PHQZJ—Ⅰ排振滑模式坡面砌筑機(jī)混凝土施工工法

王步新 王乃超 李進(jìn)亮

(河北省水利工程局 石家莊 050021)

1 概述

南水北調(diào)中線干線工程渠段地質(zhì)條件變化較大，渠道襯砌結(jié)構(gòu)、坡長(zhǎng)、坡比差異較大，分縫較多，過(guò)水?dāng)嗝婊炷烈r砌厚度、表面平整度、密實(shí)度及光潔度等設(shè)計(jì)指標(biāo)要求較高，采取傳統(tǒng)的渠道人工跳倉(cāng)施工方法和工藝，及美國(guó)高馬克(Gomaco)公司、意大利瑪森薩(Masser)公司研制的渠道襯砌機(jī)無(wú)法達(dá)到目前南水北調(diào)中線工程設(shè)計(jì)坡長(zhǎng)的要求，在有限施工工期內(nèi)很難按期保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。

PHQZJ—Ⅰ排振滑模式坡面砌筑機(jī)襯砌施工工法旨在規(guī)范和指導(dǎo)南水北調(diào)中線干線工程渠道混凝土襯砌施工管理，確保工程質(zhì)量。將混凝土機(jī)械化襯砌施工從人、機(jī)、料、法、環(huán)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了施工工法指導(dǎo)和規(guī)范。

2 工法特點(diǎn)

與國(guó)外同類渠道機(jī)械化襯砌施工技術(shù)和國(guó)內(nèi)機(jī)械化襯砌技術(shù)在南水北調(diào)工程山東省濟(jì)平干渠工程施工過(guò)程首次應(yīng)用相比，該工法解決了不同地質(zhì)條件(砂土、砂壤土、壤土、砂礫石、膨脹土、濕陷性黃土)、不同坡比(1∶1、1∶1.5、1∶1.75、1∶2、1∶2.5、1∶2.75、1∶3)、不同結(jié)構(gòu)型式(保溫板+復(fù)合土工膜+混凝土、砂礫石墊層+復(fù)合土工膜+混凝土、粗砂找平層+復(fù)合土工膜+混凝土、混凝土)和不同材料(保溫板、復(fù)合土工膜、聚乙烯閉孔泡沫板、聚硫密封膠)、施工檢測(cè)檢驗(yàn)和質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)——削坡平整度(2m靠尺允許偏差:擬鋪設(shè)砂墊層20mm/2m;其他情況10mm/2m)、襯砌厚度(允許偏差:設(shè)計(jì)值的－5% ～+10%)、坡面平整度(≤8mm/2m)、伸縮縫順直度(≤15mm/20m)、密實(shí)度等設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。針對(duì)不同季節(jié)、不同施工環(huán)境，本工法也提出了渠道襯砌施工中襯砌機(jī)的襯砌速度、振搗時(shí)間、抹面壓光的適宜時(shí)間和遍數(shù)等襯砌施工參數(shù)，為合理配置各種資源提供了依據(jù)。

3 工藝原理

排振滑模式坡面砌筑機(jī)為集受料、運(yùn)料、布料、鋪平、振搗、提漿、出面、行走等多個(gè)功能為一體的坡面混凝土襯砌設(shè)備，動(dòng)力傳動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，包括皮帶輸送機(jī)、螺旋布料機(jī)、振搗系統(tǒng)、整機(jī)運(yùn)行、升降系統(tǒng)等。適應(yīng)多種坡度及坡長(zhǎng)坡面混凝土跳倉(cāng)澆筑、連倉(cāng)澆筑。

3.1 砌筑機(jī)主要組成部分

排振滑模式坡面砌筑機(jī)主要包括行走機(jī)構(gòu)、機(jī)架、皮帶輸送機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、攤輔系統(tǒng)、輔機(jī)及電氣控制系統(tǒng)。

