滑模式襯砌技術(shù)在渠道邊坡施工中的應(yīng)用

屈學(xué)平

（作者單位：中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 230000）

南水北調(diào)工程為特大型輸水建筑物工程，在實施過程中工程量最大、投資最多、戰(zhàn)線最長的是渠道工程，全長1432km，設(shè)計流量在渠首為350m3/s。渠道基本為梯形斷面型式，坡比為2～2.5，設(shè)計水深為5.0～8.0m，渠道底寬為10.0～25.0m。為確保過水?dāng)嗝姹砻嫫秸燃安诼室?，設(shè)計渠道襯砌為現(xiàn)澆混凝土襯砌，襯砌邊坡厚10cm、渠底厚8cm，混凝土等級為C20W6F150。渠坡從底層至面層依次為排水板、576g/m2的復(fù)合土工膜及10cm 厚混凝土板。渠底設(shè)10cm 厚粗砂墊層、576g/m2的復(fù)合土工膜和8cm 厚混凝土板。渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1。

為確保渠道襯砌施工質(zhì)量，工程中采用了渠道混凝土機(jī)械化襯砌施工工藝，現(xiàn)就其施工過程中的技術(shù)要點進(jìn)行探討。目前常用的混凝土襯砌機(jī)有兩種機(jī)型：滾筒式適用于渠道底板襯砌；滑模式適用于渠道邊坡襯砌。由于渠道邊坡襯砌技術(shù)相對復(fù)雜，質(zhì)量控制難度較大，因此邊坡襯砌是渠道襯砌的難點與重點。

一、滑模襯砌機(jī)概述

滑模襯砌機(jī)包括機(jī)架、動力源、控制裝置，機(jī)架上設(shè)置有布料裝置，在機(jī)架的頂端設(shè)置有上料裝置，在機(jī)架的至少一端設(shè)置有整機(jī)行走裝置，在機(jī)架的底部設(shè)置有能夠沿著機(jī)架長度方向上下運動的振搗滑模成型裝置。在襯砌作業(yè)時，混凝土熟料由混凝土攪拌車運輸至現(xiàn)場，從滑模襯砌機(jī)兩側(cè)的小集料斗同時供料，經(jīng)皮帶輸送至大集料斗后，沿順坡自上而下布料。布料完成后，沿順坡方向設(shè)置的一排振搗簧片將混凝土料物均勻振搗并機(jī)械進(jìn)行找平?；Ｒr砌機(jī)的優(yōu)點是機(jī)架為整體鋼架，具有良好的整體剛性，確保了渠坡中間部分的襯砌厚度；同時布料與襯砌同步，生產(chǎn)效率高，混凝土密實度和表面平整度高。缺點是設(shè)備自重大，對施工場地要求高，拆裝周期長，一次性投資大。

二、襯砌設(shè)備的安裝及調(diào)試

襯砌機(jī)軌道選用10cm×10cm 的方管鋼軌道板和16 錳鋼基板制作。導(dǎo)軌鋪設(shè)前人工掛線清理，并夯實找平導(dǎo)軌基礎(chǔ)，控制導(dǎo)軌底高程，保證導(dǎo)軌穩(wěn)定。在施工過程中若出現(xiàn)較大沉陷，要及時調(diào)整導(dǎo)軌。在混凝土澆筑前應(yīng)及時校正軌道的平面位置及高程，并將襯砌機(jī)來回在在軌道上走1～2 次，確保將基礎(chǔ)壓實、墊平后校核軌道板高程和基準(zhǔn)線位置。

