渠道混凝土衬砌试验研究

[摘 要]混凝土渠衬砌施工为南水北调渠道衬砌施工的重要项目，如何保证施工质量，加快施工进度成为渠道衬砌施工之前的重要试验内容。本文通过对南水北调中线一期工程总干渠宝丰郏县段衬砌试验进行分析总结，得到了一些具体的施工方法及施工参数，为渠道衬砌施工提供重要依据。

[关键词]混凝土衬砌；试验；施工工序

中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0155-01

1 工程概况

南水北调中线一期工程总干渠沙河南-黄河南宝丰郏县段宝郏-7标段位于河南省郏县。混凝土衬砌边坡坡比共三种，分别为1：2、1：2.75、1：3。渠坡衬砌厚度10cm，渠底为8cm。衬砌混凝土为C20W6F150，渠坡、渠底均采用复合土工膜防渗。复合土工膜下铺设聚苯乙烯保温板。衬砌分缝为通缝和半缝间隔，垂直水流方向渠坡衬砌分缝从渠底起每4m分缝。通缝、半缝宽1cm，缝内上部为2cm厚密封胶，下部为聚乙烯闭孔泡沫板填缝。

2 试验分析

2.1 试验目的

（1）确定渠道衬砌机的适宜工作参数，包括衬砌机工作速度、振捣时间、抹面压光的时间和遍数及切缝时间等。

（3）确定适合渠道衬砌施工的混凝土施工配合比及混凝土拌和参数。

（4）检验粗砂垫层夯压的技术参数包括最优含水率及夯压遍数。

2.2 试验设备

渠道衬砌选用华阳SCMF07渠道衬砌机，主要由衬砌机，抹面机，工作平台组成。衬砌机主要由行走系统、升降调整系统、皮带机布料系统、框架料仓结构、自动控制系统等部分组成。衬砌机侧面设有分仓料斗。每个分仓料斗内，设有低压高频自振式振捣棒，顺坡方向布置，高度可调节。

2.3 试验过程

2.3.1 渠床整理

渠床整理采用挖掘机和人工进行配合削坡，沿渠道方向每隔约10米距离用挖掘机自上而下开挖一道约1m宽的槽，开槽过程用全站仪现场跟踪控制，避免超挖，然后相邻两个槽子之间坡面用挖掘机挖除。按由上而下的施工顺序把坡面保护层削至10～15cm。人工削坡时沿坡面每5m自上而下挂一条顺坡线，每两根顺坡线之间挂一条可以自上而下移动的横线，钢卷尺控制高度，随削随测并使用2m靠尺检查平整度，平整度不大于20mm/2m。

2.3.2 粗砂垫层铺设

粗砂选用材质新鲜，抗风化能力强，粒径小于0.075mm的颗粒含量不超过5%，最大粒径小于5mm。粗砂级配良好，不均匀系数Cu>5，曲率系数Cc=1～3。压实后相对密度不小于0.7。

粗砂垫层由挖掘机配合人工摊铺到坡面上。机械配合人工摊铺并粗略整平，使用刮杠刮平。夯压采用3kw平板振捣器夯压。本试验对比了不同虚铺厚度、夯压遍数和含水率（含水范围以砂层被水充分浸润，接近饱和状态）情况下的相对密度。根据试验结果分析，确定粗砂垫层施工参数：粗砂垫层施工适宜含水率为7.0%，虚铺厚度6.0cm，虚铺系数1.20，夯压遍数4遍。

2.3.3 保温板铺设

保温板板面紧贴砂砾料垫层，接缝紧密平顺。每块保温板铺设完毕后，使用U型钢钉固定，U型钢钉钉入砂砾料垫层深度5cm左右，且U型钢钉顶部不突出保温板，防止破坏上层土工膜。

2.3.4 土工膜焊接

本标段渠道防渗采用600g/m2（150g/m2-0.3mm-150 g/m2）两布一膜复合土工膜作为防渗材料，布为宽幅磅コに空氪掏凉げ肌M凉つそ臃旌附硬捎米远热合爬行焊接机（ZPH-210型），施工前做焊接工艺试验，以确焊机的温度、速度、档位等工作参数，施工时根据天气情况适时调整，环境气温在5～35℃之间，焊接土工膜比较适宜。

