南水北調中線工程輝縣二渠坡襯砌施工

□代 福 □李立本 □張超魁 □魏 崧

（中國水電基礎局有限公司公司）

南水北調中線工程正在河南境內由北向南全面展開，輝縣二標段作為較早的施工段已經開始了全面的渠道襯砌施工。由于渠道襯砌混凝土的嚴格要求，施工過程中采用了目前國內先進的全自動渠道襯砌機進行自動化施工，這種襯砌機在國外已經較早采用，國內是近幾年才引進并改進的先進的生產設備，對于保證南水北調渠道混凝土的質量和進度起到了關鍵作用。

一、工程簡介

輝縣段是南水北調中線一期工程總干渠Ⅳ渠段（黃河北～

羑河北）的組成部分，位于Ⅳ渠段的中部，地域上屬于河南省的輝縣市。黃羑段總共分有9個設計單元，輝縣段是第5設計單元。該設計單元自修武縣與輝縣市交界的紙坊河左岸起（總干渠設計樁號為Ⅳ66+960）,與焦作2段的終點相接；終點位于輝縣市與新鄉鳳泉區交界的孟墳河左岸（設計樁號為Ⅳ115+900）。本標段為輝縣段第二施工標段，設計樁號為Ⅳ72+000～Ⅳ78+300，標段渠道長度6.3km，渠道主體工程設計基本為：采用全斷面C20W6F150混凝土襯砌，渠道坡比為1：2和1：2.5兩種，渠底寬為17.5m；保溫材料為厚度2.0cm、2.5cm的聚苯乙烯保溫板，保溫板下面鋪設5cm厚的粗砂墊層；防滲材料為復合土工膜；渠坡襯砌混凝土板厚度為10cm，渠底襯砌混凝土板厚8cm，渠坡分縫為每8m一條通縫，每4m一條半縫。

二、施工布置

（一）施工道路布置

混凝土襯砌施工道路主要以左、右岸沿渠道路為主干線，并利用開挖施工時預留的施工便道進入一級馬道和渠底。

（二）施工用水及用電

施工現場每隔20m左右安裝水箱，由水車流動供水。

從變壓器鋪設電纜至施工現場，并在現場設立一級、二級配電柜，保證施工用電；為了保證施工連續性，現場配有一臺120kW的柴油發電機組作為備用電源。

（三）拌和設備

拌和設備采用整體式拌和樓，為襯砌施工提供混凝土。

（四）運輸設備

為保證混凝土在運輸過程中的質量，所有混凝土運輸均采用8m3混凝土罐車，單車循環時間按40min考慮，則單車運輸強度約為12m3/h，共配置3輛8m3混凝土罐車。

（五）渠道襯砌配套機械

本標段渠道混凝土襯砌采用機械化專用設備渠道混凝土襯砌機施工，生產廠家為河北水工局，型號為PQJ-II型排振滑膜式坡面砌筑機，混凝土面磨光采用MGJ-6坡面磨光機，混凝土切縫采用7.5kW馬路切割機。

三、襯砌施工

（一）施工順序

襯砌作業機械化施工順序如下：

測量放線→軌道鋪設→削坡→齒槽、排水槽開挖→軟式透水。管安裝、砂墊層鋪設→保溫板鋪設→土工膜鋪設及焊接→混凝土立模、澆筑→混凝土養護、拆模→切縫→嵌縫。

（二）渠坡襯砌施工工藝

渠坡襯砌施工流程圖見圖。

圖1 渠坡襯砌施工流程圖

根據坡型具體特點、設計尺寸及規范要求，并結合以往類似工程的施工經驗，按照設計要求進行分塊。

渠道襯砌按照結構縫，分層分塊，渠坡橫向分為6塊，塊長為3.714～3.464m，渠坡橫向依次按誘導縫-半縫-通縫-半縫-通縫-半縫設置分縫，且順水流方向依次為通縫-半縫……-通縫-半縫。通縫、半縫設計寬2cm，半縫深度6cm；離下坡腳50cm處設置誘導縫，縫寬1cm，深4cm。

渠道邊坡襯砌細部結構如圖所示。

圖2 襯砌細部結構圖

（三）測量放線

布料機以及腳手架的定位要使用同一控制系統，布料機工作都依靠上下軌道上架設的鋼絲來控制，鋼絲架設的精度直接影響襯砌削坡建基面和成型混凝土的精度。分別在試驗段兩端準確放樣出鋼絲的位置，并埋設混凝土控制樁，以便以后可利用經緯儀穿直線法架設鋼絲，保證鋼絲架設的準確度。鋼絲固定后，削坡、鋪砂、立模、澆混凝土都以其為基準定位。