在襯砌面上順坡面預(yù)設(shè)基準(zhǔn)高程樁，將襯砌機(jī)開至基準(zhǔn)高程樁上，調(diào)整液壓升降機(jī)保證襯砌機(jī)下板厚，坡比由上下各兩個專用變角模塊控制，并記錄此時上下油缸高度作為校核定值。由于襯砌機(jī)為滑模式，因其特性，襯砌后板厚度即為坡面混凝土厚度。布料鋪筑厚度即為設(shè)計板厚。將機(jī)械自倉外調(diào)整至混凝土澆筑高程，調(diào)整、校驗坡比，設(shè)定襯砌機(jī)上下液壓升降機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)襯砌板厚度的設(shè)置，板厚與設(shè)計值的偏差為-5%～+10%，空載試運行正常。桁架式抹面機(jī)和振搗棒、平板振搗器等其他工器具準(zhǔn)備情況及運行狀態(tài)正常。

三、混凝土布料攤鋪、振搗提漿

1.布料

布料前現(xiàn)場對混凝土拌和物進(jìn)行坍落度和含氣量的檢測。這樣既能保證正常布料，又能保證混凝土能穩(wěn)定在坡面上，不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。

安排專人指揮布料。布料時，先向皮帶上灑水使其濕潤（但無水流）?；炷凉捃噷⒒炷列对谛∑C(jī)上，由小皮帶機(jī)將混凝土輸送至大皮帶機(jī)上，再從大皮帶機(jī)由斜坡上端向下端送料。大皮帶機(jī)上部移動刮板小車，自下而上將混凝土擋落在設(shè)備前方落料倉內(nèi)，使料均勻布在斜面上。落料倉專人看料，齒槽處落料倉要布滿混凝土，其余上部落料倉以布滿落料倉2/3 為宜。襯砌機(jī)在料斗布滿料后先開動振搗器，后行走，在行至接頭位置或者停機(jī)待料時先停行走后停止振動，以保證混凝土料的振搗均勻。

2.混凝土襯砌

根據(jù)襯砌機(jī)特性，齒槽處和渠肩平臺處需人工振搗配合襯砌機(jī)坡面施工，故分三部位進(jìn)行施工控制：齒槽部位、斜坡面上、渠肩平臺處。

（1）齒槽部位：預(yù)設(shè)豎向擋頭板30cm×50cm，緊貼擋頭板內(nèi)側(cè)放置閉孔泡沫板，布料時，最下面落料倉布料時開啟50 型振搗棒振搗該齒槽部位，至表面返漿不出現(xiàn)氣泡，并齒槽處混凝土不再向前自流形成自由坡為止。當(dāng)襯砌機(jī)行走時，該部位人工拖動振搗棒徐徐前進(jìn)振搗。

（2）斜坡面：滑模式襯砌機(jī)在落料倉布滿料后先開動高頻低幅振搗棒15～20s 后，開動行走大車進(jìn)行坡面混凝土襯砌工作，當(dāng)落料倉內(nèi)混凝土出現(xiàn)振搗棒時先停止行走再停止振搗棒，以保證振搗均勻。襯砌機(jī)行走速度由車輪組電機(jī)（變頻調(diào)速電機(jī)）調(diào)節(jié)，上下兩組車輪組的行走速度一致。

因襯砌機(jī)振搗提漿與攤鋪壓實為同時進(jìn)行，振搗與行走速度應(yīng)相適才能保障坡面混凝土均勻、密實。行走速度以混凝土表面漿液豐富、無漏石且能滿足收面為準(zhǔn)，襯砌機(jī)布料自下向上行走，根據(jù)施工經(jīng)驗一般速度控制在1～2m/min。

（3）渠肩平臺處：該部位落料倉布料以1/2 為宜，襯砌機(jī)行走過后，專人將該部位多余混凝土清除運走，沿基準(zhǔn)線整平后用平板振搗器振實。齒槽處和渠肩平臺處安排專人施工，需保證混凝土密實、上下內(nèi)側(cè)棱線順直。