3.2 砌筑機(jī)基本參數(shù)設(shè)計(jì)

a.布料寬度為3m，布料斗寬度確定為2970mm，兩側(cè)各留15mm。

b.布料電機(jī)采用電磁調(diào)速裝置，最大速度為:6m3混凝土拌和運(yùn)輸車卸料能力為6m3/8min=0.75m3/min。

渠坡每塊砌筑混凝土量為(以南水北調(diào)中線干線京石段應(yīng)急供水工程S15標(biāo)為例):18.9m(坡長(zhǎng))×3m(寬)×0.1m(厚)=5.7m3;

每塊襯砌時(shí)間為:5.7m3/0.75m3/min=7.6min。砌筑機(jī)沿坡面方向布料線速度為:18.9m/7.6min=2.5m/min;

設(shè)計(jì)時(shí)取攤鋪機(jī)布料線速度最大為:v=3m/min。

3.3 振搗方式設(shè)計(jì)

砌筑機(jī)振搗采用排振滑模式，在3m方向上均勻布置10根振搗棒。振搗棒選用AT49型電動(dòng)自振震搗器，頻率為12000r/min。

3.4 電氣設(shè)計(jì)

采用集中控制，控制室設(shè)在主皮帶機(jī)梁底節(jié)頂部，主要控制大車行走、攤鋪振搗系統(tǒng)、皮帶機(jī)運(yùn)行及整機(jī)升降整等功能。

3.4.1 系統(tǒng)行走電氣控制設(shè)計(jì)

行走系統(tǒng)由4臺(tái)1.5kW錐型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)、變速系統(tǒng)及箱體組成，其行走速度為5m/min，控制系統(tǒng)采用分級(jí)控制方式，上、下行走電動(dòng)機(jī)可同步或分步，滿足了直渠段和彎渠段渠坡襯砌的要求。

3.4.2 整機(jī)升降電氣控制設(shè)計(jì)

整機(jī)升降采用4臺(tái)25t升降機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，升降電機(jī)為4臺(tái)2.2kW電動(dòng)機(jī)，電機(jī)同升降機(jī)間采用V帶傳動(dòng)。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

本工法施工工藝流程如下圖1所示。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 一般規(guī)定

a.施工單位的試驗(yàn)、質(zhì)檢人員應(yīng)符合合同規(guī)定的有關(guān)資格要求。關(guān)鍵工序的作業(yè)人員，如削坡設(shè)備、渠道混凝土襯砌設(shè)備、抹面設(shè)備的操作人員應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)后上崗。上述人員宜相對(duì)固定。

圖1 排振滑模式坡面砌筑機(jī)施工工藝流程圖

b.拌和站的生產(chǎn)能力應(yīng)滿足混凝土澆筑強(qiáng)度的要求，混凝土拌和、運(yùn)輸與澆筑作業(yè)應(yīng)匹配。拌和站應(yīng)有完整合格的計(jì)量設(shè)施，并有減塵降噪等環(huán)境保護(hù)措施。

c.襯砌混凝土配合比應(yīng)滿足強(qiáng)度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等要求，并滿足機(jī)械化襯砌混凝土施工的工作性要求。

d.渠道混凝土機(jī)械化襯砌施工應(yīng)先進(jìn)行生產(chǎn)性施工檢驗(yàn)，檢驗(yàn)段長(zhǎng)度一般不小于100m。通過(guò)生產(chǎn)性施工檢驗(yàn)確定襯砌速度、振搗時(shí)間、抹面壓光的適宜時(shí)間和遍數(shù)、切縫時(shí)間等襯砌施工參數(shù)，確定輔助機(jī)械、機(jī)具的種類和數(shù)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。