（四）軌道鋪設

1.軌道鋪設前，先放置控制樁，將基礎面平整并夯實，避免軌道負重后變形；渠底軌道下部高程以渠底混凝土面高程以下5cm左右；渠頂軌道下部高程低于渠頂混凝土面5～10cm。

2.鋼線設置：渠頂鋼線距上部立模邊線1m，渠底鋼線設置在距立模邊線3.25m處。

3.雨天過后，基礎變軟，軌道必然不均勻下沉。針對軌道下沉，將采取以下措施來解決軌道下沉問題：軌道下部墊約10cm的碎石，這樣雨天過后軌道雖下沉但下沉量不大，可以滿足安裝有自動檢測調節裝置的襯砌機使用。

（五）削坡

1.渠道坡面修整一般分兩步進行，第一步：機械設備先進行修整，但要求設備在坡面行走或工作時要注意保護層的預留，不能將坡面原土破壞。為保證削出的坡面平整，可以將挖掘機的斗齒改造成平板狀。渠道開挖成型后，測放出坡腳線和坡肩線，并安排人工隔5～10m的距離按照設計邊線預留5～10cm的保護層進行抽槽，方便設備工作時能很好地控制其尺寸，然后由現場技術人員控制指揮挖掘機進行粗削坡。設備根據人工抽的溝槽進行修坡，很好地控制了超欠挖現象，給后期人工精修坡減少了很多工作量。第二步：人工進行坡面精修整，人工修坡只需根據測量放樣點進行加密控制坡頂高程、坡面高程、平整度和渠底的開挖高程。渠道襯砌混凝土的一個關鍵環節就是坡面的超欠挖現象的控制，這就要求測量放樣時特別要仔細，給現場施工人員出具的放樣單要準確無誤，現場施工人員再根據測量放樣單加密控制，一般加密采用網格掛線法進行，修坡時隨時檢查超欠挖進行修補，將平整度控制在±5mm，使用2m靠尺進行檢查。如遇到膠結石、塊石等堅硬底層，不易采用反鏟等大型設備挖掘，宜采用人工破碎或液壓破碎的方式先行破碎處理，再進行開挖。避免超挖后造成原始地面擾動破壞。削坡應自上而下進行，將削坡土刮至渠底，再由自卸車運至指定地點。

2.渠肩修整：以渠肩線控制樁向外30cm處為渠肩平臺，相鄰控制樁掛線，現場施工員用水準儀精確控制渠肩高程，人工對渠肩平臺進行清理。為防止路緣石安裝時砂墊層塌落形成空洞，渠頂部清理至砂墊層頂部高程。

3.削坡工序完成后，當下道工序不能及時施工時用塑料布對新鮮面進行覆蓋。防止雨水沖刷，以達到坡面不開裂、不變形、不出現雨淋溝的目的。

（六）齒槽、排水槽開挖

1.開挖順序：挖排水槽→削排水槽以下坡面→坡腳齒槽開挖。

2.挖齒槽用小型挖掘機，挖至基本成型，再用人工修整和清理多余土料，必要時將對齒槽邊、底采用水泥砂漿處理，以達到平整。如遇到砂礫石或膠結石地層，挖掘機難以施工的情況可采用液壓錘破碎后人工開挖或者直接人工開挖的方式。

3.挖排水溝槽，使用人工開挖排水溝槽，經驗收合格后，鋪設粗砂。

（七）排水管鋪設、安裝

在坡腳位置布設一排縱向集水暗管，每隔16m設一道橫向連通管，且橫向連通管繞過齒墻底部鋪設。

（八）逆止閥排水器安裝

逆止閥定位要精準，表面與坡面平行，且不能高于襯砌坡面。逆止閥設置兩道止水環，一道嵌入混凝土內，一道與復合土工膜相接，止水閥與復合土工膜采用粘結墊粘結，粘結墊與土工膜及止水閥粘接牢靠，安裝時將土工膜粘在托盤下面，上層土工布粘在托盤上面，安裝完成后用透明膠布將頂面封死，防止混凝土澆筑時堵塞。