襯砌板厚度檢測方法包括：1）襯砌機(jī)行走時，現(xiàn)場隨時在襯砌機(jī)前檢測襯砌機(jī)滑板下凈空厚度，如發(fā)現(xiàn)異常情況要及時報告，查找原因后方可實施下一部位襯砌施工。2）因襯砌機(jī)為滑模式，根據(jù)其特性襯砌后板厚度即為坡面混凝土厚度。襯砌機(jī)完成襯砌后及時檢測已襯砌面板厚度，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。3）隨機(jī)在坡面設(shè)置至少3 點預(yù)埋鋼板（厚2mm，20cm×20cm）鉆取芯樣作為對比，觀察厚度、密實性、混凝土級配。鋼板的預(yù)埋位置用全站儀進(jìn)行放樣，并記錄好數(shù)據(jù)。鋼板預(yù)埋位置基本為坡面中間、坡面靠上和坡面靠下三個位置，三個預(yù)埋位置不可布置在同一橫斷面上。

圖1 渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

四、混凝土抹面壓光

（1）渠道襯砌混凝土寬度約有2～3m 以上時，便可用桁架式自行抹面機(jī)進(jìn)行首次抹面、收平，進(jìn)一步提漿。此時混凝土表面尚未初凝，抹面方向先由下至上進(jìn)行，并統(tǒng)一向混凝土澆筑方向收面。抹面機(jī)的適宜高度以剛好接觸到混凝土表面為好，在向坡面放抹面機(jī)時，邊轉(zhuǎn)動磨盤邊向下降落，不可放到位后再開動轉(zhuǎn)盤，否則電機(jī)不易轉(zhuǎn)動，會導(dǎo)致電機(jī)燒毀。

（2）首次抹面時，根據(jù)現(xiàn)場混凝土坍落度的大小調(diào)整桁架凈距，坍落度較小時可調(diào)小桁架與工作面之間的凈距，利于提漿；混凝土坍落度較大時可調(diào)大凈距，利于工作面找平。當(dāng)混凝土開始初凝時，再用圓盤面連續(xù)抹面一遍，以表面平整、提出的漿面均勻為宜。

（3）抹光機(jī)順坡往返一次為一遍，每次移動間距為2/3 圓盤直徑，在連續(xù)作業(yè)時以保證不發(fā)生漏抹、表面均勻一致為宜。對于局部提漿效果不理想的部位，由收面工人站在移動式人工桁架上補(bǔ)原漿、配合收面，混凝土初凝前用2m 靠尺隨時檢測平整度。隨后操作抹面機(jī)運行至修補(bǔ)部位修整，這樣可以保證混凝土表面平整度。注意坡肩、坡腳模板的保護(hù)，確保坡肩、坡腳的順直。

（4）用抹面磨盤對混凝土表面進(jìn)行抹面收平后，接近終凝時用手輕壓，當(dāng)表面有些硬化，但稍有印痕時用后面一臺桁架式抹面機(jī)配專用收光刀片進(jìn)行壓光處理，以消除表面抹光機(jī)的印痕、抹紋、氣泡，進(jìn)一步使混凝土面層密實平整、光滑無抹痕。

（5）嚴(yán)格控制收光時間，最終力求混凝土表面平整光潔。過早不易壓光，會有劃痕；過遲會因局部的不平，出現(xiàn)有抹不到的地方，并且表面發(fā)白，整體顯示為花斑面。夏季施工抹面、收光適宜時間：第一遍（磨盤提漿）20～40 min 后；第二遍（磨盤繼續(xù)抹面）120～180min，第三遍（專用收光刀收光）180～250min。

五、質(zhì)量控制與效果

1.混凝土厚度

防止混凝土澆筑過程中沿坡面整體下滑：首先從坡頂將復(fù)合土工膜固定好, 在渠堤（一級馬道）渠肩處用普通腳手架鋼管將土工膜卷起，后用鋼釬將鋼管固定，且每隔5m 用一砂袋壓住卷在鋼管上的土工膜；然后遵循先澆齒槽、后澆坡面的自下而上澆筑順序；并有意識地適當(dāng)控制布料節(jié)奏。

