浅析加快嫩江堤防工程建设速度的技术措施

陈 权，王克国，翟小丽

（黑龙江省三江工程建设管理局，黑龙江 哈尔滨150086）

1 工程概况

嫩江是松花江北源，发源于大兴安岭伊勒呼里山，流域地理坐标为东经120°—126．5°，北纬45．5°—51．5°。从河源至三岔河口全长1370km，流域面积29．85万km2，河流自北向南汇入松花江。嫩江干流黑龙江省境内现有堤防长647．903km，其中干堤602．939km，回水堤长44．964km。

嫩江干流堤防达标工程工作范围包括嫩江县、讷河市、甘南县、富裕县、齐齐哈尔市、泰来县、杜蒙县、肇源县以及大山种羊场等所辖的市县。工程的主要任务是在现有防洪工程的基础上，通过加固加培堤防、岸坡防护、护岸等工程措施，提高沿江两岸的防洪能力。防洪标准为堤防与尼尔基水库联合50a一遇。工程施工主要内容包括：堤防加高培厚、混凝土护坡、块石护坡、垂直防渗、穿堤建筑物及坝顶防汛通道等。

2 方案背景

三江堤防达标工程建设，以土方加培、混凝土及块石护坡、建筑物、坝顶防洪通道、垂直防渗等建设任务为主。其中，混凝土护坡工程量达500万m3，黑龙江省气候特点决定了水利施工期短，特别是混凝土工程有效工期只有150～170d。三江工程建设任务繁重，工期紧迫，特别是嫩干2015年开工较晚（9月20日）。在这样工期紧、任务重的前提下，结合工程实际，对工程进行了前期施工组织计划和测算，其中混凝土护坡面板一项施工内容工程量就达30余万m3（750mm×500mm×150mm约530万块），如果不在2015年末完成80%以上，整体工程施工任务很难完成。为了确保工程能够按照计划要求如期完工，针对这一课题，调查嫩江流域所辖市、县预制块厂家规模和生产能力，以及产品技术指标是否能满足设计要求，并结合2014年应急度汛工程立陡山堤防1＋000—1＋500段做的混凝土预制块工厂化规模性生产、机械化铺装试验段的成果，最终确定混凝土预制块工厂化生产、机械化铺装的可行性。

根据试验段施工成果，结合达标工程的任务量做了三个具体的可行性调查，一个是技术保障，通过试验数据确保满足设计要求的各种技术指标；二是工厂化生产保障，通过规模性工厂化生产，确保供应能力，蒸汽养护，保证冬季生产、冬季施工，克服季节对混凝土施工的干扰，增加了有效工期；三是机械铺装保障，通过挖掘机配合空气压缩吸盘把预制块吸起，直接运输到铺设点，配合人工整平垫层，直接铺设安装完成，既增加了铺装效率，又破解了大尺寸预制板块人工铺设不了的制约。

3 主要措施

3．1 技术保障

立陡山堤防混凝土预制块技术指标为强度C25，抗冻F200。预制块混凝土采用的是干硬性混凝土，干硬性混凝土特点是水灰比变化较小，胀缩率小，这样在保证混凝土强度的同时又增强了混凝土抗冻性能。在厂家随机取样，做成试验模块，委托黑龙江省水利科学研究院进行试验分析，试验成果抗冻等级达到F200，满足设计要求。在指标满足的条件下，进行批量生产，在混凝土预制块达到龄期后，进入施工现场，施工单位自检和监理单位的平行检测按照检测计划要求按批次进行检测，其中自检13个批次，合格率100%，平行检2个批次，合格率100%，检测均满足设计要求。又委托抽检单位进行现场机械取芯试验和回弹仪现场测取强度值，检测值均达到设计标准。通过上述试验、检测在技术上满足了设计要求，表1为自检成果表。

