PHQZJ—Ⅰ排振滑模式坡面砌筑機混凝土施工工法

王步新 王乃超 李進亮

(河北省水利工程局 石家莊 050021)

1 概述

南水北調中線干線工程渠段地質條件變化較大，渠道襯砌結構、坡長、坡比差異較大，分縫較多，過水斷面混凝土襯砌厚度、表面平整度、密實度及光潔度等設計指標要求較高，采取傳統的渠道人工跳倉施工方法和工藝，及美國高馬克(Gomaco)公司、意大利瑪森薩(Masser)公司研制的渠道襯砌機無法達到目前南水北調中線工程設計坡長的要求，在有限施工工期內很難按期保質保量完成施工任務。

PHQZJ—Ⅰ排振滑模式坡面砌筑機襯砌施工工法旨在規范和指導南水北調中線干線工程渠道混凝土襯砌施工管理，確保工程質量。將混凝土機械化襯砌施工從人、機、料、法、環等環節進行了施工工法指導和規范。

2 工法特點

與國外同類渠道機械化襯砌施工技術和國內機械化襯砌技術在南水北調工程山東省濟平干渠工程施工過程首次應用相比，該工法解決了不同地質條件(砂土、砂壤土、壤土、砂礫石、膨脹土、濕陷性黃土)、不同坡比(1∶1、1∶1.5、1∶1.75、1∶2、1∶2.5、1∶2.75、1∶3)、不同結構型式(保溫板+復合土工膜+混凝土、砂礫石墊層+復合土工膜+混凝土、粗砂找平層+復合土工膜+混凝土、混凝土)和不同材料(保溫板、復合土工膜、聚乙烯閉孔泡沫板、聚硫密封膠)、施工檢測檢驗和質量評定標準——削坡平整度(2m靠尺允許偏差:擬鋪設砂墊層20mm/2m;其他情況10mm/2m)、襯砌厚度(允許偏差:設計值的－5% ～+10%)、坡面平整度(≤8mm/2m)、伸縮縫順直度(≤15mm/20m)、密實度等設計指標要求。針對不同季節、不同施工環境，本工法也提出了渠道襯砌施工中襯砌機的襯砌速度、振搗時間、抹面壓光的適宜時間和遍數等襯砌施工參數，為合理配置各種資源提供了依據。

3 工藝原理

排振滑模式坡面砌筑機為集受料、運料、布料、鋪平、振搗、提漿、出面、行走等多個功能為一體的坡面混凝土襯砌設備，動力傳動方式為電動機傳動，包括皮帶輸送機、螺旋布料機、振搗系統、整機運行、升降系統等。適應多種坡度及坡長坡面混凝土跳倉澆筑、連倉澆筑。

3.1 砌筑機主要組成部分

排振滑模式坡面砌筑機主要包括行走機構、機架、皮帶輸送機、升降機構、攤輔系統、輔機及電氣控制系統。

3.2 砌筑機基本參數設計

a.布料寬度為3m，布料斗寬度確定為2970mm，兩側各留15mm。

b.布料電機采用電磁調速裝置，最大速度為:6m3混凝土拌和運輸車卸料能力為6m3/8min=0.75m3/min。

渠坡每塊砌筑混凝土量為(以南水北調中線干線京石段應急供水工程S15標為例):18.9m(坡長)×3m(寬)×0.1m(厚)=5.7m3;

每塊襯砌時間為:5.7m3/0.75m3/min=7.6min。砌筑機沿坡面方向布料線速度為:18.9m/7.6min=2.5m/min;

設計時取攤鋪機布料線速度最大為:v=3m/min。

3.3 振搗方式設計

砌筑機振搗采用排振滑模式，在3m方向上均勻布置10根振搗棒。振搗棒選用AT49型電動自振震搗器，頻率為12000r/min。

3.4 電氣設計

采用集中控制，控制室設在主皮帶機梁底節頂部，主要控制大車行走、攤鋪振搗系統、皮帶機運行及整機升降整等功能。

3.4.1 系統行走電氣控制設計

行走系統由4臺1.5kW錐型轉子電動機、變速系統及箱體組成，其行走速度為5m/min，控制系統采用分級控制方式，上、下行走電動機可同步或分步，滿足了直渠段和彎渠段渠坡襯砌的要求。

3.4.2 整機升降電氣控制設計

整機升降采用4臺25t升降機來實現，升降電機為4臺2.2kW電動機，電機同升降機間采用V帶傳動。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

