混凝土護坡機械襯砌工藝在南水北調中線工程中的應用

金正偉

混凝土護坡機械襯砌工藝在南水北調中線工程中的應用

金正偉

南水北調中線工程總干渠全長約1432km，其中明渠長度為1103km，設計采用現澆混凝土。如采用傳統的人工操作，用工量大，施工質量不易控制，施工效率低。安徽水利開發股份有限公司在南水北調中線工程方城八標明渠施工中對于渠坡（精修）、混凝土澆筑、收光等工序全部采用機械化施工，通過不斷地摸索和改進，最終形成了一套成熟、高效、先進的混凝土渠坡機械襯砌施工工藝，不僅減少了用工量，保證了質量，同時提高了效率，縮短了工期。

一、工藝原理

采用皮帶輸送機輸送混凝土，通過輔助設備控制布料，實現在坡面定點均勻布料。利用高頻振搗器振搗影響半徑大的特點，在連續布料和機械行走時從將要攤鋪成形的混凝土上部進行振搗，使攤鋪成形后的坡面混凝土達到密實狀態。

二、施工工藝流程及操作要點

1.施工工藝流程

施工測量、放樣（軌道鋪設）→坡面粗修（削坡機安裝）→精修（襯砌機、抹光機及人工收光平臺安裝）→排水板安裝→復合土工膜鋪設→混凝土布料、振搗（混凝土原材料檢測、配合比設計、混凝土拌制、運輸）→機械抹光→人工壓光（養護）→伸縮縫施工→密封膠填縫→質量檢測、驗收。

2.操作要點

（1）設備安裝

根據設備的結構尺寸、坡肩和坡腳線確定軌道位置和高程，所有設備共用同一軌道；襯砌設備采用吊車安裝就位，就位后調整機架，保證與設計坡比一致。

（2）坡面粗修

粗削坡采用挖掘機施工，保護層宜控制在10cm左右，可采用先抽槽、后擴挖的方法。具體施工方法是沿渠道軸線方向每隔約10m用挖掘機自上而下開挖一道約1m寬的槽子，抽槽過程用全站儀控制，避免超挖，然后相鄰兩個槽子之間坡面土方可直接用挖掘機挖除。

（3）坡面精修

坡面精修采用QZDXPJ-300型渠道基面削坡機，可自動清理修坡余料至坡底。削坡前根據軌道高程和坡面特征點設計高程調整進刀深度，預留層較厚時可分兩次削到設計坡面，削坡過程中隨時觀測坡面是否符合設計要求，以便及時矯正削坡機。坡面不允許欠挖，超挖深度不大于1cm。

削坡進度應與混凝土襯砌進度相適應，以免削坡面積過大，擱置時間過長，造成基面受損。

3.排水板安裝

先采用墨斗彈線定位，后采用手持切割機進行溝槽切邊，最后采用人工開挖已切部分的土料，排水板鋪設從低向高方向鋪設，板與板之間要緊密結合。排水板鋪設應平整且與渠坡緊密接觸，并用鋼釬釘牢，不得出現局部懸空現象。

4.復合土工膜鋪設

（1）渠坡：由坡肩自上而下滾鋪至坡腳，中間不應有縱向連接縫，渠坡和渠底結合部以及和下段待鋪的復合土工膜部位要預留足夠的長度，一般控制在50～80cm，坡肩處預留復合土工膜的長度應滿足設計要求。鋪設過程采用編織袋裝土覆壓，隨鋪隨壓，以防止復合土工膜滑移。

（2）渠底：使復合土工膜幅寬與渠軸線垂直，沿渠軸線方向按先下游后上游、上游壓下游的順序滾鋪。渠底復合土工膜橫向連接縫與坡面復合土工膜接頭縫均應相互錯開100cm以上。

5.襯砌機運輸、布料振搗

（1）襯砌混凝土由拌和站集中拌制，混凝土攪拌運輸車運至布料機輸送帶上，為便于混凝土攪拌運輸車卸料，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不大于1.5m。

（2）混凝土襯砌采用SM8300型襯砌機施工，該襯砌機利用皮帶輸送機布料，襯砌機的側面設有分倉料斗，分倉料斗底部設有1200Hz高頻振搗器，機架頂部的輸送帶上設自行式滑動刮板可將混凝土分配至各個分倉料斗。坡肩、坡腳齒槽和周邊模板位置須人工輔助布料。

（3）根據襯砌機的襯砌速度結合設計圖紙渠道伸縮縫間距要求，分縫模板的位置應與通縫重合。渠道橫向通縫模板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。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）鋪料前，首先在現場及時檢測罐車出口混凝土的坍落度，不滿足要求時應及時調整；過程中要控制好布料厚度，松鋪系數根據坍落度大小由試鋪確定。當坍落度為4～6cm時松鋪系數宜為1.1～1.15之間。

（5）鋪料時設專人操作自行分料刮板，使各分倉料斗內混凝土數量均勻，在各分料倉混凝土料達到2/3后，先開動高頻振搗棒15～20s，接著再開動襯砌機行走機械進行坡面混凝土攤鋪施工。進入彎道施工，要進行上下軌道行進速度調整，保證襯砌機始終與渠道上口線保持垂直工作狀態。

