大型渠道机械化衬砌砼施工工艺探讨

【摘要】某输水渠道工程地域环境为冷、热、风、干的北疆地区。渠道衬砌厚度薄，战线长，施工供水成本较高，加大了人工衬砌的施工难度、施工质量。管理难度较大，随着社会的发展，劳动力人工成本越来越高，人员的管理难度越来越大，无疑增加了施工成本。本文从渠道的机械化施工工艺、施工方法着手，探讨总结经验，从密集型人工劳作向机械化施工转变，从而以期提高渠道混凝土施工质量和施工进度，及较合理的成本控制。

【关键词】渠道砼衬砌；施工工艺；衬砌机机械化切缝；膜下封闭养护

1. 工程概况

北疆某输水工程长度112.39Km，渠道设计横断面为梯形断面，设计流量48 m/s～ 55m/s，设计渠深4.6～4.8m，底宽6m，上口宽度为29m～30m。内边坡系数为 1：2.5，外边坡 1：1.5。渠道过水断面采用全断面现浇混凝土衬砌，衬砌混凝土厚度为10cm，按照间距6.0m 的分缝要求以及间隔设置伸缩缝、沉降缝的原则，伸缩缝的间距为 6.0m，沉降缝的间距为3.0m。伸缩缝为矩形通缝，缝宽 10mm，沉降缝为矩形半缝，缝宽 10mm。伸缩缝、沉降缝上部临水侧 2cm 采用密封膏封闭，下部采用聚乙烯闭孔泡沫塑料板充填。工程所在地最高气温39.6℃，最低气温-42.7℃，多年平均降水量112.7mm，多年平均蒸发量1844.4mm，最大冻土深度1.5m。

2. 施工工艺 （机械选型与组合创造）

渠道衬砌混凝土主要由渠道坡面混凝土及渠底衬砌混凝土组成，现阶段机械化施工的工艺比较成熟且施工进度比较快质量有保证，本文以机械化施工为基础，阐述其施工工艺。机械化施工要从质量、进度、效益三方面进行综合控制，控制从每个细节抓起：渠道坡面修整、胶结砂砾料的成型、土工膜的铺设、混凝土的浇筑、收光抹面、结构分缝的切割、养护，每道工序合理安排施工都与质量、进度、效益有着紧密的联系。渠道衬砌混凝土施工流程图如图1。

挖掘机削坡机械摊铺水泥稳定土垫层施工土工膜铺设粘接闭孔塑料板伸缩缝标识机械衬砌混凝土混凝土收光抹面（抹盘提浆、抹片收光、人工收光）覆盖养护膜混凝土切割养护膜封闭定期养护供水成型混凝土断面

2.1渠道坡面修整采用挖掘机粗修坡。

第一步：先由专业测量人员进行坡面测量放样，定出坡顶线和坡脚线，第二步：机械设备进行修整。工序中最主要，也是渠道衬砌混凝土的关键一个环节就是坡面的超欠挖现象的控制，这就要求测量放样时特别要仔细，给现场施工人员出具的放样单要准确无误，现场施工人员在根据测量放样单加密控制，修坡时随时检查超欠挖进行修补，将平整度控制在±10mm，使用 2m 靠尺进行检查（见图2）。

2.2创新胶结砂砾料的摊铺机。

由于北疆地质尖石较多，砂石颗粒较大，故采用胶结砂砾石（水泥稳定土）成型摊铺机进行摊铺。摊铺过程中同时进行压实及找平，其平整度应控制在±10mm。水泥稳定土拌和物从拌合站出料到运输、卸料完毕的允许最长时间应不大于45分钟。摊铺机轨道铺设的质量是保证水泥稳定土垫层面是否平整的关键，摊铺机安装完毕应在轨道上进行行走试验，使轨道处于稳定状态。摊铺机轨道坡降应与渠道坡降保持一致，铺设导轨前需对导轨基础进行整平、碾压，基面经验收合格后方可铺设导轨，导轨高程6m测一个点，偏差小于1cm，堤顶和渠底轨道水平偏差小于1.5cm，摊铺前和摊铺施工中应经常校核轨道的方向和高程。摊铺机采用皮带输送机布料，摊铺机的侧面设有分仓料斗，自行式滑动刮刀分料。施工中机械操作手应监视各分仓料斗内水泥稳定土数量，及时补充，保持各料仓的料量均匀，防止欠料。摊铺面出现局部刮痕缺陷时，应及时人工补料处理。摊铺施工中应有专人检查振动电机和振动梁的工作状况，若摊铺机前移时摊铺料局部表面上出现突起、不平以及振动梁开裂等现象，须停机检查、修理或更换振捣电机，并对已摊铺的局部水泥稳定土垫层面进行压实处理。当摊铺机前移时垫层表面出现带状隆起，表明振动梁出现问题，应及时检查调整。停机前料斗不能有剩余，须全部摊铺完毕；开工时机械应从已铺设完毕的标准断面处开始摊铺。摊铺机进入弯道施工，要调整上下轨道行进速度，保证摊铺机始终与渠道上口切线保持垂直工作状态。水泥稳定土摊铺振动压实完成后应及时覆盖养护，养护时间不少于3天，包括停机处非标准断面的养护（摊铺机布料现场见图3，水泥稳定土垫层面见图4）。