本工法施工工藝流程如下圖1所示。

4.2 操作要點

4.2.1 一般規定

a.施工單位的試驗、質檢人員應符合合同規定的有關資格要求。關鍵工序的作業人員，如削坡設備、渠道混凝土襯砌設備、抹面設備的操作人員應經培訓后上崗。上述人員宜相對固定。

圖1 排振滑模式坡面砌筑機施工工藝流程圖

b.拌和站的生產能力應滿足混凝土澆筑強度的要求，混凝土拌和、運輸與澆筑作業應匹配。拌和站應有完整合格的計量設施，并有減塵降噪等環境保護措施。

c.襯砌混凝土配合比應滿足強度、耐久性和經濟性等要求，并滿足機械化襯砌混凝土施工的工作性要求。

d.渠道混凝土機械化襯砌施工應先進行生產性施工檢驗，檢驗段長度一般不小于100m。通過生產性施工檢驗確定襯砌速度、振搗時間、抹面壓光的適宜時間和遍數、切縫時間等襯砌施工參數，確定輔助機械、機具的種類和數量，確定施工組織形式和人員配置，制定可操作性的施工組織方案。

4.2.2 襯砌設備安裝及調試

a.襯砌機、抹面機、工作臺車應同軌，其軌道規格應與襯砌機型式相匹配，軌道平行于渠道中心線鋪設，一般上軌道在坡肩模板0.5m以外，下軌道在坡腳模板1.0m以外。鋼軌宜鋪設在枕木或墊板上，枕木或墊板的間距一般控制在0.8m以內。鋼軌采用鐵道用鋼軌，安裝后測量要求軌道中心偏差不大于2m，鋼軌接頭處高差不大于1mm，軌道不平度10m不大于3mm。

b.襯砌機軌道鋪設的質量是保證襯砌混凝土質量的關鍵，襯砌機安裝完畢后應在軌道上反復行走幾遍，使軌道處于穩定狀態。襯砌機軌道坡降應與渠道坡降保持一致，襯砌前和襯砌施工中應經常校核軌道的方向和高程。

c.調試應遵循“先分動，后聯動;先空載，后負荷;先慢速，后快速”的原則。調試內容主要包括:電控柜的接線是否正確，有無松動;接地線是否接地正常;聯結件是否緊固，各潤滑處是否按要求注油;調正上下行走裝置的伺服系統或頻率使其同向、同步;振搗系統能否正常工作。

d.試車先進行空載試車，應無沖擊及較大的周期性噪聲。空載試車一切正常后進行負載試車，試車時應先開車后投料，并使物料均勻、連續、緩慢地投入，停車時應先停止加料，待物料排空后再停車。

4.2.3 模板支立

a.渠道橫向通縫模板宜采用寬度與襯砌混凝土厚度相同、相互連接為整體的槽鋼作為側模;齒槽和坡肩模板優先采用定型鋼模板，并與渠道橫向通縫模板相連。采用壓設砂袋或預制塊等固定方法固定模板。

b.混凝土襯砌施工過程中測量人員須隨時對模板進行校核，保證混凝土分縫順直。

4.2.4 混凝土布料施工

a.施工過程中，渠道襯砌施工作業人員要分工明確、職責分明、各負其責、協調工作。襯砌過程中作業人員應相對固定。

b.專人負責指揮布料。布料前質檢員對混凝土拌和物進行坍落度和含氣量等按有關規范進行檢測。

c.混凝土攪拌運輸車就位后卸料前，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不大于1.5m。

d.排振滑模式坡面砌筑機沿垂直軸線方向，采用皮帶輸送機布料，混凝土經輸送帶運至襯砌機側面設置的分倉料斗，以自行式滑動刮刀分料。施工中應設專人監視各分倉料斗內混凝土數量，保持各料倉的料量均勻，防止欠料。開動振動器和縱向行走開關，邊輸料，邊振動，邊行走。施工時應控制布料厚度，松鋪系數根據坍落度大小由生產性施工檢驗確定。當坍落度為4～6cm時松鋪系數宜為1.1～1.15之間。

e.排振滑模式坡面砌筑機振搗采用排振滑模式，在3m方向上均勻布置10根振搗棒。振搗棒選用AT49型電動自振振搗器。通過自振式振搗棒組成振搗排插入混凝土內，對混凝土進行深層振搗和表面提漿，保證了混凝土整體密實度和表面漿液豐富。

