渠道混凝土襯砌一體化設備施工工法

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

北疆供水一期工程在輸水明渠排水改造建設中使用了自主研發(fā)的混凝土襯砌一體化設備并建立了標準化、精細化的施工工法。通過一體化設備的聯(lián)合作業(yè)，實現(xiàn)了在混凝土塑性階段完成攤鋪、成縫、表面成型等各道工序，有效地控制了混凝土裂縫的發(fā)生，填補了混凝土在塑性階段結(jié)構(gòu)縫成縫和表面成型技術與設備的空白，替代了傳統(tǒng)混凝土施工機械切縫模式，加快了施工進度，提高了工程質(zhì)量，使渠道工程建設更優(yōu)質(zhì)、更高效、更快速。

1 一體化施工設備組成及性能

1.1 一體化設備的組成

混凝土一體化施工設備由三部分組成： HCCSM 8000多功能混凝土置縫機、HCSM8000多功能混凝土表面成型機、HSM8000滑模襯砌機，見圖1。

圖1 一體化設備現(xiàn)場作業(yè)

1.2 一體化設備性能

一體化設備性能參數(shù)見表1。

表1 一體化設備性能參數(shù)

2 工藝原理及流程

2.1 工藝原理

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)斷面型式研發(fā)的HSM8000滑模襯砌機可完成異形斷面的混凝土攤鋪工序；HCCSM8000多功能混凝土置縫機在混凝土塑性階段通過置縫臺車將結(jié)構(gòu)縫嵌縫和止水材料置入襯砌斷面設計深度內(nèi)并使分縫和止水材料能與混凝土充分膠結(jié)；HCSM8000多功能混凝土表面成型機機身為輥筒結(jié)構(gòu)，作業(yè)時輥身抹刀與混凝土表面呈線性接觸，可一次性完成異形斷面混凝土表面整形工序。

2.2 工藝流程

混凝土工程施工工藝見圖2。

圖2 渠道混凝土襯砌施工工藝

3 混凝土一體化設備施工操作要點

3.1 一般規(guī)定

3.1.1 混凝土配合比與拌和站要求

嚴格按照設計及規(guī)范要求，調(diào)配出適宜的施工配合比，本工程推薦采用一級配。拌和站生產(chǎn)能力應滿足混凝土澆筑強度要求，混凝土的拌和、運輸能力與澆筑強度應匹配。拌和站設備配置及位置選擇應滿足質(zhì)檢和環(huán)保部門要求。

3.1.2 作業(yè)人員要求

因本工程混凝土襯砌屬于高度機械化施工，機械操作人員水平直接影響工程質(zhì)量和進度，作業(yè)人員必須相對固定且要進行崗前培訓。每臺設備的崗位職責、操作要領要繪制標識牌懸掛于明顯的位置上。

3.1.3 試驗段施工

試驗段長度一般不小于400m。試驗段施工前，應首先對混凝土配合比進行實驗性拌和，驗證混凝土的和易性、含氣量、坍落度等指標。通過試驗段施工確定滑模襯砌機、混凝土置縫機、多功能表面成型機三種設備之間聯(lián)合作業(yè)的施工參數(shù)，確定施工組織形式和輔助人工配置數(shù)量，制定施工操作細則。

3.1.4 混凝土運輸

混凝土攪拌運輸車單車容量不宜小于10m3，配置數(shù)量根據(jù)拌和站拌和能力、施工進度、運距、路況綜合確定，可以按下式估算：

式中Ν——攪拌運輸車總數(shù)；

Κ——最長單程運輸距離，km；

γ——新拌混凝土密度，kg/m3；

Q——拌和站的拌和能力,m3/h;

v——車輛行駛速度,km/h;

P——車輛載重能力,kg/輛;

ξ——車輛完好出勤率,%。

混凝土運輸時間：從拌和站出料到運輸、卸料完畢，允許最長時間不大于45min。

3.1.5 混凝土施工一體化設備安裝

混凝土一體化設備安裝前應進行軌道軸線、高程的校驗，對軌道進行穩(wěn)定性加固。所有一體化設備的安裝應在生產(chǎn)廠家技術人員指導下嚴格按使用說明書的要求進行。調(diào)試遵循“先分動，后聯(lián)動；先空載，后負荷；先慢速，后快速”的原則。

3.2 混凝土攤鋪

3.2.1 模板支立

采用與混凝土厚度相同的槽鋼作為橫向擋頭模板，槽鋼后面每隔1m焊接長0.6m、直徑14mm的圓鋼，用于壓設沙袋固定模板，此模板只在停機時使用。坡腳模板采用與混凝土厚度相同的鋁合金型材，用連桿支撐在下部軌道上固定。

