陡坡薄壁混凝土机械化衬砌施工技术研究

任 冰高秋艳

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

陡坡薄壁混凝土机械化衬砌施工技术研究

任 冰1高秋艳2

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司 湖北 宜昌 443002）

南水北调中线干线京石段应急供水工程第四施工标石渠段衬砌属于陡坡薄壁混凝土衬砌，工程初期采用大模板台车衬砌和常规滑模方法结合进行施工，效果不佳；通过技术创新采用自行滑模台车施工技术进行施工，解决了陡坡混凝土成型难和施工效率低的问题。

陡坡薄壁；混凝土；机械化；衬砌施工

1 概述

南水北调中线干线京石段应急供水工程代建或直管第四施工标工程位于河北省保定市涞水县境内，工程区为倾斜平原地貌形态。本工程明渠段总长 6398m，包括土渠段和石渠段两部分，石渠桩号范围为 438+500～439+300；440+400～441+800；渠段设计流量60m3／s，加大设计流量70m3／s，渠内设计水深4.3m。石渠渠底宽 11m～13m，内边坡 1:0.75～1:0.5，纵坡 1/20000～l/18000。渠道两侧开口线以外均设置防洪堤或防护埝。石渠渠道过水断面型式为梯形；采用混凝土衬砌，衬砌厚度边坡、渠底均为15cm，衬砌高程至一级马道。

2 国内外现状分析

在国外，大型渠道机械化衬砌技术已有几十年的发展历史，其中以美国高马克、意大利玛森萨以及德国维特根等公司的产品最具有代表性。由于机械化衬砌具有混凝土均匀、密实性和表面质量好，而且施工速度快、工程寿命长、经济效益好等特点，故国外的长距离、大断面输水渠道工程，大多采用机械化衬砌设备进行施工。

我国为了填补在大型渠道衬砌施工技术及设计标准等方面的空白，从2003年6月完成大型渠道衬砌成型机方案论证工作开始，大型渠道混凝土机械化衬砌设备研发和技术走上了“引进—消化—吸收—创新”的自主创新之路。2006年8月，“SCFM”“CCFM”“CDM”渠道衬砌成型设备通过了水利部综合事业局组织专家进行的产品鉴定，填补了国内空白，使我国大型渠道机械化衬砌技术得到了跨越式发展。

现有国内外大型渠道机械化衬砌设备及技术所涉及的混凝土衬砌坡度较小，针对1:0.5或1:0.75的坡度，类似的陡坡机械化衬砌设备与技术难以适用。在南水北调工程中出现了较多类似陡坡薄壁衬砌边坡的石方渠段，对于现有成熟的大型渠道机械化衬砌设备与技术而言，大型渠道陡坡薄壁机械化衬砌设备与技术还存在大量空白需要填充。

3 施工技术难点分析

3.1 衬砌面坡度大，混凝土成型困难

该工程石方渠道衬砌边坡坡比为1:0.5和1:0.75，这种坡度已经远远超过普通混凝土衬砌设计坡度，若采用常规混凝土衬砌浇筑的方法进行施工，常态混凝土混凝土不能自然成型，混凝土自重状态下的塌落引起的混凝土裂缝容易产生。要想解决成型困难的问题，须对混凝土配合比设计、成型方法进行优化。首先通过优化配合比，最大限度的减少塌落度，保证和易性，使混凝土在工程坡比情况下既不塌落，又能顺畅入仓；南水北调干渠作为输水构造物其混凝土面平整度及光洁度要求很高，通过对成型设备进行多次改进和创新，最终确定了滑模成型的方案。

3.2 壁薄素混凝土，裂缝防治成为质量控制的重点

该工程混凝土衬砌厚度薄、板面面积大、无钢筋网设置，为混凝土裂缝防治增加了难度。15cm厚薄壁素混凝土板面结构本身抗拉应力能力较低，加之板面面积较大（约42㎡），其温度应力和混凝土干缩应力累加效果更加明显，63.4度的坡度养护保水难度进一步增加，养护及保温工作稍有疏忽即容易形成裂缝。裂缝防治工作成为该项目的质量控制重点。