4.2.2 襯砌設(shè)備安裝及調(diào)試

a.襯砌機(jī)、抹面機(jī)、工作臺(tái)車應(yīng)同軌，其軌道規(guī)格應(yīng)與襯砌機(jī)型式相匹配，軌道平行于渠道中心線鋪設(shè)，一般上軌道在坡肩模板0.5m以外，下軌道在坡腳模板1.0m以外。鋼軌宜鋪設(shè)在枕木或墊板上，枕木或墊板的間距一般控制在0.8m以內(nèi)。鋼軌采用鐵道用鋼軌，安裝后測(cè)量要求軌道中心偏差不大于2m，鋼軌接頭處高差不大于1mm，軌道不平度10m不大于3mm。

b.襯砌機(jī)軌道鋪設(shè)的質(zhì)量是保證襯砌混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，襯砌機(jī)安裝完畢后應(yīng)在軌道上反復(fù)行走幾遍，使軌道處于穩(wěn)定狀態(tài)。襯砌機(jī)軌道坡降應(yīng)與渠道坡降保持一致，襯砌前和襯砌施工中應(yīng)經(jīng)常校核軌道的方向和高程。

c.調(diào)試應(yīng)遵循“先分動(dòng)，后聯(lián)動(dòng);先空載，后負(fù)荷;先慢速，后快速”的原則。調(diào)試內(nèi)容主要包括:電控柜的接線是否正確，有無(wú)松動(dòng);接地線是否接地正常;聯(lián)結(jié)件是否緊固，各潤(rùn)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;振搗系統(tǒng)能否正常工作。

d.試車先進(jìn)行空載試車，應(yīng)無(wú)沖擊及較大的周期性噪聲?？蛰d試車一切正常后進(jìn)行負(fù)載試車，試車時(shí)應(yīng)先開(kāi)車后投料，并使物料均勻、連續(xù)、緩慢地投入，停車時(shí)應(yīng)先停止加料，待物料排空后再停車。

4.2.3 模板支立

a.渠道橫向通縫模板宜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(cè)模;齒槽和坡肩模板優(yōu)先采用定型鋼模板，并與渠道橫向通縫模板相連。采用壓設(shè)砂袋或預(yù)制塊等固定方法固定模板。

b.混凝土襯砌施工過(guò)程中測(cè)量人員須隨時(shí)對(duì)模板進(jìn)行校核，保證混凝土分縫順直。

4.2.4 混凝土布料施工

a.施工過(guò)程中，渠道襯砌施工作業(yè)人員要分工明確、職責(zé)分明、各負(fù)其責(zé)、協(xié)調(diào)工作。襯砌過(guò)程中作業(yè)人員應(yīng)相對(duì)固定。

b.專人負(fù)責(zé)指揮布料。布料前質(zhì)檢員對(duì)混凝土拌和物進(jìn)行坍落度和含氣量等按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)。

c.混凝土攪拌運(yùn)輸車就位后卸料前，可用少許水濕潤(rùn)運(yùn)輸車的下料槽和布料機(jī)輸送帶。運(yùn)輸車輛卸料自由下落高度應(yīng)不大于1.5m。

d.排振滑模式坡面砌筑機(jī)沿垂直軸線方向，采用皮帶輸送機(jī)布料，混凝土經(jīng)輸送帶運(yùn)至襯砌機(jī)側(cè)面設(shè)置的分倉(cāng)料斗，以自行式滑動(dòng)刮刀分料。施工中應(yīng)設(shè)專人監(jiān)視各分倉(cāng)料斗內(nèi)混凝土數(shù)量，保持各料倉(cāng)的料量均勻，防止欠料。開(kāi)動(dòng)振動(dòng)器和縱向行走開(kāi)關(guān)，邊輸料，邊振動(dòng)，邊行走。施工時(shí)應(yīng)控制布料厚度，松鋪系數(shù)根據(jù)坍落度大小由生產(chǎn)性施工檢驗(yàn)確定。當(dāng)坍落度為4～6cm時(shí)松鋪系數(shù)宜為1.1～1.15之間。

