非直线型渠道边坡混凝土衬砌施工工法研究

向 阳，黄立传，陈崇德

(1. 湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156； 2. 湖北锦天禹建设工程有限公司，湖北 武汉 430040)

湖北省宜昌市东风渠灌区善溪冲干渠，长23 km，底板宽度2.5 m，最大水深1.5 m，坡比1∶1.5(部分地段坡比1∶1.25)，设计流量5.0 m3/s，渠道采用混凝土衬砌，边坡厚度0.1 m。在1∶1.5甚至更陡的边坡上浇筑混凝土，混凝土入仓后受重力及振捣因素的影响容易下滑，既造成二次平仓增加了工人的劳动强度，也延长了施工时间造成工期滞后，同时质量也难以得到保障。为解决这个问题，参照《水工混凝土施工规范》(SL677-2014)要求，选取坍落度较小(1～4 cm)的混凝土配合比，并采用2.2 kW单相平板式振捣器振捣。实践证明，能有效解决混凝土下滑问题，但混凝土达到龄期后取芯检测表明，直线段渠道边坡混凝土衬砌效果较好，而非直线段渠道边坡混凝土表面部分(3～4 cm)较为密实，里面部分则相对松散，有的达不到质量要求。针对这个难点，经过多次试验研究，采用分层摊铺、振捣的方式，取得了较好的成效。

1 非直线型渠道边坡混凝土衬砌施工工法研究

1.1 施工方法

1)分层摊铺。采用7～9 cm的坍落度配合比混凝土，第一次摊铺厚度7 cm并进行振捣，振捣工人无需顾虑混凝土振捣下座的问题；第二次摊铺，达到混凝土的设计厚度，并再次进行振捣；其后收面、养护等。

2)分层振捣。在2.2 kW单相平板式振捣器的施工条件下，采用坍落度适当的混凝土，使之更加容易提浆密实和控制摊铺、找平，提升了非直线型渠道边坡混凝土衬砌的施工质量。

1.2 施工工艺流程及操作要点

1.2.1 施工工艺流程

非直线型渠道边坡混凝土衬砌施工流程见图1。

图1 渠道衬砌施工工艺流程图

1.2.2 施工操作要点

施工现场准备：

1)测量放样。对原始地形测量放样。

2)渠基础清理。渠基清理的范围不小于设计基面边线外300 mm，包括渠基表层的淤泥、腐殖土及草皮、树根、建筑垃圾等。

3)渠道开挖。按设计断面进行开挖，预留3～4 cm保护层。

4)渠道土方填筑。按规范与设计要求填筑。

5)坡面修整。按设计要求控制坡度，并预留1～2 cm坡面保护层人工精修，达到平整度。

6)渠道衬砌垫层。基面验收合格后进行砂石料垫层人工摊铺，垫层厚度6 cm。

渠道混凝土衬砌。在非直线型渠道断面，采用通仓浇筑混凝土的施工方法，便于施工人员判断相邻分仓对接处的表面是否平整。

1)铺设土工布。按渠道衬砌断面长度，采用人工展布，布面要平整，四周适当留有余量。

2)模板安装。按照设计要求和尺寸，在渠基上安装模板并形成浇筑方仓[1]；在分缝处安装弯折模板(见图2)。

图2 弯折钢板结构示意图

3)聚乙烯闭孔泡沫板。纵向每隔3 m设横缝，不设纵缝，渠底与两侧护坡交界处设施工缝。缝面结构为矩形缝隙，缝宽2 cm，填料为长180 cm、宽10 cm的聚乙烯闭孔泡沫板。

4)混凝土仓面湿润。浇筑方仓内的土体表面洒水湿润(见图3)。

图3 仓面土体表面洒水湿润

5)第一次摊铺混凝土。摊铺采用人工摊铺。首先铺两侧(约15 cm宽)至设计厚度，用混凝土料堆压反滤土工布；再铺上下侧，用于固定上侧模板；最后全仓摊铺，中部松铺厚度均控制在7 cm左右(见图4)。

