淺談渠道混凝土機械化襯砌工藝及質(zhì)量控制措施

壽奎武

【摘要】南水北調(diào)工程渠道屬于大型渠道，底寬坡緩，按照傳統(tǒng)的人工襯砌方法，資源投入大、工效低、質(zhì)量難控制，采用渠道機械化襯砌施工，實現(xiàn)了自動化、標(biāo)準(zhǔn)化，保證了施工質(zhì)量，提高了施工效率。渠道混凝土機械化襯砌，在南水北調(diào)中線干線工程中已普遍使用，機械化程度也越來越先進(jìn)，施工質(zhì)量與之前相比有了很大的提高，并取得了一些在特定情況下的施工經(jīng)驗。但是，在施工實踐中，如混凝土面板的裂縫、凍融凍脹、襯砌厚度、平整度的控制等方面，有待于進(jìn)一步探討。本文通過對渠道機械襯砌施工的經(jīng)驗分析，重點闡述了渠道混凝土機械襯砌的施工工藝及質(zhì)量控制要點，為今后大型渠道混凝土機械化襯砌施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】渠道襯砌；機械化；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

我國南水北調(diào)工程為大斷面渠道現(xiàn)澆混凝土，其襯砌混凝土厚度較小，基本上在8～15cm之間，邊坡襯砌面較長，多在22～35m之間。為此，熟悉施工工藝，采取一系列必要的施工措施，有效控制襯砌厚度、平整度、密實度、預(yù)防渠道混凝土裂縫是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

筆者曾長期從事南水北調(diào)工程施工，本文以南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南禹州長葛段第一施工標(biāo)段渠道襯砌為例，講述渠道混凝土機械化襯砌工藝及質(zhì)量控制措施。

1、渠道基礎(chǔ)施工

1.1 渠床整理

渠坡采用挖掘機粗削、人工精削；渠底用用推土機、刮平機等設(shè)備在測量儀器控制下粗清并預(yù)留保護(hù)層。然后人工按控制線找平清理至設(shè)計高程。

1.2 渠坡砂礫料墊層鋪設(shè)

用自卸汽車將合格砂礫料運至渠道堤頂處，采用挖掘機將砂礫料均勻攤鋪在渠坡上，人工整平。

1.3 保溫板及土工膜鋪設(shè)

保溫板沿渠道軸線方向有序錯縫鋪設(shè)，渠坡保溫板應(yīng)自下而上順序鋪設(shè)。復(fù)合土工膜鋪按先下游后上游的順序，上游幅壓下游幅，接縫垂直于水流方向鋪設(shè)。復(fù)合土工膜鋪設(shè)完成后，采用熱熔焊接法及手提縫包機進(jìn)行焊接、縫合。

2、渠道混凝土襯砌施工

渠道襯砌機主要由主體機架、傳動裝置、布料系統(tǒng)、振搗密實系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、升降系統(tǒng)與電器操作等部分組成。

2.1 襯砌機就位

襯砌機軌道鋪設(shè)的質(zhì)量是保證混凝土襯砌質(zhì)量的關(guān)鍵，襯砌機行走軌道平行于渠道中心線鋪設(shè)，一般上軌道在坡肩模板外0.5m處，下軌道在坡腳模板外1.0m處。襯砌機上、下軌道鋪設(shè)高程應(yīng)分別與渠道坡降保持一致，每臺襯砌機配備上下軌道及枕木各約60m（依滿足每次的澆筑長度而定，下次澆筑前將軌道和枕木向前移動）。襯砌機安裝完畢應(yīng)在軌道上反復(fù)行走幾遍，使軌道處于壓實狀態(tài)。測量人員根據(jù)渠道襯砌機的特性和渠道坡比，校正軌道的平面位置及軌道安裝高程。

2.2 試運轉(zhuǎn)

設(shè)備安裝就位后，在生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下調(diào)整好襯砌機機架坡比和高程，設(shè)定好襯砌機上、下液壓升降機構(gòu)，然后進(jìn)行設(shè)備試運行調(diào)試。

調(diào)試應(yīng)遵循“先分動，后聯(lián)動；先空載，后負(fù)荷；先慢速，后快速”的原則。調(diào)試內(nèi)容主要是：檢查電控柜的接線是否正確，有無松動，接地線是否接地正常；檢查聯(lián)結(jié)件是否緊固，各潤滑處是否按要求注油；調(diào)正上下行走裝置的伺服系統(tǒng)或頻率使其同向、同步；檢查振搗系統(tǒng)能否正常工作。

