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合作業(yè)，實現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構縫成縫和表面成型技術與設備的空白，替代了傳統混凝土施工機械切縫模式，加快了施工進度，提高了工程質量，使渠道工程建設更優(yōu)質、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 一體化設備現場作業(yè)

1.2 一體化設備性能

一體化設備性能參數見表1。

表1 一體化設備性能參數

2 工藝原理及流程

2.1 工藝原理

根據工程結構斷面型式研發(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構縫嵌縫和止水材料置入襯砌斷面設計深度內并使分縫和止水材料能與混凝土充分膠結；HCSM8000多功能混凝土表面成型機機身為輥筒結構，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合作業(yè)的施工參數，確定施工組織形式和輔助人工配置數量，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，配置數量根據拌和站拌和能力、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；

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廠家技術人員指導下嚴格按使用說明書的要求進行。調試遵循“先分動，后聯動；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?；炷翑嚢柽\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?；炷翑嚢柽\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)視各分倉斗內混凝土數量，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?；Ｒr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執(zhí)行，確?；炷敛宦┱瘛⒉贿^振、不欠振，見圖3。

圖3 滑模襯砌機現場作業(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、液壓升降系統、置縫臺車總成(刀架、熨平板)、置縫臺車控制系統組成。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，結構型式為十字交叉形(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，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裝置，使置縫臺車刀架向混凝土表面方向移動，當刀架接觸混凝土表面時，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部，置縫臺車的熨平板聯同刀架同時振動，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，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，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部。置縫臺車的熨平板聯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、液壓升降系統、成型車總成、成型機控制系統。成型機工作時輥體與混凝土表面呈線性接觸，實現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構表面的連續(xù)成型作業(yè)，傳統的圓盤式混凝土表面收光機只適用于平面混凝土。

成型機總成轉速可調、振動頻率可調、行走速度可調，可根據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，調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；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，輥體沿襯砌面往復運動，對襯砌面提漿整形。根據現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，停止輥體轉動和振動。開啟升降系統，調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，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量?；炷帘砻嫒斯ぽo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 進度和經濟效益分析

一體化設備施工工法實現了在混凝土塑性階段完成混凝土結構縫制縫工序，替代了傳統的混凝土機械化襯砌的切縫工序，在施工進度上比傳統混凝土機械化襯砌提高數倍。經濟效益方面，成本低，效益好。經濟效益分析見表2。

表2 經濟效益分析

5 結 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構面表面成型，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。