排水沟机械化快速施工技术研究

邢 浩，吴佳润，李 瀚，郭冬冬

（1.中铁七局集团第四工程有限公司，湖北 武汉；2.中南大学 土木工程学院，湖南 长沙）

引言

近年来，我国交通运输事业发展迅速，公路里程大规模地增加，与水泥路面相比，沥青路面由于其具有平整无接缝、行车舒适性良好等优点而得到广泛使用[1]，但其使用性能会随着时间的延长逐渐退化。在降雨量丰富的地区，路面的排水不畅会导致沥青路面出现松散、坑槽等问题，影响行车安全以及路基的稳定[2]。因此，为保障公路工程排水通畅，通常在道路两侧或者一侧路基的坡脚外侧设置排水沟。传统路基排水沟施工工序繁多且复杂，导致施工时间长、施工效率低、施工成本高、施工质量较差。机械化快速施工技术从沟槽开挖和混凝土浇筑两方面改进传统路基排水沟施工工艺，改善了传统施工工艺造成的工程问题，提高施工效率，降低施工成本。

1 工程概况

由中铁七局承担施工的勐绿高速公路位于中国云南省，其跨越2 个县级行政区域，起止里程为：K63+424（干沟寨山1 号大桥起点）～ZK86+884（YK86+871）(石楼梯山隧道进口)，线路正线全长19.678 Km。该工程通过设置排水沟、截水沟以及边沟等排水设施，形成完善的高速公路路面排水系统。全线排水沟的形式以沿线地形地貌以及水文气象条件确定，其断面形式、尺寸也与其所接水沟相同，采用底边长l1为0.6 m、上边长l2为0.8 m、深h 为0.6 m 的梯形排水沟，排水沟设计技术如图1 所示。

图1 排水沟设计技术

2 机械化快速施工工艺要点

路基排水沟快速机械化施工技术流程如图2 所示。

图2 排水沟快速机械化施工技术流程

2.1 施工准备

在路基水沟开始施工前，组织技术员、实验员等有关人员对设计图纸以及相关施工技术规范熟悉了解，并对施工人员进行技术交底，组织参建人员参与上岗前技术培训。施工前对拌制砂浆的水泥、水砂等原材料进行进场检验，检验合格后方可使用。

2.2 测量放样

在测量放样前，需要对基层进行检查，确保基层表面平整、无杂物，保证滑模设备行走部位的稳定坚固，其高程与设计要求一致。技术人员根据设计要求确定排水沟设计断面尺寸、纵坡、伸缩缝位置，并使用全站仪对路基排水沟的中轴线以及滑模设备两侧的基准线进行放样，测出相应标高，放样后沿线路方向，用撒白灰或拉线的方式标识平面轮廓线与开挖线，并在地面上标出里程桩号，根据测量控制桩的标高确定开挖深度，避免超挖。

2.3 沟槽开挖

沟槽开挖采用小型挖掘机配置特异型挖斗进行开挖，特异型挖斗根据排水沟的尺寸设计进行定制，如图3 所示，其底板和侧板与设计的水沟轮廓尺寸相匹配，将特异型挖斗取出倒土之后，排水沟即可满足设计要求，达到一次性开挖成型的效果，并且沟槽的平整度较高。沟槽开挖达到设计标高时，立即报监理单位检查验收，并及时做好沟槽保护措施，减少雨水对沟槽的冲刷，尽量防止沟槽土体的扰动，保证沟槽的平整度。

图3 特异型挖斗

2.4 填砂砾垫层

监理单位对沟槽开挖验收合格后，为减少水沟土体的扰动，保证沟底与沟身的平整度，立即均匀铺摊砂砾垫层，再用人工夯实，砂砾垫层厚度为10 cm。

2.5 混凝土浇筑

混凝土浇筑采用液压动力式滑模法，在混凝土正式浇筑前，根据滑模机两侧的滑轮在沟槽两侧安装滑模机的行走轨道，将滑模设备安装就位，如图4 所示。滑模设备通过液压装置挤压受料仓中的混凝土, 完成混凝土的自动铺设，并通过挤压产生的反力行走，行走过程中滑模机配备的附着式平板振动器对混凝土不断振捣。在液压动力式滑模设备浇筑混凝土的过程中，严格控制设备的走行速度（最佳摊铺速度1 m/min左右），以确保浇筑质量，如果速度过快或过慢，都会造成鼓包、断裂等缺陷的产生。此外，滑模设备带有收光抹面装置，在浇筑混凝土的过程中自动完成收光，局部不平整的位置可由人工收光抹面。

图4 液压动力式滑模设备安装就位

2.6 设置沉降缝

混凝土容易出现收缩、沉降，导致产生裂缝，因此需要在适宜的位置设置沉降缝。每隔10～20 m 采用切缝刀切割一道缝宽为2 cm 的伸缩缝，确保上下贯通，保持缝内干净，填塞沥青麻筋，然后用水泥砂浆进行嵌缝处理。

2.7 混凝土养护

路基水沟混凝土终凝后，为防止混凝土表面开裂干缩，强度达不到设计标准，需要对混凝土进行养护。养护采用在混凝土表面均匀喷涂养护液，并用塑料薄膜覆盖其表面，养护时间不得小于7 天。

3 施工工艺对比

3.1 沟槽开挖工艺对比

传统沟槽开挖主要采用机械开挖方式为主，人工开挖方式为辅的挖土方式，小挖机配置传统挖斗按测量灰线进行开挖，预留10 cm 人工修槽清理，弃土随时清运。这种开挖方式容易造成超挖、欠挖，同时二次返工现象严重，施工效率低下，且施工成本较高[3]。