2.3 混凝土襯砌施工

（1）混凝土布料、振搗

混凝土經(jīng)輸送帶運至布料機接料口，進(jìn)入臨時儲料倉內(nèi)，開動螺旋布料器將混凝土均勻的攤鋪在工作面上，隨著布料系統(tǒng)自下而上移動進(jìn)行布料，缺料部位采用人工及時補料。襯砌機布料系統(tǒng)自帶振搗器，在臨時儲料倉布料達(dá)到2/3后先開動高頻低幅振搗棒10～15s后，再開動行走布料小車進(jìn)行混凝土的振搗、整平工作，以保證混凝土料的振搗均勻、密實。襯砌機的振搗時間和行進(jìn)速度，宜經(jīng)過試驗確定。襯砌過程中經(jīng)常檢查振搗設(shè)備的運行情況，嚴(yán)格控制振搗時間，使混凝土不過振、不漏振或欠振，達(dá)到表面出漿。

坡肩、坡腳齒槽和側(cè)模附近須人工輔助布料，并采用插入式振搗棒或手提式平板振搗器輔助振搗。

應(yīng)控制布料厚度，松鋪系數(shù)根據(jù)坍落度大小由試鋪確定。當(dāng)坍落度為4～6cm時松鋪系數(shù)宜為1.1～1.15之間。

（2）機械抹面

混凝土抹面機應(yīng)與襯砌機共用軌道，通過支腿的調(diào)節(jié)滿足襯砌坡比的需要，并應(yīng)具備自行走系統(tǒng)，保證壓光襯砌坡面平整度。

當(dāng)渠道襯砌混凝土澆筑寬度有3～4m時，將抹面機運行至混凝土攤鋪始端進(jìn)行提漿、抹面、收平。首次抹面時混凝土表面較軟，宜自下而上進(jìn)行，抹面機的高度以剛好接觸到混凝土表面為宜。在向下放抹面機時，應(yīng)邊轉(zhuǎn)動抹盤邊向下降落，有利于保證電機的正常使用。

根據(jù)澆筑時間、天氣狀況，第二次抹面時間一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面的作用主要還是找平，抹面中隨時用2m靠尺檢查混凝土表面的平整度，調(diào)整好抹面機高度及斜度，保證抹盤底面與襯砌設(shè)計頂面重合，漿液厚度不得超過1.5mm。

機械抹面一般為2遍。抹面機每次移動間距為2/3圓盤直徑，在連續(xù)作業(yè)時不發(fā)生漏抹，以保證表面均勻一致為宜。

（3）人工收面壓光

施工中采用工作臺車作為人工收面平臺，工作臺車常用簡易三角桁架焊接而成，在軌道上行走，可調(diào)節(jié)高度和坡比。人工收面壓光由專人負(fù)責(zé)，并配備2m靠尺檢測平整度，混凝土表面平整度應(yīng)控制在8mm/2m以內(nèi)。

人工收面壓光應(yīng)在混凝土初凝前完成，但不宜過早。人工收面用鋼抹子，收面遍數(shù)一般為二遍。第一遍對混凝土進(jìn)行機械抹面后的進(jìn)一步找平，第二遍對混凝土進(jìn)行壓光處理。

當(dāng)襯砌混凝土表面有些硬化，混凝土初凝前用手輕壓，表面發(fā)硬但稍有痕跡時，要及時進(jìn)行人工壓光處理，以消除找平過程中的抹痕和表面氣泡，使混凝土表面平整、光潔、無抹痕。

3、混凝土養(yǎng)護(hù)

襯砌混凝土屬薄板結(jié)構(gòu)，抗裂要求較高，必須加強養(yǎng)護(hù)措施。混凝土的養(yǎng)護(hù)可采用初凝后草苫、氈布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)、塑料薄膜覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)或采用噴施養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。襯砌混凝土應(yīng)保證濕潤養(yǎng)護(hù)不少于28天。

4、伸縮縫施工

4.1 切縫

伸縮縫按縫深可分為半縫和通縫。通縫可采取支立模板的預(yù)留方法，也可與處理半縫一樣采取混凝土切割機切割。切縫前按設(shè)計分縫位置用墨斗在襯砌混凝土表面彈出切縫線，混凝土切割機宜采用桁架支撐導(dǎo)向，以保證切縫順直。切縫時按照先橫后縱、先通縫后半縫的順序進(jìn)行。切縫施工宜在襯砌混凝土抗壓強度為1～5 MPa時進(jìn)行。

