的混凝土进行补振，初凝后的混凝土进行清除，并采取填补混凝土，重新振捣。

（5）对坡肩及坡脚的折线部分，应以靠尺定型，以使折角整齐，外形美观。对已经拆模的混凝土要注意成品的保护，防止边角损坏。

2.环保措施

（1）施工过程中要做好粉尘和噪声的防治：施工区域要定期洒水，保持清洁；拌和站水泥输送采取全封闭形式；施工时段尽量安排在白天，施工机械要减少鸣笛。

（2）施工中加强生活和生产区废弃物的处理：生活、生产污水必须通过沉淀池沉淀后才能排放；固体废弃物通过集中运输至指定地点掩埋或焚烧处理。

（3）加强设备的更新与保养，杜绝漏油对施工区域造成污染；同时减少有害气体排放，确保施工机械废气排放符合环保要求。

五、项目成果及效益分析

1.项目成果

南水北调中线一期总干渠方城段八标工程渠道施工中，采用机械化衬砌作业，缩短了工期，保证了质量，提高了工效，有效降低了项目成本。通过测算，利用人工进行混凝土护坡施工，每立方米混凝土浇筑费用比机械衬砌高30元左右；人工削坡比机械削坡每平方费用高5元左右。方城八标渠道衬砌混凝土方量4.5万m3，削坡面积50万m2，通过采取机械化施工，不但施工成本节约385万元，而且实际工期比计划工期提前了近2个月。

2.社会效益

南水北调中线一期工程总干渠渠道采用机械化衬砌施工，缩短了整个施工工期，工程外观和内在质量达到优良，为南水北调中线工程总干渠2013年主体完工，2014后汛后通水目标的实现提供了保证，为今后总干渠的长期安全运行提供了保障。同时渠道混凝土护坡大面积机械化衬砌施工工艺在南水北调中线工程的成功应用，为今后国内类似工程的实施提供了大量的施工经验，产生了显著的社会效益；另外该工艺对于铁路、公路等相关行业的混凝土护坡工程施工具有重要的参考价值和应用前景

（作者单位：安徽水利开发股份有限公司233000）

（专栏编辑：周权）