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

4.2.5 襯砌施工操作中注意事項

a.施工中嚴格按照生產性施工檢驗確定的振搗時間、工作速度等參數執行，做到混凝土不過振、漏振或欠振，達到混凝土深層振搗和表面提漿的效果，利于混凝土抹面和整平。

b.襯砌施工中應有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、麻面或橫向拉溝等現象，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，并填補混凝土，重新振搗。

c.進入彎道施工，要調整上下軌道行進速度，保證襯砌機始終與渠道上口線保持垂直工作狀態。4.2.6 施工過程中停機時的操作

a.停機同時應解除自動跟蹤控制，升起機架，將襯砌機駛離工作面，清理粘附的混凝土，整修停機襯砌端面，同時對襯砌機進行保養。

b.當襯砌機出現故障時，應立即通知拌和站停止生產，在故障排除時間內如澆筑面上的混凝土尚未初凝，可繼續襯砌。

4.2.7 抹面施工

4.2.7.1 抹面機抹面施工

a.混凝土抹面機應與襯砌機共用軌道，通過支腿的調節滿足襯砌坡比的需要，并應具備自行走系統，保證壓光襯砌坡面平整度。

b.混凝土抹面機采用抹盤和抹片分別抹面。抹盤抹面起擠壓及提漿整平功能，抹片起壓光收面功能。

c.坡面混凝土抹面機桁架懸掛電動抹光機，沿襯砌坡面往返抹面。抹面壓光在渠道襯砌混凝土澆筑寬度約有3～4m時開始。第一次抹面時需安裝抹盤，抹盤對襯砌混凝土面進行平整和提漿，將裸露于表面的小石子壓入混凝土中。首次抹面時，混凝土表面較軟，宜自坡腳至坡肩進行，抹盤以剛好接觸到混凝土表面為宜。抹光機每次移動間距為2/3圓盤直徑。

d.根據澆筑時間、天氣狀況、濕度情況，第二次抹面時間一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面仍需使用抹盤，主要是找平。抹面中隨時用2m靠尺檢查混凝土表面的平整度，調整抹面機高度及斜度，保證抹盤底面與襯砌設計頂面重合，漿液厚度不應超過1.5mm。第三次采用抹片抹面，提高襯砌混凝土表面的光潔度。

4.2.7.2 人工抹面施工

a.施工中應選用工作臺車作為人工抹面平臺。工作臺車采用桁架焊接而成，可調節高度和坡比。施工中，抹面臺車應優先選用具有自行走功能的桁架。嚴禁操作人員在混凝土表面行走和抹面。

b.抹面壓光應由專人負責，并配備2m靠尺檢測平整度，混凝土表面平整度應控制在8mm/2m。人工采用鋼抹子抹面，一般為2～3遍。

c.初凝前應及時進行壓光處理，清除表面氣泡，使混凝土表面平整、光滑、無抹痕。襯砌抹面施工嚴禁灑水、撒水泥、涂抹砂漿。

4.2.8 混凝土養護

a.襯砌混凝土保證濕潤養護不少于28天?；炷琉B護設專人負責，并做好養護記錄。

b.抹面完成后應及時采用草苫、草簾、氈布等浸濕后覆蓋養護或采用噴施養護劑養護。養護劑噴灑量、成膜厚度、噴灑時間應通過現場試驗確定。

c.干熱風天氣施工時，宜采用噴霧器不間斷噴霧改善混凝土施工部位環境濕度。

d.當出現低溫或負溫天氣時，應采取保溫措施養護。

5 安全措施

5.1 一般規定

工法實施過程中應遵守國家、地方(行業)有關安全生產法規規定，特殊施工人員應持證上崗。施工前，應對相關人員進行安全文明生產教育，牢固樹立“安全生產、預防為主”的思想。

5.2 機械化襯砌安全生產規定

a.應遵守拌和站、運輸車輛、襯砌機及施工輔助機械設備的安全操作規程。

b.清理拌和站內混凝土時，應安排專人值守操作臺。

c.混凝土運輸車輛倒退、卸料有專人指揮。

d.施工中，嚴禁在襯砌機支腿上站人及操作，夜間施工應有照明裝置，并有明顯的警示標志。

e.在施工維修焊接時，電焊機作業面要避開土工膜和保溫板，以免被電焊火花燃著。

f.襯砌機行走中，施工人員要聽從電鈴，電鈴連續響3遍后再開始行走。注意行走時的安全。

6 結語

本工法已經在南水北調中線京石段應急供水工程(委托河北建設管理項目)、南水北調中線一期工程京石段應急供水工程(石家莊至北拒馬河段)、南水北調中線干線工程天津干線工程天津段、南水北調中線一期總干渠安陽段、南水北調中線干線工程漳河北至古運河段等南水北調工程中得到應用和推廣。隨著南水北調東線和西線工程的全面啟航，水利大壩、河道堤防等混凝土護坡工程的施工，本工法也將逐步代替原有施工方案。