4.2 密封膠嵌縫

渠道伸縮縫采用聚乙烯閉孔泡沫板填塞，上面預(yù)留2cm深度用來填注雙組份聚硫密封膠。注膠前在清理完成的伸縮縫表面兩側(cè)粘貼膠帶，使其與注膠區(qū)分隔以防污染（注膠完畢后去除）。將聚硫密封膠的A、B組膠體按照比例放置于攪拌容器內(nèi)攪拌均勻，然后裝入密封膠專用注膠槍中，用注膠槍將密封膠直接擠入縫內(nèi)，最后用刮刀進(jìn)行表面刮平。

5、質(zhì)量控制

5.1 特殊天氣施工措施

在渠道混凝土襯砌施工過程中，如遇特殊天氣，應(yīng)采取相應(yīng)措施，以保證襯砌混凝土施工質(zhì)量。

（1）風(fēng)天施工

為防止產(chǎn)生塑性收縮裂縫，刮風(fēng)天不宜進(jìn)行渠道襯砌施工。正在襯砌的作業(yè)面應(yīng)及時收面，可適當(dāng)調(diào)高混凝土外加劑的摻量或增加水量，使混凝土出機口的坍落度增加1～2cm，確保混凝土入倉時的最佳坍落度。對已經(jīng)襯砌完成并出面的澆筑段應(yīng)及時做好覆蓋塑料布等養(yǎng)護(hù)措施，保持混凝土表面的濕度。

（2）雨季施工

雨季施工要關(guān)注天氣預(yù)報，并制定雨季襯砌施工應(yīng)急預(yù)案。砂石料場做好排水通道，運輸工具增加防雨及防滑措施，澆筑倉面準(zhǔn)備防雨覆蓋材料，以備突發(fā)陣雨時遮蓋混凝土表面。

下雨天氣不得新開混凝土襯砌倉面。澆筑期間降雨時，應(yīng)停止進(jìn)料，已入倉混凝土進(jìn)行防雨遮蓋，并防止外部雨水沖刷。雨后必須清除倉面積水，不得帶水抹面壓光作業(yè)，對受雨水沖刷后的平整度嚴(yán)重劣化部位，應(yīng)盡早鏟除重鋪。

（3）高溫季節(jié)施工

夏季天氣炎熱時，混凝土拌合物入模溫度不應(yīng)高于35℃，宜安排在早晨和夜間施工，并采用添加高效緩凝減水劑、加冰或加冰水拌合、對骨料進(jìn)行預(yù)冷、混凝土運輸罐車采取防曬措施、混凝土輸送帶搭建防曬棚等等措施降低混凝土的入倉溫度。

（4）冬季低溫施工

薄壁混凝土不宜安排冬季施工。確因趕工需要繼續(xù)施工，應(yīng)采取冬季保溫措施。

5.2 襯砌厚度控制

控制混凝土厚度的關(guān)鍵是軌道鋪設(shè)質(zhì)量、襯砌機的撓度和澆筑過程中的跟蹤測量。

為了保證軌道的穩(wěn)定性，安裝前應(yīng)首先確定地基承載力是否滿足機械運行要求，否則應(yīng)采取加固措施。襯砌機安裝調(diào)試完成后，將其機架調(diào)整到與設(shè)計坡比一致，利用測量儀器校核。

襯砌機應(yīng)有足夠的剛度，因渠坡襯砌面往往較長，對襯砌機撓度宜定期校核，一般每一個作業(yè)循環(huán)開始前應(yīng)校核其撓度。施工過程中一旦出現(xiàn)偏差，應(yīng)及時校核調(diào)整。

澆筑過程中對布料厚度跟蹤測量。襯砌施工前通過工藝試驗確定布料厚度，一般情況下布料厚度為設(shè)計厚度的1.1～1.15倍。襯砌過程中，安排專人隨時檢查混凝土的布料厚度，發(fā)現(xiàn)偏差及時調(diào)整。跟蹤測量時，若發(fā)現(xiàn)若干測量數(shù)據(jù)有明顯偏差時，應(yīng)暫停澆筑，依次對軌道位置、機械坡比、機械撓度進(jìn)行復(fù)核，尋找偏差產(chǎn)生的原因并進(jìn)行調(diào)整。

5.3 平整度控制

平整度控制主要分三個階段，即布料振搗階段、提漿抹面階段、人工壓光階段。平整度控制的主要工具是2m刮杠（靠尺），每個作業(yè)面宜配備2～4個。

布料振搗階段應(yīng)對混凝土進(jìn)行初步整平，及時對較高的地方進(jìn)行清除，對較低的地方進(jìn)行補料振搗。提漿抹面階段應(yīng)采用2m刮杠（靠尺）進(jìn)行實時檢測，在布料振搗階段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高混凝土的平整度。人工壓光階段繼續(xù)使用2m刮杠（靠尺）檢查，對前二個階段遺留的部位進(jìn)行補救。