机械化快速施工的沟槽开挖技术则采用挖机配置特异型挖斗的开挖方式，特异型挖斗根据设计的排水沟形状进行定制，能够达到沟槽的一次性开挖成型，并且沟槽的平整度较高，不需要配置人员对沟槽进行修整，减少了人工的投入，加快沟槽开挖施工进程。

3.2 混凝土浇筑工艺对比

传统支模法混凝土浇筑施工工艺为：立模→混凝土搅拌→混凝土运输→混凝土卸落→混凝土浇筑→拆模，如图5 所示。其中，立模采用现场拼接，首先需要架设侧壁模板，然后将侧壁模板上方拼接，再安装纵横围檩，最后架设模板支撑。该工艺需要大量钢模板，增加施工成本，且工序复杂、工效低下、周转次数低，最后浇筑的混凝土成型质量差，容易出现蜂窝麻面。

图5 传统支模法混凝土浇筑施工流程

机械化快速施工技术采用液压动力式滑模法，省去了立模与拆模的工艺流程，加快了施工进程，减少钢模板的使用，节约了施工成本。液压动力式滑模设备还带有自动收光抹面装置，只需配置少量人员在局部不平位置收光，减少人工的投入。

两种方法施工工艺对比结果如表1 所示。

表1 传统路基水沟施工法与快速机械化法的工艺对比结果

4 施工效益对比

4.1 施工质量对比

传统沟槽开挖工艺的沟身平整度较低，且存在超挖欠挖等工程问题。混凝土浇筑分两次浇筑，整体性较差，容易漏振形成蜂窝麻面[3]。机械化快速成槽技术将挖斗取出倒土之后，即可得到平整度较高的沟槽。液压动力式滑模技术采用整体浇筑，附着式振捣器不间断振捣，结合设备前进的反向液压力对混凝土挤压密实，外观质量好，水沟的整体性较高，减少了漏振、蜂窝麻面等现象。

4.2 施工效率对比

传统路基排水沟施工工艺采用常规挖掘机开挖后，配置人员修整沟槽，混凝土浇筑分两次浇筑，每次需要立模、拆模以及混凝土振捣等工艺，每个班组配置1 名技术人员和4 名工人，实际进度为一个班组平均一天完成30 m，全线排水沟施工长度为19.678 Km，安排一个班组施工大约需要656 天完成。

液压动力式滑模设备理论上的摊铺效率可以达到60 m/h，考虑到混凝土的供应、振捣以及收光抹面等工序，同样每班组配置1 名技术人员和4 名工人，结合本项目的实践结果，机械化快速施工技术实际进度为一个班组平均一天完成100 m，完成整个项目的排水沟施工只需要大约197 天，与传统路基排水沟的施工效率相比节约了大约459 天，因此滑模施工工艺较传统支模法的施工速度大幅度提高，施工效率得到保障。

4.3 施工成本对比

两种排水沟施工方法所消耗的混凝土用量相差不大，在施工总量保持不变的情况下，混凝土的拌和以及运输成本也大致相同，因此主要由于人工费和机械使用费两方面的不同造成了施工成本上的差异[4]。以该项目的19.678 Km 排水沟施工进行成本对比分析。人工费用方面：按照人均每日工资300 元进行计算，根据前面施工效率的对比分析，传统路基排水沟施工工艺需要大约656 天完成，需要人工费用为98.4万元，而机械化快速施工工艺只需要大约197 天完成全线排水沟施工，只需要人工费用为29.55 万元。机械使用费用方面：传统施工工艺每日的机械租赁及相关费用大约900 元，滑模施工每日的机械租赁及相关费用大约1 500 元，则传统施工工艺与机械化快速施工工艺的机械使用费用分别为59.04 万元和29.55 万元。因此，完成该项目的全线排水沟施工，机械化快速施工技术较传统施工技术节约成本大约98.34 万元。两种方法施工效益对比结果如表2 所示。

表2 传统路基水沟施工法与快速机械化法的效益对比结果

5 质量控制

测量放样需精准放样，确保沟体线形美观，直线线形顺直，曲线线形圆滑。沟槽开挖时其断面尺寸必须准确，沟底平直，沟内无塌方，转角符合设计要求。采用液压动力式滑模装置施工前应对滑模机进行全面的性能检查与调试，具体包括模具、行走方向、液压装置各配件以及中控箱线路等。施工过程中严格按操作规程操作液压动力式滑模机，控制滑模机的摊铺速度在1 m/min 左右，严格控制好振捣器的振捣频率以及安装位置。混凝土拌和时根据实验室给出的配合比，确保混凝土的坍落度达到要求，混合料坍落度过大，滑出的混凝土变形也大，外观尺寸与形状达不到设计要求；坍落度过小，混合料内摩阻力增大，集料间粘结力小，滑出的混凝土不宜成型且表面蜂窝麻面严重，同时对模板的磨损较大。制备好的混凝土在运输过程中要保证混凝土不发生离析、漏浆、坍落度损失过多等现象，保证混凝土的质量。人工收光抹面要控制好时机与作业环境温度，尽量在混凝土浇筑后1 小时内完成收光抹面，环境温度过高时应加快收光抹面的速度。沉降缝切割后，清除缝内的杂物，保持缝内的干燥状态，选择合适的灌缝材料进行灌缝处理，并用水泥砂浆进行嵌缝。

6 结论

路基排水沟的施工通过采用机械化快速施工技术，在施工中用特异性挖斗开挖沟槽代替传统挖掘机开挖为主、人工修槽为辅的开挖方式，同时运用液压动力式滑模设备进行混凝土浇筑，代替了传统支模法施工，节省了立模、底板与侧板二次浇筑、拆模等工艺流程，同时滑模设备的使用提高了混凝土的浇筑质量，避免了混凝土烂根、蜂窝麻面等现象，施工速度快，同时节约了施工成本。