（九）鋪砂

1.砂墊層鋪設前準確測定砂的含水率。如含水率比較低，可在鋪砂過程中灑水處理，保證砂墊層振搗密實。

2.排水槽先鋪5cm砂墊層，然后布設軟管，軟管布設后分兩層鋪砂，每層灑水，然后用振搗器振實。嚴禁出現排水槽內一次性鋪滿，且未澆水搗實的現象。

3.鋪砂前，在削好的坡面上掛3條線，同一斷面兩條作為鋪料前對機器的矯正，在另一斷面掛一條作為鋪砂過程中對機器的矯正。

4.砂墊層的鋪設厚度要高于設計厚度，一般鋪設7cm左右，壓實后達到設計厚度50mm。砂墊層鋪設時，一定要同時開啟平板振搗器以保證砂墊層的相對密度。

（十）保溫板的鋪設

1.掛線鋪設：首先定出保溫板下部基準線，由下而上梅花形緊密鋪設，錯縫寬度一般為40～60cm。

2.鋪保溫板時，保溫板上面防滑槽朝上，竹簽或一次性筷子應垂直坡面并稍向下傾斜，不準垂直向下；且竹簽頂部應打入保溫板上面以下3mm。鋪板前，需清除砂層表面多余虛砂，并將基礎整平，保證保溫板緊貼基面，無架空、不下滑。接縫緊密平順，兩板接縫處的高差≤2mm。

3.頂部拼接小塊保溫板容易受風吹、其它外力作用后移位變形，在薄弱處采取透明膠帶粘貼，確保頂部小塊牢固、穩定。

4.必須裁掉伸入齒槽內的保溫板，架空處用泥土填實。

在鋪板時要注意板與板之間、板與坡面基礎之間緊密結合，這樣對襯砌混凝土的施工質量有保障，位置放好后用竹簽或一次性筷子從板上面釘入，鋪好的板上面嚴禁穿帶釘鞋行走，以免損壞板的表面。

（十一）復合土工膜的鋪設

1.復合土工膜在采購時幅寬≥5m，既要滿足使用又要考慮便于保護。上部留夠設計長度并加5～7cm，下部留夠搭接長度并加2～5cm，鋪設時按設計要求順水流鋪設，上游幅壓下游幅。

2.土工膜在焊接前務必拉展，不能有褶皺。接縫處的土工布采用機械縫合，土工膜采用PH-501隧道防滲膜焊接機進行熱熔焊接。土工膜焊接采用雙焊縫焊接。雙焊縫寬度宜采用2× 10mm，搭接寬度≥10cm。應防止發生漏焊、燙傷和褶皺等缺陷。土工膜接縫焊結強度不得低于母材的80%。在焊接過程中和焊接后2h內，焊接面不得承受任何拉力，嚴禁焊接面發生錯動。檢測壓力≥0.15MPa，持續2～5min。

3.復合土工布縫合后，上下部折疊方向應相反，防止搭接處過厚造成混凝土坡面局部過薄，且上層折疊方向應順水流方向。

4.土工膜上不允許人員行走，不允許拋擲帶利刃的物品，土工膜施工現場禁止吸煙。

5.新老工作面搭接處，土工膜要預留4m，方便平順搭接。

6.齒槽內土工膜不能懸空。

鋪設好的復合土工膜由專人看管，防止被人為或機械刮傷，保持表面清潔。為方便施工人員行走，土工膜又不被破壞，制作行走梯放在渠道坡面，根據實際施工情況進行移動，這樣既避免土工膜被破壞，又能使現場施工人員在坡面上行走，還可避免因土工膜被破壞所造成的經濟損失和返工。

（十二）立模

1.下部齒槽開挖后，齒槽渠底側邊，即為立模位置。

2.上、下部模板支撐要牢固。模板采用槽鋼加固而成，保證整體的平整度。

（十三）襯砌混凝土施工

目前就國內來說襯砌機生產廠家有很多，但進入河南南水北調市場的生產廠家僅有山東水總、山東蒙陰、北京華陽、河北水工局等四家單位，本工程選用的是河北水工局生產的襯砌機。混凝土面板作為最后的成品呈現出來，其外觀質量的好壞直接影響到工程的形象。因此混凝土澆筑中應從每一個小環節控制。

1.混凝土施工配合比要適當調整，混凝土拌和物要以滿足襯砌機施工為準。

2.必須控制好混凝土拌和物，出機口坍落度為5～7cm，運至現場入倉坍落度控制在4～6cm，拌和物不符合要求嚴禁入倉。

3.混凝土攪拌運輸車（以下稱運輸車）就位后卸料前，先將拌和車轉動1min，使入倉料拌和均勻。為便于卸料，卸料人員可用少許水濕潤運輸車的下料槽和布料機輸送帶。運輸車輛卸料自由下落高度應≤1.5m。

4.試驗段施工中確定振搗時間、工作速度等參數，作為大面積渠道混凝土襯砌的工作參數。

5.襯砌施工中應專人檢查振搗棒的工作狀況，若發現襯砌后的板面上出現露石、蜂窩、麻面或橫向拉裂等現象，須停機檢查、修理或更換振搗棒，并對已澆筑混凝土進行處理；初凝前的混凝土進行補振，初凝后的混凝土進行清除，并采取填補原漿混凝土，重新振搗。