e.排振滑模式坡面砌筑機(jī)振搗采用排振滑模式，在3m方向上均勻布置10根振搗棒。振搗棒選用AT49型電動(dòng)自振振搗器。通過(guò)自振式振搗棒組成振搗排插入混凝土內(nèi)，對(duì)混凝土進(jìn)行深層振搗和表面提漿，保證了混凝土整體密實(shí)度和表面漿液豐富。

f.坡肩、坡腳和周邊的施工應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)。采用人工輔助布料，以插入式振搗棒或手提式平板振動(dòng)器進(jìn)行振搗。坡腳處分兩次布料、振搗。插入式振搗棒振搗模板周邊時(shí)，行走不宜過(guò)快。對(duì)坡肩及坡腳的折線部分，應(yīng)以靠尺定型，以使折角整齊，外型美觀。對(duì)已經(jīng)拆模的混凝土要注意成品的保護(hù)，防止邊角破壞。

4.2.5 襯砌施工操作中注意事項(xiàng)

a.施工中嚴(yán)格按照生產(chǎn)性施工檢驗(yàn)確定的振搗時(shí)間、工作速度等參數(shù)執(zhí)行，做到混凝土不過(guò)振、漏振或欠振，達(dá)到混凝土深層振搗和表面提漿的效果，利于混凝土抹面和整平。

b.襯砌施工中應(yīng)有專人檢查振搗棒的工作狀況，若發(fā)現(xiàn)襯砌后的板面上出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面或橫向拉溝等現(xiàn)象，須停機(jī)檢查、修理或更換振搗棒，并對(duì)已澆筑混凝土進(jìn)行處理;初凝前的混凝土進(jìn)行補(bǔ)振，初凝后的混凝土進(jìn)行清除，并填補(bǔ)混凝土，重新振搗。

c.進(jìn)入彎道施工，要調(diào)整上下軌道行進(jìn)速度，保證襯砌機(jī)始終與渠道上口線保持垂直工作狀態(tài)。4.2.6 施工過(guò)程中停機(jī)時(shí)的操作

a.停機(jī)同時(shí)應(yīng)解除自動(dòng)跟蹤控制，升起機(jī)架，將襯砌機(jī)駛離工作面，清理粘附的混凝土，整修停機(jī)襯砌端面，同時(shí)對(duì)襯砌機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)。

b.當(dāng)襯砌機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即通知拌和站停止生產(chǎn)，在故障排除時(shí)間內(nèi)如澆筑面上的混凝土尚未初凝，可繼續(xù)襯砌。

4.2.7 抹面施工

4.2.7.1 抹面機(jī)抹面施工

a.混凝土抹面機(jī)應(yīng)與襯砌機(jī)共用軌道，通過(guò)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。

b.混凝土抹面機(jī)采用抹盤和抹片分別抹面。抹盤抹面起擠壓及提漿整平功能，抹片起壓光收面功能。

c.坡面混凝土抹面機(jī)桁架懸掛電動(dòng)抹光機(jī)，沿襯砌坡面往返抹面。抹面壓光在渠道襯砌混凝土澆筑寬度約有3～4m時(shí)開(kāi)始。第一次抹面時(shí)需安裝抹盤，抹盤對(duì)襯砌混凝土面進(jìn)行平整和提漿，將裸露于表面的小石子壓入混凝土中。首次抹面時(shí)，混凝土表面較軟，宜自坡腳至坡肩進(jìn)行，抹盤以剛好接觸到混凝土表面為宜。抹光機(jī)每次移動(dòng)間距為2/3圓盤直徑。

d.根據(jù)澆筑時(shí)間、天氣狀況、濕度情況，第二次抹面時(shí)間一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面仍需使用抹盤，主要是找平。抹面中隨時(shí)用2m靠尺檢查混凝土表面的平整度，調(diào)整抹面機(jī)高度及斜度，保證抹盤底面與襯砌設(shè)計(jì)頂面重合，漿液厚度不應(yīng)超過(guò)1.5mm。第三次采用抹片抹面，提高襯砌混凝土表面的光潔度。