3.2.2 混凝土布料

混凝土襯砌開倉前應安排專人負責指揮布料。混凝土攪拌運輸車就位卸料前，可用少許水潤濕運輸車的下料槽和襯砌機布料輸送帶。混凝土攪拌運輸車卸料自由下落高度應不大于0.5m。布料過程中應設專人監(jiān)視各分倉斗內(nèi)混凝土數(shù)量，保持各料倉的料量均勻，防止欠料。新舊斷面接縫處、模板周邊須人工輔助布料。

3.2.3 混凝土攤鋪

混凝土的布料厚度根據(jù)坍落度的大小由試驗段施工確定，本工程確定攤鋪厚度在10.5～11cm之間。滑模襯砌機在攤鋪混凝土時要設專人監(jiān)測攤鋪厚度并檢查振搗棒的工作狀況。若整體厚度不夠應及時停機檢查調(diào)整設備，局部不足可由人工補料，后續(xù)由多功能成型機壓實。按照試驗段確定的振搗時間、襯砌機行走速度等參數(shù)執(zhí)行，確保混凝土不漏振、不過振、不欠振，見圖3。

圖3 滑模襯砌機現(xiàn)場作業(yè)

3.3 伸縮縫、誘導縫置縫施工

3.3.1 置縫機的組成

置縫機由行走系統(tǒng)、液壓升降系統(tǒng)、置縫臺車總成(刀架、熨平板)、置縫臺車控制系統(tǒng)組成。伸縮縫和誘導縫的施工均由同一臺置縫機實施。

3.3.2 伸縮縫和誘導縫的設置及施工順序

本工程誘導縫平行于渠道軸線方向布設，位置在襯砌斷面的1/2處。伸縮縫沿襯砌橫斷面方向布設，每3m設置一道。當混凝土攤鋪完成一定長度后(本工程為20m)，開啟置縫機先進行誘導縫施工，后進行伸縮縫施工。誘導縫施工完成后將置縫臺車刀架旋轉(zhuǎn)90°即可進行伸縮縫施工，誘導縫與伸縮縫呈十字交叉形布置。

3.3.3 嵌縫材料組成

誘導縫嵌縫材料為高壓閉孔板(規(guī)格50mm×5mm)；伸縮縫嵌縫材料由高壓閉孔板和橡皮止水帶組成，結(jié)構(gòu)型式為十字交叉形(上部為45mm×20mm高壓閉孔板，中間為50mm×5mm止水橡皮；下部為45mm×20mm高壓閉孔板)。

3.3.4 誘導縫施工

a.接通主電源，開啟置縫機行走系統(tǒng)，置縫機整機定位。

b.將誘導縫分縫材料穿過置縫臺車總成刀架，始端外露約 50mm。

c.操作置縫機升降控制系統(tǒng)裝置，使置縫臺車刀架向混凝土表面方向移動，當?shù)都芙佑|混凝土表面時，開啟振動電機，置縫刀將分縫材料嵌入到混凝土內(nèi)部設計深度。開動置縫機，向誘導縫布設方向移動，分縫材料連續(xù)不斷被置入混凝土內(nèi)部，置縫臺車的熨平板聯(lián)同刀架同時振動，將分縫材料周邊的混凝土振動密實、表面恢復成型。置縫機行進至襯砌斷面末端時，人工剪斷高壓閉孔板，待高壓閉孔板全部嵌入完畢后，置縫機停止行走，置縫臺車停機。操作置縫機升降系統(tǒng)，將置縫臺車刀架提起至上限位置，完成襯砌混凝土誘導縫置縫工序，見圖4。

圖4 誘導縫施工現(xiàn)場

3.3.5 伸縮縫施工

a.襯砌斷面誘導縫置縫工序完成后，開啟置縫機行走裝置，移動置縫機至伸縮縫置縫起點處，整機定位。

b.將置縫臺車刀頭旋轉(zhuǎn)90o并鎖定，將提前加工好的伸縮縫分縫材料穿過置縫臺車總成刀架，始端與特制錨鉤連接，錨鉤另一端掛接在縱向模板頂部。

c.開啟置縫機升降控制系統(tǒng)，將置縫臺車刀頭嵌入混凝土底部，開啟置縫臺車振動電機。

d.開啟置縫機行走裝置，置縫臺車沿置縫機上固定軌道行走，將分縫止水材料嵌入混凝土內(nèi)部。置縫臺車的熨平板聯(lián)同臺車刀架同時振動，將分縫材料周邊的混凝土振動密實、表面恢復成型。置縫臺車行進至混凝土斷面末端時，限位裝置會使臺車及時停機，一道伸縮縫置縫工序完成。操控升降系統(tǒng)提起置縫臺車，開啟置縫機行駛至下道伸縮縫位置，重復上述操作步驟，完成下一道伸縮縫嵌縫施工，見圖5。