6.渠坡襯砌的頂部出現缺料、漏振時，應及時人工補料，并采用振搗棒和平板振搗器輔助振搗。

7.當襯砌機行走前移時混凝土表面出現帶狀隆起，表明振動碾壓小車高度設置有誤，應及時調整，并重新碾壓。

8.根據氣溫情況確定混凝土澆筑抹面時間，剛開始固定磨光機上下4mm的活動范圍，待混凝土有一定強度后完全松開抹面機，靠其自重磨光。

9.上下棱角由專業人員拉線施工，保證上下棱角為一條直線。

10.坡肩、坡腳和周邊的施工要專人負責。采用人工輔助布料，插入式振搗棒或手提式平板振動器進行振搗。坡腳處要分兩次布料、振搗。插入式振搗棒振搗模板周邊時，不宜過快。對坡肩及坡腳的折線部分，應以靠尺定型，以使折角整齊，外觀美觀。對已經拆模的混凝土要注意成品的保護，防止邊角破壞。

11.當襯砌機出現故障時，應立即通知拌和站停止生產，在故障排除時間內襯砌機內混凝土尚未初凝，允許繼續襯砌。停機時間超過2h，應將襯砌機駛離工作面，及時清理倉內混凝土，出現故障后澆筑的混凝土需進行嚴格的質量檢查。

（十四）混凝土養護

1.混凝土澆筑成型后，先用塑料薄膜及時覆蓋，防止表面水分散失而形成表面裂紋，待切縫后用專用養護膜覆蓋。

2.保溫養護：當出現低溫或負溫天氣時，應采取保溫措施養護。

（十五）切縫

混凝土澆筑后掌握好切縫時間很關鍵，根據類似工程經驗，確定在下列表1情況時進行。

表1

（十六）填膠嵌縫

混凝土強度達到要求之后，在切割的縫內填聚乙烯閉孔泡沫板，接近混凝土面2cm處填充聚硫密封膠。

（十七）安裝路緣石

一是混凝土澆注完畢后及時安裝路緣石；二是路緣石安裝前，應該用土封住混凝土面板上沿外側，防止堤頂雨水進入坡面砂墊層；三是路緣石不能及時安裝的，應做好外露土工膜的保護，可折疊用土覆蓋。

四、混凝土質量控制

綜上所述，襯砌混凝土在生產過程中根據實際配備的人員、設備情況進行調整澆筑速度，不能盲目搶趕工期，不注重混凝土質量。

（一）平整度

平整度一般先從人工修坡工藝進行控制，再就是保溫板鋪設時用砂土或細砂找平進行控制，最難控制也是最容易出現問題的就是混凝土襯砌時的平整度控制，混凝土襯砌完成20min后抹光機進行工作，抹光機在坡面上的行走主要是靠渠頂絞車慢速絞動行走，絞動速度控制在3m/min，抹光機完成抹面后抹面工坐在抹面桁架上對局部不合格面進行人工抹面。電動抹面機進行收面，局部不平整部位人工再進行處理。

（二）混凝土密度

混凝土密度也是建設單位最關心的一項指標，但唯一有弊病的就是混凝土設計密度遠遠大于規范要求密度，一定程度上很難達到要求。最初襯砌混凝土設計級配為二級配，混凝土密度為2380kg/m3，含氣量控制在4.5%～5%，后來修訂的有關機械化襯砌的施工規范中規定襯砌混凝土級配為一級配，混凝土密度仍為2380kg/m3，含氣量控制在4.5%～5%，砂石骨料沒有改變。從各種規范中查得含氣混凝土一級配控制在2320kg/m3，根本達不到要求。另一方面就是從混凝土拌和、運輸、布料以及現場振搗施工工藝要做好，否則更不會達到要求。提高混凝土密度或者更換砂石骨料，或者將設計指標降低，按照國家發布的規范進行控制，提高現場施工工藝、振搗能力并不能改變本質。

五、結語

輝縣二標渠坡襯砌施工在輝縣前段是第一個開工的標段，在整個新鄉段也是開始較早施工的標段，由于此類工程的實際施工經驗不足，施工過程中也遇到了一些小問題，比如混凝土平整度不夠的問題，混凝土坍落度控制的問題，混凝土表面裂縫的問題等等。經過學習研究其他標段的施工成果并不斷摸索，終究圓滿解決，渠坡襯砌施工過程中控制的要點有很多，但目的只有一個——確保混凝土的內在質量要求和外觀質量要求，達到混凝土內實外光的效果。