表1 自检成果表

3．2 工厂化生产保障

工厂化生产打破了传统的现场人工预制的做法，具有4个优势，一是生产效率提高，工厂生产线流水作业，尺寸750mm×500mm×150mm，单块混凝土体积为0．056m3，一个工厂平均每天生产5000块，产品可满足供应需求；而人工预制生产需要现场有足够大流转场地，100套模具，2．5倍的底模，一模十块，15个工人需要一天的时间才能浇出1000块，而且需要拆模、倒运置放，常规人工养护至少得15d以上，才能到达铺设强度。二是产品质量可控，工厂预制的混凝土预制块为干硬性混凝土一次性压制成型，蒸汽养护，强度有保证，外观尺寸标准；而人工预制模具在使用过程中会很容易变形，导致混凝土块尺寸不规整，在预制倒运过程中，损耗大，外观破损率高，人工养护不及时直接导致强度降低。三是便于控制管理，一个预制块厂家只需要配置一个监管人员即可，便于业主和监理单位控制管理，缓解了管理人员不足的压力。四是缓解用工压力，黑龙江省有效施工期约7至8个月，其中春秋两个忙季约2个月，都会闹民工荒，技术工人更是缺少。此方案可以减少大量的用工，大大缓解用工压力。

通过考察嫩江流域沿线的讷河市、齐齐哈尔市、大庆市及毗邻的吉林省德惠市等混凝土预制块厂家，大型的有2家，中型的10几家，能够满足供应施工的要求。齐市、吉林德惠两家大型厂家全是规模化生产线生产，不受天气和季节性影响，生产过程采取室内蒸汽养护，冬季也可以大规模生产。德惠市距离肇源县480km，肇源工地就近有新肇火车站，可通过火车运到肇源县新肇火车站，然后再短途运输至工地，大大减少了运输成本。嫩江上游沿线可选择齐齐哈尔市就近汽运。这样即降低了运输成本，又在工期上克服了传统的冬季不能进行大规模混凝土施工的局限，从当年11月到次年4月同样可以生产，在工期上增加了4～5个月，由季节性施工变成了全年施工，为下一步工序安排争得了时间。

3．3 机械化铺装保障

3．3．1 机械铺装的前因

目前在水利护坡工程中，混凝土预制块一直为人工铺设，这样就局限了预制块的设计尺寸。立陡山堤防段设计尺寸为750mm×500mm×150mm，质量为135kg，这个重量人工铺设就已经到达了极限。随着水利工程技术不断的发展，大尺寸预制块将被应用到工程实际中。大尺寸混凝土预制块具有稳定性好、外观美、成本低、施工效率高等优点，但要用传统的人工铺设施工，很难进行搬运，还难以达到铺设要求。工厂生产的预制块最大尺寸达1200mm×1000mm×150mm，设计不配钢筋情况下重量达432kg，铺设人工不可能实现，必须研制现代化的混凝土预制块运输及铺设装置。

3．3．2 铺装设备研制与性能特点

根据护坡工程中混凝土预制块的施工特点，经过大量的文献检索和市场调研，与真空设备厂商进行沟通，研制了混凝土预制块的智能吸取设备（如图1所示），设备性能指标如表2所示，工作原理如图2所示。

图1 混凝土预制块的智能吸取设备

表2 智能吸取设备性能指标

3．3．3 设备的使用及环境

（1）设备组成和使用环境

设备主要由汽油发电机、无油空气压缩机和真空管等组成。汽油发电机不受温度的影响，由于本设备采用无油式空气压缩机，也不受空气的影响，抽气过程中采用的塑料管路可以外套加热层使其易移动，即使在严寒也可以使用，保证冬季期间施工。空气压缩机、汽油发电机、压缩吸盘安装在挖掘机上，由挖掘机手同时操作吸盘开关装置，完成移动、起吊等动作。