2.3复合土工膜的铺设。

复合土工膜施工之前首先要对复合土工膜的焊接工艺进行试验，从试验得出适应与现场实际操作、施工的一些技术参数。复合土工膜材料尺寸为12m×50m， 渠坡、齿槽、路缘石底部铺设的土工膜共约 12m。在铺设时先将土工膜按尺寸、匹幅铺好，膜与膜之间不能有褶皱，每卷土工膜长度要比实际的长度要长，复合土工膜垂直于水流方向铺设，膜与膜重合10cm进行焊接，允许偏差 0～2cm。每隔6m设一道3cm×6cm的闭孔型料板来用于切割缝上保护塑模，铺设好的复合土工膜由专人看管，防止被人为或机械刮伤，保持表面清洁。为方便施工人员行走，土工膜又不被破坏制作行走梯放在渠道坡面，根据实际施工情况进行移动，这样即避免土工膜被破坏，又能使现场施工人员在坡面上行走，还得解决因土工膜被破坏所造成的经济损失和返工（渠坡土工膜铺设见图5）。

2.4衬砌混凝土施工。

2.4.1衬砌机工作原理。 衬砌机为整体钢架结构，布料系统与衬砌系统结合为一体，因此设备自重大，跨越渠系建筑物时搬迁困难，拆装周期长。但其具有良好的整体刚性，克服了大跨度时机架自重产生的挠度，确保了渠坡中间部分的衬砌厚度，同时生产 效率高，振捣密实、均匀，表面平整度好，节省劳动力，非常适用于大规模的渠道衬砌，具体工作过程为设备开启，布料系统、电动振捣棒工作，罐车的混凝土通过小皮带机传送到大皮带机上，大皮带机从斜坡上端向下端送料，移动大皮带机上的刮板小车，将大皮带机上的混凝土挡落在设备上布置的落料仓内，使混凝土均布在斜坡的斜面上，打到规定料位时，整机按调定的速度向前行走。同时，安装在机架上的电动振捣棒工作，振捣混凝土，直到混凝土密实、提浆。操作人员根据料位计显示控制输送量。车轮组采用变频电机，可调整整机设备移动速度。

2.4.2模板选型。 根据衬砌的施工工艺特点，采用槽钢作为模板最为合适。衬砌混凝土采用宽度与混凝土厚度相同的槽钢作为横向挡头模板，槽钢后面每隔1m焊接0.6m长直径为14mm的圆钢，压设沙袋固定，横向挡头模板只在开始衬砌和停机时用。坡脚和坡肩模板采用铝合金型材，用压沙袋、石块或连杆支撑在钢轨上进行固定。

2.4.3仓面验收。 检查土工膜表面的杂物是否清理干净，并重新对土工膜的焊接进行检查。检查是否固定牢固，避免出现跑模现象。由测量工程师对衬砌机的轨道进行高程、轴线的测量，保证在施工过程中衬砌机的行走轨道符合要求，进而控制衬砌混凝土的厚度及坡面的坡比。

2.4.4混凝土准备。 由试验室根据砂石料的含水率确定当天的施工配合比，由搅拌站根据试验室的施工配合比拌制混凝土，由试验员对混凝土的坍落度、含气量进行抽检，不符合要求的混凝土不许入仓。

2.4.5混凝土浇筑。 混凝土运输到浇筑仓面后，由现场工程师对坍落度进行抽检，气温在30℃左右的高温时段入仓坍落度宜控制在6～8cm 范围内，低温时段入仓坍落度宜控制在5～7cm范围内。坍落度检测合格后及时用布料机进行布料，并及时振捣。渠道衬砌混凝土的齿槽处采用插入式振捣器进行人工振捣。摊铺厚度在10.5～11cm之间，人工收光后混凝土厚度不能小于9.5cm。现场工程师控制衬砌机的行走速度。

2.4.6提浆及磨光。 衬砌混凝土浇注完成后采用链式磨光提浆机进行磨光和提浆，每台衬砌机应配备两台抹面机，一台抹面机悬挂抹盘起挤压及提浆整平功能，一台抹面机悬挂抹片起压光收面功能。混凝土磨光机与衬砌机共用轨道，具备自行走系统。抹面机通过支腿的调节满足衬砌坡比的需要，并保证衬砌坡面平整度。抹盘（片）沿衬砌坡面往返抹面。在机器到达不了的地方进行人工抹面。抹盘首次抹面应在渠道衬砌混凝土浇筑宽度约有3～4m时开始对衬砌混凝土面进行平整和提浆，将于表面的小石子压入混凝土中，此时混凝土表面较软，宜自坡脚至坡肩进行，抹盘以刚好接触到混凝土表面为宜，每次移动间距宜为2/3圆盘直径。抹盘在渠道坡脚处应水平行走1～2遍，确保坡脚混凝土面的平整。抹盘第二次抹面，根据浇筑时间、天气、湿度情况，一般控制在第一次抹面15～25min后，作用依然是找平。抹面中调整抹面机高度，保证抹盘底面与衬砌设计顶面重合，浆液厚度不应超过1.5mm。第三次采用抹片收光，提高衬砌混凝土表面的光洁度。链式抹片首次抹面在抹盘提浆完成后进行，自坡脚至坡肩抹面，抹片以接触到混凝土表面并且有挤压力为宜，行进过程中不宜频繁调整抹片高度，局部抹片抹不到部位人工及时补料，保证混凝土的平整（抹盘式抹面机提浆见图6，链式抹片抹面机收光见图7）。