4.2.7.2 人工抹面施工

a.施工中應(yīng)選用工作臺(tái)車作為人工抹面平臺(tái)。工作臺(tái)車采用桁架焊接而成，可調(diào)節(jié)高度和坡比。施工中，抹面臺(tái)車應(yīng)優(yōu)先選用具有自行走功能的桁架。嚴(yán)禁操作人員在混凝土表面行走和抹面。

b.抹面壓光應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，并配備2m靠尺檢測(cè)平整度，混凝土表面平整度應(yīng)控制在8mm/2m。人工采用鋼抹子抹面，一般為2～3遍。

c.初凝前應(yīng)及時(shí)進(jìn)行壓光處理，清除表面氣泡，使混凝土表面平整、光滑、無(wú)抹痕。襯砌抹面施工嚴(yán)禁灑水、撒水泥、涂抹砂漿。

4.2.8 混凝土養(yǎng)護(hù)

a.襯砌混凝土保證濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)不少于28天?；炷琉B(yǎng)護(hù)設(shè)專人負(fù)責(zé)，并做好養(yǎng)護(hù)記錄。

b.抹面完成后應(yīng)及時(shí)采用草苫、草簾、氈布等浸濕后覆蓋養(yǎng)護(hù)或采用噴施養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)劑噴灑量、成膜厚度、噴灑時(shí)間應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

c.干熱風(fēng)天氣施工時(shí)，宜采用噴霧器不間斷噴霧改善混凝土施工部位環(huán)境濕度。

d.當(dāng)出現(xiàn)低溫或負(fù)溫天氣時(shí)，應(yīng)采取保溫措施養(yǎng)護(hù)。

5 安全措施

5.1 一般規(guī)定

工法實(shí)施過(guò)程中應(yīng)遵守國(guó)家、地方(行業(yè))有關(guān)安全生產(chǎn)法規(guī)規(guī)定，特殊施工人員應(yīng)持證上崗。施工前，應(yīng)對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行安全文明生產(chǎn)教育，牢固樹(shù)立“安全生產(chǎn)、預(yù)防為主”的思想。

5.2 機(jī)械化襯砌安全生產(chǎn)規(guī)定

a.應(yīng)遵守拌和站、運(yùn)輸車輛、襯砌機(jī)及施工輔助機(jī)械設(shè)備的安全操作規(guī)程。

b.清理拌和站內(nèi)混凝土?xí)r，應(yīng)安排專人值守操作臺(tái)。

c.混凝土運(yùn)輸車輛倒退、卸料有專人指揮。

d.施工中，嚴(yán)禁在襯砌機(jī)支腿上站人及操作，夜間施工應(yīng)有照明裝置，并有明顯的警示標(biāo)志。

e.在施工維修焊接時(shí)，電焊機(jī)作業(yè)面要避開(kāi)土工膜和保溫板，以免被電焊火花燃著。

f.襯砌機(jī)行走中，施工人員要聽(tīng)從電鈴，電鈴連續(xù)響3遍后再開(kāi)始行走。注意行走時(shí)的安全。

6 結(jié)語(yǔ)

本工法已經(jīng)在南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程(委托河北建設(shè)管理項(xiàng)目)、南水北調(diào)中線一期工程京石段應(yīng)急供水工程(石家莊至北拒馬河段)、南水北調(diào)中線干線工程天津干線工程天津段、南水北調(diào)中線一期總干渠安陽(yáng)段、南水北調(diào)中線干線工程漳河北至古運(yùn)河段等南水北調(diào)工程中得到應(yīng)用和推廣。隨著南水北調(diào)東線和西線工程的全面啟航，水利大壩、河道堤防等混凝土護(hù)坡工程的施工，本工法也將逐步代替原有施工方案。