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    南水北調(diào)渠道砂墊層壓實(shí)技術(shù)

    2012-08-31 02:25:56宋維俠陳學(xué)才張全才李永強(qiáng)
    河南水利與南水北調(diào) 2012年22期
    關(guān)鍵詞:壓光布料墊層

    □宋維俠 □陳學(xué)才 □張全才 □李永強(qiáng)

    (中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司)

    1.前言

    南水北調(diào)中線一期工程總干渠安陽(yáng)段渠道襯砌中,采用了5 cm厚粗砂墊層結(jié)構(gòu),在1:2坡比的坡面上要求其相對(duì)密度不低于0.7,目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。但如果不能很好解決此問(wèn)題,不僅影響工程進(jìn)度,更影響渠道襯砌整體質(zhì)量。安陽(yáng)段第五施工標(biāo)段為最先進(jìn)行渠道襯砌的工程實(shí)體,經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和實(shí)踐,最終較好的解決了此難題。

    2.工程概況

    安陽(yáng)段V標(biāo)渠段長(zhǎng)5428.1 m,渠道采用明渠設(shè)計(jì),梯形斷面,上口寬 52.6~54.1 m,底寬 17~18.5 m,邊坡 1:2,渠深 8.9 m,坡面長(zhǎng)20 m。正常水深7 m,加大水深7.384 m。渠道結(jié)構(gòu)型式自下而上為:基面削坡、5 cm粗砂墊層、2 cm厚的保溫板、防滲復(fù)合土工膜、8 cm、10 cm厚混凝土面層。渠道設(shè)計(jì)典型斷面見圖1。

    圖1 渠道設(shè)計(jì)典型斷面示意圖

    3.渠道砂墊層(5 cm厚)的技術(shù)難點(diǎn)

    由于5 cm厚砂墊層渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安陽(yáng)段是第一次采用,沒有經(jīng)驗(yàn)可供借鑒,沒有成熟的機(jī)械設(shè)備可供選擇,施工方法及工藝更需要摸索。

    主要的技術(shù)難點(diǎn)可以歸納為:實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的平整度、坡比和厚度;達(dá)到設(shè)計(jì)要求的0.7相對(duì)密度指標(biāo);保證施工質(zhì)量的施工方法和工藝。

    4.渠道襯砌機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)狀

    目前市場(chǎng)上主要的大型渠道襯砌機(jī)械為振動(dòng)滑模式襯砌機(jī)和振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)。

    振動(dòng)滑模式襯砌機(jī)由行走裝置、升降裝置、布料系統(tǒng)、振動(dòng)裝置、滑模成型裝置、電控系統(tǒng)、框架結(jié)構(gòu)等部分組成,核心設(shè)備是落料倉(cāng)內(nèi)均勻布置著高頻低幅振搗棒和料倉(cāng)后部的滑模裝置。布料系統(tǒng)可以完成砂墊層布料,滑模裝置可以完成平整度、厚度及坡比控制,但由于砂墊層只有5cm厚,高頻低幅振搗棒難以完成壓實(shí)要求。

    振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)由自動(dòng)行走系統(tǒng)、框架結(jié)構(gòu)、自動(dòng)布料系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和振搗系統(tǒng)等組成,關(guān)鍵設(shè)備攤鋪小車擁有螺旋攤鋪機(jī)、深層插入振動(dòng)棒、震動(dòng)壓光輥。按功能分析,自動(dòng)布料系統(tǒng)可完成砂墊層布料,螺旋攤鋪機(jī)可完成均勻攤鋪,震動(dòng)壓光輥可嘗試壓實(shí)砂墊層。

    5.試驗(yàn)過(guò)程

    實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊鶕?jù)現(xiàn)有的襯砌設(shè)備,壓實(shí)度達(dá)到0.7相對(duì)密度指標(biāo)。

    首先進(jìn)行了試驗(yàn)性施工,虛鋪系數(shù)采用1.30,對(duì)應(yīng)的虛鋪厚度為6.5 cm;碾壓含水率按4%~5%控制;碾壓遍數(shù)按1~2遍控制。

    5.1 單獨(dú)運(yùn)用振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)直接施工

    結(jié)合已有的渠道混凝土襯砌方法,用自卸汽車將粗砂堆存于施工段的一級(jí)馬道上,人工上料,通過(guò)自動(dòng)布料系統(tǒng)完成砂墊層布料。轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋完成整平和多余料的轉(zhuǎn)移,振動(dòng)壓光輥完成壓實(shí)作業(yè)。壓實(shí)后的相對(duì)密度見表1。