圖5 伸縮縫施工現(xiàn)場作業(yè)

3.4 混凝土表面成型施工

3.4.1 混凝土多功能表面成型機的組成及特點

混凝土多功能表面成型機的組成包括行走系統(tǒng)、液壓升降系統(tǒng)、成型車總成、成型機控制系統(tǒng)。成型機工作時輥體與混凝土表面呈線性接觸，實現(xiàn)了從平面到曲面過渡和曲面甚至是連續(xù)曲面等異形混凝土結(jié)構(gòu)表面的連續(xù)成型作業(yè)，傳統(tǒng)的圓盤式混凝土表面收光機只適用于平面混凝土。

成型機總成轉(zhuǎn)速可調(diào)、振動頻率可調(diào)、行走速度可調(diào)，可根據(jù)混凝土初凝前的不同物理特性階段實施不同模式的表面成型措施。作業(yè)時還可進一步提升混凝土漿體的密實度，可對混凝土襯砌表面進行多次整形和缺陷修復，可模擬人工壓光功能，實現(xiàn)混凝土表面的鏡面效果。

3.4.2 混凝土表面成型施工的步驟

a.接通主電源，開啟整機行走系統(tǒng)按鈕，整機定位，開動成型車至需要成型的初始位置并處于工作預備狀態(tài)，按照試驗段確定的參數(shù)，調(diào)整設定成型機總成的行走速度。

b.設定成型臺車的頻率為成型頻率，輥體旋轉(zhuǎn)；開啟振動電機，開啟升降裝置，輥體緩慢下降至混凝土表面；開啟成型機總成移動控制系統(tǒng)，輥體沿襯砌面往復運動，對襯砌面提漿整形。根據(jù)現(xiàn)場襯砌面提漿整形情況，上述過程可以重復多次，直至達到最佳效果。

c.表面提漿整形完成后，停止輥體轉(zhuǎn)動和振動。開啟升降系統(tǒng)，調(diào)整輥體與混凝土表面距離，使輥體抹刀面下壓混凝土表面，操作成型臺車移動控制系統(tǒng)，使成型機總成向上單向移動，輥體抹刀對襯砌混凝土表面進行壓光成型，成型臺車行駛至襯砌面上端時限位開關動作，停止壓光，完成單幅混凝土表面成型工序。該操作流程可以根據(jù)實際效果多次重復實施，直至達到最佳效果。

d.操控成型機行走裝置沿襯砌斷面長度方向前行一幅，按照上述流程連續(xù)作業(yè)，成型機跟隨在置縫機之后持續(xù)進行混凝土襯砌表面成型，實現(xiàn)襯砌混凝土表面成型快速作業(yè)，見圖6。

圖6 混凝土表面成型現(xiàn)場作業(yè)

3.5 混凝土表面人工輔助成型

多功能混凝土表面成型機完成作業(yè)后，人工對襯砌面邊角收光成型不足的部位進行補強，進一步提升混凝土表面收光成型質(zhì)量。混凝土表面人工輔助成型，采用自行式臺車作為收光抹面平臺，安排專人在臺車上用鋼抹子輔助收光。

3.6 混凝土養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護采用全封閉膜下噴灌養(yǎng)護技術，養(yǎng)護時間不少于14天。養(yǎng)護期間設專人負責，并做好養(yǎng)護記錄。低溫季節(jié)為提高養(yǎng)護質(zhì)量可采用蒸汽養(yǎng)護法以提高混凝土早期強度。

4 進度和經(jīng)濟效益分析

一體化設備施工工法實現(xiàn)了在混凝土塑性階段完成混凝土結(jié)構(gòu)縫制縫工序，替代了傳統(tǒng)的混凝土機械化襯砌的切縫工序，在施工進度上比傳統(tǒng)混凝土機械化襯砌提高數(shù)倍。經(jīng)濟效益方面，成本低，效益好。經(jīng)濟效益分析見表2。

表2 經(jīng)濟效益分析

5 結(jié) 語

渠道混凝土襯砌一體化設備施工工法已在北疆供水工程總干渠、南干渠排水改造項目中成功應用，具有操作簡單、適用性廣的特點，對水利工程老舊渠道提升改造具有一定的推廣應用價值，若應用于大平面混凝土施工則進度更快，效益更佳，尤其在混凝土塑性階段完成分格置縫工序和混凝土異形結(jié)構(gòu)面表面成型，是混凝土機械化施工的一次重大革新，提升了混凝土工程綠色施工水平。