6、裂縫預(yù)防措施

渠道襯砌混凝土一般采用素混凝土薄板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特點極易產(chǎn)生裂縫，它既有混凝土裂縫的共性，又有不同于大體積混凝土裂縫的突出表現(xiàn)。渠道混凝土裂縫主要有以下幾種：（1）溫度裂縫：多發(fā)生在混凝土表面。在混凝土硬化過程中，水泥產(chǎn)生水化熱，形成混凝土內(nèi)外的較大溫差而造成。由于襯砌面板較薄，而機械化襯砌形成較大的澆筑面，澆筑過程中不留伸縮縫，受溫差的影響非常大，容易使表面裂縫發(fā)展為貫穿性裂縫。（2）塑性收縮裂縫：混凝土在凝結(jié)前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮，一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)。（3）干縮裂縫：由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果，表現(xiàn)為表面性、縱橫交錯、無規(guī)律、分布不均。（4）沉降裂縫：由于坡面平整度、地基土質(zhì)不勻、松軟、回填土不密實造成的不均勻沉降所致。（5）凍脹裂縫：多發(fā)生在地下水位較高渠段，且主要集中在陰坡面。冬季降溫時，土質(zhì)地基和砂礫料由于受凍產(chǎn)生膨脹導(dǎo)致渠道混凝土襯砌面板被拉裂。

通過分析不同裂縫類型產(chǎn)生的原因，在施工中主要從土方填筑、砂礫料墊層、混凝土原材料、澆筑控制、養(yǎng)護(hù)、切縫等方面采取預(yù)防措施：

6.1 渠道整理

保證基面削坡的平整度，當(dāng)出現(xiàn)雨淋溝或削坡時出現(xiàn)超挖現(xiàn)象需要進(jìn)行補坡，可根據(jù)溝深情況用M5砂漿回填、中粗砂找平、土料回填等措施，無論何種補救措施都必須保證密實、平整。換填段和全填方段應(yīng)滿足一定的沉降期后才能進(jìn)行混凝土襯砌。

6.2 砂礫料墊層

按設(shè)計提出的有關(guān)指標(biāo)控制原材料質(zhì)量，嚴(yán)格控制含泥量，施工中保證砂礫料墊層的密實和平整。

6.3 混凝土配合比

優(yōu)化配合比，嚴(yán)格控制水灰比，摻入適量粉煤灰減少水泥用量，控制混凝土的塌落度及和易性，降低水化熱。渠道襯砌混凝土配合比中的膠凝材料用量不宜過大，一般使用二級配。

6.4 混凝土澆筑

由于機械化襯砌特性，在齒槽、渠肩平臺及側(cè)模處，襯砌機自帶振搗設(shè)備的振搗效果不佳，易出現(xiàn)裂縫，需人工補振。下料過程中應(yīng)避免骨料分離，澆筑過程中嚴(yán)禁在倉內(nèi)加水，倉內(nèi)泌水必須及時排除，特殊天氣采取相應(yīng)防護(hù)措施。

6.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

渠道機械化襯砌澆筑面積大、板薄，抗裂要求較高，更需加強覆蓋養(yǎng)護(hù)，安排專人灑水，確保混凝土表面濕潤，并降低水分蒸發(fā)損失。

6.6 混凝土切縫

準(zhǔn)確掌握切縫時間，合理配備切縫設(shè)備和操作人員，保證及時切縫。切縫的時間與氣溫和溫差均有關(guān)系，氣溫高、溫差大時切縫時間要提早，要隨著外界環(huán)境的變化調(diào)整切縫時間，預(yù)防因切縫時間過晚產(chǎn)生裂縫。

參考文獻(xiàn)：

[1] NSBD8-2010，渠道混凝土襯砌機械化施工質(zhì)量評定驗收標(biāo)準(zhǔn)[Z]. 北京：國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室，2010.

[2] SL 18-2004，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 《南水北調(diào)中線干線工程渠道混凝土襯砌施工操作指南》（試行）[Z].北京：南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，2010.

[4] 李典基，羅輝，韓其華，等.大型渠道機械化襯砌混凝土研究[J].施工技術(shù)，2009，（06）：56-58.

[5] NSBD11-2008，南水北調(diào)工程外觀質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)[Z]. 北京：國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室，2008.

[6] NSBD5-2006，渠道混凝土襯砌機械化施工技術(shù)規(guī)程 [Z]. 北京：國務(wù)院南水北調(diào)工程建設(shè)委員會辦公室，2006.

[7] GB50164-2011，混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S].