2.3.5 衬砌混凝土浇筑

试验选取混凝土配合比为一级配常态混凝土，试验从混凝土坍落度、含气量、泌水率、混凝土凝结时间和温度进行检测，其中含气量、泌水率、混凝土凝结时间和温度2次检测结果均满足要求。坍落度检测结果分析当混凝土拌合物出机口的坍落度控制在60mm～80mm，入仓坍落度控制在50mm～70mm。既能保证正常布料，又能保证混凝土能稳定在坡面上，不出现滑移现象。

衬砌机行走速度以混凝土表面浆液丰富、无漏石且能满足收面为准，行走速度以2.8m/min为宜，高频低幅振动棒振动频率为固定值：12000Hz。出现局部欠料或露石现象时，及时人工布料；当出现壅料时，及时进行人工整平。

混凝土布料振捣完成后，进行的抹面提浆作业。磨盘自下向上进行抹面作业。磨盘的压痕约为直径的1/3 。机械抹面2遍。人工收面压光应在混凝土终凝前完成，清除表面气泡，使混凝土平整、光滑无抹痕。人工收面压光采用钢抹子，遍数为2遍，第1遍对混凝土进行找平，第2遍对混凝土进行压光处理。

2.3.6 衬砌混凝土切缝

混凝土切缝采用混凝土切割机，切缝前设计分缝位置，用墨斗在混凝土表面弹出切缝线。切缝时间以锯片不破坏缝两侧混凝土，缝壁光滑为控制标准，宜早不宜迟，避免大面积混凝土结构产生裂缝。本次试验混凝土切缝在混凝土的成熟度在350℃*h～400℃*h时开始。切缝速度较快，切缝时未出现混凝土破坏现象，锯片磨损较小。

2.4 试验结果

通过本次试验，确定了衬砌施工过程的相关技术参数。

（1）砂垫层夯实。粗砂垫层设计铺设厚度为5cm，按虚铺系数1.2铺设（即虚铺厚度为6cm）。采用3kw平板振动夯夯压4遍，夯压前对砂垫层进行均匀洒水，使含水率接近饱和含水率。

（2）土工膜铺设、焊接。土工膜接缝焊接采用自动热合爬行焊接机（ZPH-210型），焊机加热温度为为220～300℃，爬行速度档位为2档，具体加热温度根据当日天气情况进行调整。

（3）衬砌机振捣、抹面压光的适宜时间。振捣以混凝土表面达到浆液丰富、无浮石且能满足收面为准。抹面的时间无严格要求，待衬砌机完成衬砌面2～3m时及其以上宽度均可进行机械抹面施工，收光时间集中在混凝土衬砌后的3h～5h内进行。

（4）混凝土切缝，人工收面结束后350～400h℃积温时，开始切缝。

（5）混凝土配合比实际性能。本次试验混凝土配比为一级配，其坍落度、粘聚性等特性能满足机械化混凝土衬砌施工的需要，成品混凝土外表平整，切缝侧面混凝土密实、骨料分布均匀。面板混凝土收缩量较小，没有面板断裂现象。对达到28天龄期的混凝土采用回弹法进行强度检测，全部检测值均满足C20混凝土强度要求。

（6）混凝土坡面无表面裂缝、麻面、蜂窝、空洞，无掉角，混凝土表面平整、光滑无{痕。

3 结束语

通过对本次渠道混凝土衬砌试验研究，初步探索出了一条适合本标段施工需要的施工工艺及施工参数，为正式施工打下了坚实的基础

参考文献

[1] 南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南（委托建管项目）宝丰郏县段第七标段.桩号SH（3）56+000～SH（3）61+957.6 .合同编号：HNJ-2010/BJ/SG-007.

[2] 中华人民共和国水利部.DL/T5129―2001碾压式土石坝施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2001.

[3] 中华人民共和国水利部.SL237―1999土工试验规范[S].北京：中国水利水电出版社，1999.

作者简介

耿晋（1987-06）男，河北省石家庄市，助理工程师，学士学位，从事水利工程设计工作。