    表1 壓實(shí)后的相對(duì)密度表

    從碾壓第一遍到第七遍實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),均不能達(dá)到0.7相對(duì)密度指標(biāo),第四遍達(dá)到峰值;實(shí)測(cè)平整度、厚度、坡比均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,外觀平整,但部分試驗(yàn)區(qū)段出現(xiàn)鱗片狀波紋。

    原因:壓光輥和粗砂墊層接觸面小,砂墊層較薄,振動(dòng)碾壓時(shí),砂子會(huì)向輥?zhàn)拥膬蓚?cè)壅起,最終達(dá)不到預(yù)期效果。為解決此問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上增設(shè)了自制平板振動(dòng)器方案。

    5.2 運(yùn)用振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)和配置自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的平板振動(dòng)器施工

    為提高襯砌機(jī)械使用效率,用人工直接把粗砂攤鋪于基面上并初平,替代襯砌機(jī)布料;用轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋完成整平和多余料的轉(zhuǎn)移,振動(dòng)壓光輥初壓;安裝的壓實(shí)裝置實(shí)現(xiàn)終壓。此方案重點(diǎn)解決壓實(shí)設(shè)備問(wèn)題。以尋求合理的振幅及擊振力為出發(fā)點(diǎn),利用1.2 kW、1.5 kW、2.0 kW 3種平板振動(dòng)電機(jī)與不同面積及不同重量的自制面板進(jìn)行組合,共組合出9種不同型式的平板振動(dòng)器進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。

    結(jié)果顯示:以1.2 kW振動(dòng)電機(jī)配以60 cm寬、100 cm長(zhǎng)、厚3 mm的加筋板效果最佳;其次是1.5 kW振動(dòng)電機(jī)配以60 cm寬、100 cm長(zhǎng)、厚5 mm的加筋板,也能達(dá)到預(yù)期目的。

    壓實(shí)自下而上進(jìn)行,壓痕重疊按10 cm控制。試驗(yàn)過(guò)程中粗砂(天然河沙)的虛鋪系數(shù)為1.252,其對(duì)應(yīng)虛鋪厚度為6.26 cm,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)攤鋪按6.0~6.4 cm控制。試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖2。

    表2 粗砂墊層不同含水率和壓實(shí)遍數(shù)的相對(duì)密度統(tǒng)計(jì)表

    圖2 不同含水率和壓實(shí)遍數(shù)的相對(duì)密度曲線圖

    數(shù)據(jù)顯示:第一遍,當(dāng)含水率為9.1%時(shí),干密度達(dá)到1.78 g/cm3,相對(duì)密度≥0.7的要求。其余含水率均不能滿足相對(duì)密度按0.7控制的要求;第二遍時(shí),干密度值較第一遍上升幅度較大。數(shù)據(jù)顯示,含水率在7.4%~10.8%時(shí),干密度值均≥1.77 g/cm3,相對(duì)密度≥0.7,可滿足相對(duì)密度按0.7控制的要求;第三遍時(shí),干密度值有所下降。數(shù)據(jù)顯示,含水率在8.4%~10.4%時(shí),干密度值均≥1.77 g/cm3,相對(duì)密度≥0.7,可滿足相對(duì)密度0.7控制的要求。依此確定碾壓遍數(shù)為2遍。

    5.3 砂墊層壓實(shí)質(zhì)量

    采用人工攤鋪粗砂層,振動(dòng)碾壓式攤鋪機(jī)精平和預(yù)壓,懸掛壓實(shí)裝置終壓的組合方式。振動(dòng)碾壓式攤鋪機(jī)型號(hào)為中水十一局有限公司生產(chǎn)的“銀河”牌或QDCQ650系列多功能襯砌機(jī)。自行研制生產(chǎn)的壓實(shí)裝置:1.5 kW振動(dòng)器,振動(dòng)頻率48 Hz,平板托盤,60 cm寬、100 cm長(zhǎng)、5 mm厚普通鋼板。施工時(shí)粗砂含水率控制在9%~11%之間,壓實(shí)兩遍,施工后檢測(cè)相對(duì)密度、平整度、厚度、坡比等指標(biāo),均滿足設(shè)計(jì)要求。

    6.結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)5 cm厚砂墊層壓實(shí)機(jī)械的研制與施工實(shí)踐,取得了可靠的渠道砂墊層施工機(jī)械組合,解決了設(shè)計(jì)要求的砂墊層的平整度、坡比和厚度方法。經(jīng)對(duì)施工完成后的砂墊層成品工程檢測(cè),達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的0.7相對(duì)密度指標(biāo),并總結(jié)出了一套砂墊層的施工方法和施工工藝,在南水北調(diào)安陽(yáng)段得到推廣運(yùn)用。

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