（6）襯砌機的行走速度、留振時間，布料速度等應嚴格按照試驗段確定的施工參數進行，做到不漏振、不欠振，達到混凝土深層振搗和表面提漿的效果。

（7）在襯砌機鋪料后，為防止靠模板面混凝土振搗不密實，須用插入式振搗器對模板周邊混凝土進行二次振搗。

6.機械抹光

（1）坡面抹光采用大型可調壓力式桁架抹光機，該抹光機的抹盤在垂直邊坡方向具備自動伸縮功能，最大伸縮可達10cm。

（2）混凝土攤鋪機后面的攤鋪寬度約有2～3m以上時，便可用抹光機進行抹面、收平、進一步提漿，首次抹面時，混凝土表面還比較稀軟，從下而上進行，抹光機的適宜高度以剛好接觸到混凝土表面為好。

（3）抹光機每次移動間距為2/3圓盤直徑，在連續作業時能保證不發生漏抹、表面均勻一致為宜。

（4）機械抹面次數一般控制在2遍以內，鋪料后抹一次，當混凝土開始初凝時，再用圓盤面連續抹面一次，以表面平整、提出的漿面均勻為宜。

7.人工收光

（1）人工收光采用可自動行走的工作臺車作為人工抹面平臺，收光時嚴禁操作人員在混凝土表面行走和抹面。

（2）抹光機把混凝土表面進行抹平以后，用手指輕壓混凝土表面，當表面發硬、但稍有痕印時，便可及時進行壓光處理，消除表面氣泡，使混凝土表面平整、光滑無抹痕。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。

8.伸縮縫施工

伸縮縫分為半縫和通縫，半縫深度為混凝土板厚的0.5～0.75倍，通縫深度為貫穿混凝土板厚度。原則上混凝土面板的伸縮縫切縫時間控制在30～35h后進行，為保證坡面不出現裂縫，切縫時機宜早不宜遲，以切割過程中混凝土不出現缺棱掉角為準，伸縮縫下部用聚乙烯閉孔泡沫板填充，頂部用2cm聚硫密封膠填充。

9.養護

襯砌混凝土屬薄板結構，抗裂要求較高，人工抹光結束后即進行養護，養護方式為土工布（氈布）覆蓋加灑水養護，安排專人進行灑水養護，采用小水流、勤噴灑方式，同時根據氣候條件適當增加養護周期，襯砌混凝土養護不少于28d。

三、材料與設備

1.材料

水泥：選用大型回轉窯生產的符合GB175、GB748規范要求的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，含堿量不大于0.6%。粉煤灰：選用燒失量、需水量比低的Ⅱ級以上散裝粉煤灰。

砂、石骨料：選用無堿活性反應，且物理力學性能指標滿足設計及《水工混凝土施工規范》（DL/T5144-2001）要求的材料。

水：混凝土拌和用水應滿足《水工混凝土施工規范》（DL/T5144-2001）要求。

復合土工膜：采用不摻有再生料的無色透明膜。

2.設備

設備配備應按照表1的規定確定。

表1　混凝土護坡機械襯砌設備類型及參數

四、渠道混凝土機械襯砌施工注意事項

1.混凝土坡面施工質量控制

（1）渠道機械襯砌施工前必須先進行生產性試驗，試驗段長度一般不小于100m。通過生產性試驗確定襯砌速度、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等。

（2）襯砌機軌道鋪設的質量是保證襯砌混凝土襯砌成型的關鍵，襯砌機安裝完畢應在軌道上反復行走幾遍，使軌道處于壓實狀態。襯砌機上、下軌道鋪設高程應分別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。

（3）嚴格控制混凝土的配合比，根據氣溫及時調整入倉塌落度，實行動態控制。鋪料時各分料倉內混凝土要均勻一致，根據倉內混凝土的多少確定其布料長度。

（4）襯砌過程中應由專人檢查高頻振搗器的工作狀況，若發現襯砌后的坡面上出現露石、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，并采取填補混凝土，重新振搗。

（5）對坡肩及坡腳的折線部分，應以靠尺定型，以使折角整齊，外形美觀。對已經拆模的混凝土要注意成品的保護，防止邊角損壞。

2.環保措施

（1）施工過程中要做好粉塵和噪聲的防治：施工區域要定期灑水，保持清潔；拌和站水泥輸送采取全封閉形式；施工時段盡量安排在白天，施工機械要減少鳴笛。

（2）施工中加強生活和生產區廢棄物的處理：生活、生產污水必須通過沉淀池沉淀后才能排放；固體廢棄物通過集中運輸至指定地點掩埋或焚燒處理。

（3）加強設備的更新與保養，杜絕漏油對施工區域造成污染；同時減少有害氣體排放，確保施工機械廢氣排放符合環保要求。

五、項目成果及效益分析

1.項目成果

南水北調中線一期總干渠方城段八標工程渠道施工中，采用機械化襯砌作業，縮短了工期，保證了質量，提高了工效，有效降低了項目成本。通過測算，利用人工進行混凝土護坡施工，每立方米混凝土澆筑費用比機械襯砌高30元左右；人工削坡比機械削坡每平方費用高5元左右。方城八標渠道襯砌混凝土方量4.5萬m3，削坡面積50萬m2，通過采取機械化施工，不但施工成本節約385萬元，而且實際工期比計劃工期提前了近2個月。

2.社會效益

南水北調中線一期工程總干渠渠道采用機械化襯砌施工，縮短了整個施工工期，工程外觀和內在質量達到優良，為南水北調中線工程總干渠2013年主體完工，2014后汛后通水目標的實現提供了保證，為今后總干渠的長期安全運行提供了保障。同時渠道混凝土護坡大面積機械化襯砌施工工藝在南水北調中線工程的成功應用，為今后國內類似工程的實施提供了大量的施工經驗，產生了顯著的社會效益；另外該工藝對于鐵路、公路等相關行業的混凝土護坡工程施工具有重要的參考價值和應用前景

（作者單位：安徽水利開發股份有限公司233000）

（專欄編輯：周權）