图2 工作原理图

（2）设备的启动及起吊方法

发动机给电，按下遥控按钮开关，直至真空蓄能器中蓄有足够的真空，报警装置会发出信号，直至达到所需的真空等级后，红灯变成绿灯，声音报警装置停止蜂鸣，真空提升机处于待操作状态。调节设备主梁长度到最佳位置，准备起吊。将智能吸取设备置于预制板块的重心，以避免搬运过程中负载倾斜不利于控制。按下关闭按钮，使各吸盘与大气相通，则吸盘与板材表面间真空压力消失，板材与吸盘分离。操控挖掘机运动使智能吸取设备与下一待搬运板材接合，关闭手拉阀后即可重复板材搬运工作。

4 铺装对比试验

4．1 试验目的

为了确保机械铺装的可行性，在嫩江工程立陡山堤防1＋000—1＋500段做了试验性铺装，来确定铺装设备型号，人员配置、铺装效率和经济成本。

4．2 场地选择

在立陡山堤防1＋000—1＋500段选择两块50m×14m（700m2）的断面（A区、B区），堤防迎水坡削坡完成状况一样，达到铺装标准，按照设计要求铺设土工膜，然后铺设10cm砂砾垫层（冬季铺设预制块施工，要在上冻前完成削坡，并按设计要求铺设好土工膜及砂砾垫层。）达到铺设预制块要求。

4．3 人员和机械配备

A区：传统人工铺装，5名技工，5名力工、常规铺装工具。

B区：2．0挖掘机1台，空气压缩机1台，汽油发电机1台，压缩机操作手1名，力工1名。

4．4 试验准备

两个试验区技术人员调试好水准仪，把铺装标示桩设置好，并挂好铺装线，全程跟踪放线、校正。施工人员、铺装机械全部准备就绪，达到施工标准。计时人员就位，确保两区同时开工，时间一致。

4．5 试验过程

4．5．1 人工铺装试验

A区传统铺设，力工负责找平垫层，运送预制板，技工负责安装、整平、稳固预制板。两个人搭配平均每天（10工时）铺设预制块150块，5组每天完成750块，完成A区需要2．5d的时间。

4．5．2 机械铺装试验

B区1名力工负责找平垫层和指挥挖掘机，挖掘机手负责吊运预制块，并安装至指定点，找平、稳定，每天铺设（10工时）1800块，完成B区需要1d时间。

4．6 经济效益对比

经过表3的设备铺设与人工铺设混凝土预制块对比分析，可以看出厂家生产至运输工地成本比人工现场预制节省（不考虑设备投入成本及折旧），设备铺设的生产效率是传统人工方式的2．5倍，设备铺设仅为传统人工铺设的费用2／3。

表3 机械铺设与人工铺设混凝土预制块对比

5 结 论

综上所述，在三江治理工程任务重、工期紧前提下，把混凝土护坡调整成1200mm×1000mm×150mm大尺寸混凝土预制块护坡是必要的，通过工厂定制产品，规模性生产，通过火车或者汽车运输，吉林省德惠市厂家可采用火车运至肇源县新肇火车站，二次倒运至工地，保证肇源县沿线堤防施工；齐齐哈尔市厂家可采用汽运至嫩江流域上游工地保证齐齐哈尔市周边堤防施工；运输过程中采用托盘包装，吸盘机械吊运，保证了运输过程中预制块不受损坏；利用冬季机械化铺设安装施工，可把有效工期延长4～5个月，在黑龙江高寒地区堤防施工过程中既保证了混凝土本身的强度和抗冻性能，又增加了施工工期和提高了施工质量、速度，这样才能确保三江治理工程如期、保质地完成全部任务。

［1］戴春胜．黑龙江省嫩江干流堤防应急度汛工程可研报告［R］．哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2015．

［2］中华人民共和国水利部．SL 260－2014堤防工程施工规范［S］．北京：中国水利水电出版社，2015．

［3］中华人民共和国水利部．SL 352－2006水工混凝土试验规程［S］．北京：中国水利水电出版社，2006．