3.3 线性布置，长距离单位里程工程量小、施工效率低

渠道工程属于线性工程，在长距离范围内其单位里程工程量小，按6m一个板块计算，每一个仓位循环仅有6.3m³混凝土，若采用常规施工方法施工，正常立模、浇筑、拆模的循环时间较长，每套设备每日完成混凝土浇筑量难以保证工期需要。

4 技术方案研究

4.1 施工总体布置

大型渠道陡坡薄壁混凝土机械化衬砌施工技术采用的新型设备自行滑模衬砌台车有三个系统组成：滑模系统、行走系统、配套系统。如图4.1所示（以1:0.75坡度为例）。滑模系统由滑模面板、滑轮及钢大梁组成；行走系统由轨道、枕木、行走轮、调节螺杆及连接钢架组成；配套系统由提升设备、溜筒、振捣平台、抹面平台及配电箱组成。轨道架立于一级马道与渠底的轨道上，轨道平行于渠道轴线方向布设。混凝土在拌合楼集中拌合，混凝土搅拌车通过一级马道直接运输至台车顶部，利用溜筒下料至滑模内，人工软轴振动棒振捣，电动葫芦或手动葫芦提升滑模，人工收面压光成型衬砌面。混凝土浇筑完毕后采用土工布覆盖洒水养护。

图4.1 自行滑模台车侧视示意图

4.2 施工技术方案

4.2.1 滑模台车施工工艺流程

基面验收、校核基准线→滑模台车安装→施工准备→仓位验收→混凝土浇筑→混凝土抹面、压光→混凝土养护。

4.2.2 滑模台车安装

滑模台车安装前需精确测放出滑模台车安装的正确高度、位置及安装中心线，并利用上、下两条平行于渠道中心线的轨道作为基准线，以确保滑模台车安装的准确性。按照测放的滑模台车位置点、中心线进行滑模台车的安装。滑模台车上部和底部采用枕木固定轻轨，可在滑模台车上增设防雨和防晒雨布。

4.2.3 滑模台车运行

混凝土运至施工现场进行陡坡薄壁衬砌混凝土浇筑，浇筑机械采用滑模台车。混凝土由搅拌车卸料至溜槽，再由溜槽卸料到溜筒入仓，混凝土卸入溜槽和由溜筒卸入仓内的自由高度控制在1.5m以下，入仓混凝土坍落度控制在10mm～20mm之间，入仓混凝土层厚控制在30cm～35cm，入仓后采用Φ30插入式软轴振动棒进行振捣，待混凝土振捣密实后采用手动葫进行滑模台车的提升；当滑模台车提升至距渠底1.5m时，在滑模台车下部搭设临时施工平台进行跟进抹面。

每层混凝土浇筑完毕后，及时进行抹面压光工作，收面后混凝土表面应密实、平整、光滑、且无石子外露。采用人工抹面，抹面压光次数为3遍，使混凝土在初凝前消除气泡，混凝土表面平整、光滑、无抹痕，以保证混凝土表面平整度控制在8mm/2m以内。

待整仓混凝土全部浇筑完毕后，及时进行养护，采用土工布覆盖洒水养护，以保持混凝土表面的湿润性。根据实际情况应在6～18h之间开始养护，但在炎热、干燥的气候情况下应提前养护，养护期内始终保持混凝土表面经常湿润性，防止混凝土的干缩裂缝。养护时间为28d。

5 结语

本工程施工中采用的陡坡薄壁混凝土机械化衬砌技术方案既是对施工设备的创新也是施工技术的新应用，并在工程施工过程中进行了成功应用，该工程经过了多次由国务院南水北调办公室组织的各级质量监督和检查，工程质量优良，满足设计要求。该技术的成功应用，弥补了我国大型渠道机械化衬砌技术的欠缺，为今后类似工程提供了很好的借鉴和参考，具有较好的应用前景和推广价值。

[1]大面积陡坡钢筋混凝土屋面防渗漏施工.黑龙江水专学报-2005.32（1）

[2]渠坡混凝土机械化衬砌施工方法.山西水利科技-2009（4）

[3]浅谈开孔联锁混凝土砌块护坡施工技术.水电能源科学-2009（6）

[4]模袋混凝土施工的质量控制.山西建筑-2009.35（34）

TU75

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1007-6344（2016）07-0237-01