图4 第一次摊铺

6)第一次振捣。先用Φ30插入式振捣器沿方仓四周对混凝土进行振捣，再用插入式振捣器由一侧向另一侧振捣，然后用用2.2 kW单相平板式振捣器自下而上以1 m/min速度移动振捣，两次振捣水平搭接不小于10 cm。振捣时，平板振捣器下缘混凝土表面明显隆起、流动、后方可逐步上移。

7)第二次摊铺混凝土第二次混凝土料人工摊铺，松铺厚度略高于设计坡面2 cm，用2 m靠尺刮平。

8)第二次振捣。第二次振捣与第一次振捣工艺基本相同，采用2.2 kW单相平板式振捣器对混凝土面进行缓慢、均匀、连续不断地自下而上振捣，速度控制在1 m/min。自下而上进行振捣，平板振动器慢速平拖1遍，以表面明显出浆和下沉为宜。根据混凝土坍落度的大小，调整振捣频率或移动速度。

9)刮平处理。用2 m平整尺以顶口挂线和模板表面沿口为基准，将经过二次振捣后的混凝土坡面进行刮平，对局部凹面进行混凝土填补找平，对凸面进行刮除。

10)磨光处理。用磨光机对刮平后的混凝土表面进行打磨提浆，打磨顺序由混凝土表面的一侧至另一侧，打磨两遍(见图5)。

图5 磨光处理

11)收面压光。用100型磨光机对刮平后的混凝土面进行打磨提浆，打磨自下而上，磨光机充分搓磨混凝土2遍。当混凝土面经磨光机提浆完成后,用铁板进行第一次收光，以表面平整光洁、无孔洞、气泡为准。然后待混凝土表面初凝前,再用铁板仔细抹光一遍，以达到密实、平整和光滑效果(见图6)。

图6 收面压光

12)养护。混凝土初凝后采用洒水湿润后，薄膜覆盖的方式养护。薄膜四周压重防止飞动，混凝土表面及所有侧面始终保持湿润。混凝土养护时间不少于28 d。

1.3 施工质量控制与检验

1.3.1 准备阶段的质量控制

1)编制专项施工技术方案，并报监理单位审查[2]。

2)严格执行施工技术交底制度，对施工工艺流程、操作技术、质量控制要点等向作业班组详细说明，并做好记录。

3)按规范要求，每次进场的原材料必须在监理工程师见证下取样送检，检测合格后才可运用到工程中，并在现场设置原材料标识牌。

4)混凝土配合比由实验室提交成果，并报监理单位审查批准[3]。

5)对混凝土拌合、运输和浇筑等设备等进行检查，确保设备完好，并与混凝土浇筑强度相适应。

1.3.2 施工过程中的质量控制

对渠基础清理、渠道开挖、渠道土方填筑、坡面修整、渠道衬砌垫层、土工布铺设、聚乙烯闭孔泡沫板、模板安装、混凝土仓面湿润、混凝土浇筑、养护等工序的质量控制按规范、标准及设计要求控制。

1.3.3 质量检测

1)制作混凝土试块：按照规定要求，施工班组每班制作相应数量的混凝土立方体试件，并在同条件下养护28 d。

2)外观质量检查：包括平整度、顺直度、蜂窝、麻面、表面裂缝等。

3)对养护龄期达到28 d混凝土部位进行钻孔取芯，并送专门检测单位检验[4]。

4)单元工程施工完成后，依据《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准》(SL631-2012、632-2012)的规定组织验收。

对检测不合格原材料、中间产品在监理工程师的见证下运离施工现场[5]；对检测不合格的混凝土衬砌断面，拆除重建[6]；对存在质量缺陷混凝土衬砌断面，按《水利水电工程施工质量检验与评定规程》(176-2007)规定处理。