2.4.7混凝土养护。 抹面完成后应及时覆盖养护膜，预防干缩裂缝。衬砌混凝土采用全封闭膜下喷灌养护14天。混凝土养护设专人负责，并作好养护记录。最常用的养护方法为在混凝土的表面覆盖塑料布和湿草帘，人工洒水养护。该工程养护用水需从十来公里处取水，增加了施工成本。通过总结研究，本工程采用封闭式膜下养护技术。减少了劳动力的投入，并很大程度上降低了劳动强度，同时降低了需水量。目前该技术已获得国家知识产权局颁发的实用新型专利证书。

2.4.8伸缩缝和诱导缝施工。 混凝土伸缩缝应按设计施工。采用衬砌机浇筑混凝土时，可用切缝机或人工切制半缝形的伸缩缝，缝深和缝宽应符合设计要求。其中伸缩缝分为切割缝和预留缝，切割的伸缩缝缝下预埋有闭孔塑料板，切割深度为7cm；预留缝为贯穿混凝土板厚度。诱导缝切割深度为5cm。伸缩缝和诱导缝按方向可分为横缝和纵缝。横缝垂直于渠道中心线，纵缝平行于渠道中心线。要先切割6m间距的横向伸缩缝，然后切割横向诱导缝，之后再进行纵向诱导缝的切割。切割时段以切割时混凝土表面不毛糙、不迸裂（强度约5MPa）为宜。气温在30℃以上的高温时段，上午浇筑的混凝土板，下午必须切割伸缩缝，且切割的伸缩缝间距不大于18m一条；第二天上午必须将头一天浇筑的混凝土板伸缩缝切割完毕。诱导缝必须24小时内切割完成（见图8、图9）。

3. 施工质量控制

3.1现场施工控制。

（1）复合土工膜铺设前应检查其外观质量，复合土工膜不允许有砂眼、疵点杂质， 记录并修补出现的损伤等缺陷，严重的予以更换。铺设时与防冻胀层之间应压平贴紧，避免架空及皱褶。复合土工膜完成铺设后，应及时进行衬砌，否则应进行适当的保护，防止长时间阳光暴晒。

（2）混凝土从搅拌站出料后应及时运至施工现场，因故超过规范允许运输时间的混凝土不得用于施工，要按废料处理。在施工现场检测混凝土的坍落度，经现场施工总结，以施工现场混凝土的坍落度为4～6 cm时为宜。

（3）渠道混凝土衬砌应保持连续性，若因故超过允许间隔时间，则应在停机处设置一条通缝。

（4）混凝土浇筑过程中，严禁在仓内加水，混凝土和易性较差时，须采取加强振捣措施。

3.2平整度。 平整度控制贯穿整衬砌施工过程，从机械修坡工艺到胶结砂砾料的摊铺再到混凝土的施工，哪个环节控制不好，成型后的衬砌平整度效果都会大打折扣。最难控制也是最容易出现问题的就是混凝土衬砌时的平整度控制，混凝土衬砌完成 20min 后抹光机进行工作，局部不平整部位人工在进行处理。

3.3混凝土厚度。 混凝土厚度直接关系到项目成本问题，主要取决于坡面开挖时是否存在欠挖现象和衬砌机工作时的工况，为能把损耗减低到最小程度，在混凝土施工过程中安排专人在混凝土摊铺时对混凝土的厚度量测，若发现问题及时进行衬砌机高度的调整。

4. 结论

本文从衬砌机械化施工着手，探讨了衬砌混凝土的施工工艺，施工方案。机械化施工摆脱了人工因素的影响，对衬砌的平整度、密实度等有大幅提升。总的来讲，机械化施工质量好、进度快、效益高、外观美、施工规范，有利于提升我国水利工程的实力，值得在大型水利工程中推广。

参考文献

[1]王鹏，等.现浇混凝土衬砌渠道施工技术.山东水利，2004.

[2]某工程渠道衬砌机械化施工工法.2012.

[文章编号]1006-7619（2013）07-12-587

[作者简介] 徐政（1977.4-），男，学历：本科，职称：工程师，工作单位：新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，毕业于中国农业大学，水利水电工程。