1.4 特点分析

1)通过两次摊铺、两次振捣的分层施工工艺，渠道边坡衬砌的混凝土密实度大于一次摊铺振捣的施工工艺，且节省施工时间，质量保证率提高。

2)分层摊铺对模板具有一定的稳固作用，可防止模板歪斜或者偏移，衬砌的几何尺寸精确度提高，外形美观。

3)插入式振捣器和平板式振捣器的振捣顺序，可以避免斜坡面顶部的混凝土向底部流动，有利于斜坡面衬砌快速成型，施工方便。

4)非直线型区域的渠道衬砌采取通仓浇筑法施工，在通仓浇筑过程中施工人员很容易判断相邻分仓对接处的表面是否平整，进而工作人员可以随时控制调整相邻分仓对接处的表面平整度，提升非直线型区域的施工质量。

5)采用平整尺刮平，经过磨光和收面压光等工序后，渠道衬砌表面平整光滑,无蜂窝麻面,提升了整个渠道工程的美感度。

6)设计有伸缩缝的部位，用定制的弯折钢板替换常见的镀锌方钢管和木模板，由于弯折钢板与木模板相比其表面具有较小的摩擦系数，拆卸弯折钢板的过程中不易产生混凝土拉毛现象，同时，弯折钢板与镀锌方钢管相比其厚度较薄，拆卸弯折钢板后留下的缝隙更窄，聚乙烯闭孔泡沫板在弹性回复变形后可以完全将该较窄缝隙填充满，不会使施工得到的伸缩缝过宽，而且在拆卸弯折钢板的过程中，横板还方便工作人员施加作用力，有利于弯折钢板快速被拔出。

7)本工法适用于河道、渠道施工技术领域，尤其是非直线型河道、渠道现浇混凝土衬砌施工。

2 效益分析

2.1 经济效益

采用非直线型渠道衬砌施工工法，有助于流水作业施工，加快进度、缩短工期，提高施工效率，减少人机窝工现象的发生，节约施工成本，经济效益明显。

1)如宜昌市东风渠灌区续建配套与节水改造工程(宜昌市直部分)2019年度项目第三标段，施工内容主要是渠道疏挖衬砌11.554 km，计划工期2019年9月30日-2020年1月31日。采用非直线型渠道衬砌施工工法施工后，实际完成工期为110 d，比计划工期提前10 d，经计算，节约人工、机械、管理等费用18.86万元，占施工成本的4.37%。2019年11月，湖北省农村水利工程管理培训班的111名水利行业代表，实地查看项目施工现场，肯定了该项工作开展扎实，管理规范，措施有力，亮点突出，有很多值得学习和借鉴的地方。

2)如湖北省石首市久合垸重点中型灌区节水配套改造项目第1标段，施工时间为2019年12月4日-2020年4月14日，施工主要内容包括渠道疏挖衬砌4 km。采用非直线型渠道衬砌施工工法流水作业方式，渠道衬砌实际工期100 d，比计划工期提前15 d，节约人工、机械、管理等费用6.29万元，占施工成本比例2.30%，实际应用中效益明显。

2.2 社会效益

在质量检测中，边坡每100 m(双边)进行钻芯取样3组，取样近400组，检测结果表明，所有的芯样外观均为密实状态，强度满足设计要求。

在坡比为1∶1.5，斜面长为2 m的作业段面上，在相同作业人数(仓面作业人员12～14人)情况下，日均铺筑渠道能力增加11.2%，工期缩短与投资降低效果明显。

3 结 语

在山丘区中小型渠道工程中，普遍存在着断面不规则、弯多、渠顶通行条件受限等状况，因而在边坡混凝土衬砌施工中，如何在保证渠道边坡混凝土衬砌施工质量的基础上，缩短工期、节省投资，则需要水利技术人员深入研究。非直线型渠道边坡混凝土衬砌施工工法的研究与应用，较好的解决了非直线段渠道边坡混凝土施工衬砌的难点，但这些施工工法也不是一成不变的，既需要组织施工人员认真学习、逐步熟悉、掌握要领，更需要并在今后的施工中不断改进、完善。