襯砌機(jī)初入倉面時因襯砌板厚已定，故初入倉面時，應(yīng)將邊膜放倒，其內(nèi)邊緣為沿襯砌面基準(zhǔn)線上游側(cè)3cm位置處，待襯砌機(jī)行走過后人工將多余料切除沿基準(zhǔn)線重新立膜整直。

襯砌機(jī)出倉面時宜拖傷前方已襯砌成品面，出倉面前應(yīng)留取10cm 人工修整振壓整平，此時落料倉內(nèi)應(yīng)適當(dāng)留有微量的富余混凝土。調(diào)整襯砌機(jī)油缸高度上升1.5cm，不開振動將剩余混凝土料拖平，最后用人工沿坡面自下而上用平板振搗器振實整平。

混凝土厚度主要取決于坡面開挖時是否存在欠挖現(xiàn)象和襯砌機(jī)工作時的工況。為把損耗減低到最小程度，在混凝土施工過程中安排專人在混凝土襯砌時對混凝土的厚度進(jìn)行量測，使用一個標(biāo)上刻度的鋼筋進(jìn)行量測，發(fā)現(xiàn)超澆部分及時進(jìn)行襯砌機(jī)高度的調(diào)整。

通過上述施工工藝的控制，混凝土厚度控制標(biāo)準(zhǔn)能滿足南水北調(diào)工程建設(shè)專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《渠道混凝土襯砌機(jī)械化施工單元工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）規(guī)定的厚度允許偏差值在-5mm～+10mm 之間。

2.混凝土的平整度

平整度一般先從人工修坡工藝進(jìn)行控制，最難控制、最容易出現(xiàn)問題的就是混凝土襯砌時的平整度控制，混凝土襯砌完成20min 后抹面機(jī)進(jìn)行工作，抹面機(jī)在坡面上的行走主要是靠渠頂絞車慢速絞動行走，絞動速度控制在3.5～4.5m/min 為宜，抹光機(jī)完成抹面后抹面工人在工作臺車上進(jìn)行人工收面。

通過上述施工控制，混凝土邊坡的坡面平整度能小于5mm/2m，達(dá)到《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的優(yōu)良等級。

3.混凝土養(yǎng)護(hù)

由于混凝土襯砌面積大，養(yǎng)護(hù)工作非常重要，稍有疏忽混凝土就會產(chǎn)生裂縫。襯砌混凝土澆筑完成后及時用土工布覆蓋表面，使混凝土不在強(qiáng)光下曝曬。同時還需要進(jìn)行噴灑水養(yǎng)護(hù)，包括板兩側(cè)也要噴灑，保證混凝土面經(jīng)常濕潤防止出現(xiàn)裂縫。襯砌混凝土需養(yǎng)護(hù)28d。

在干熱、多風(fēng)天氣時，采用噴霧器不間斷噴霧改善混凝土施工部位環(huán)境濕度；在低溫或負(fù)溫天氣時，采取保溫措施養(yǎng)護(hù)。

4.混凝土切縫

切縫工作同養(yǎng)護(hù)工作一樣，應(yīng)及時跟進(jìn)?；炷燎锌p工作在澆筑完成后根據(jù)氣溫情況進(jìn)行，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到1～5MPa 之間時進(jìn)行，以不超過24h 為宜。用專用切縫機(jī)配行走軌道、卷揚機(jī)進(jìn)行橫縫、縱縫的施工，切縫人員根據(jù)放樣墨線確定切縫位置，橫縫、縱縫的縫寬、縫深嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行，在切縫過程中不斷抽查縫深、縫寬，以便進(jìn)行切縫機(jī)的調(diào)整。

5.停機(jī)處理

停機(jī)的同時須解除自動控制裝置，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，同時對襯砌機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)。當(dāng)襯砌機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時，須立即判斷可否在混凝土尚未初凝前排除故障，否則應(yīng)將襯砌機(jī)駛離工作面并及時清理倉內(nèi)的混凝土，并對出現(xiàn)故障時的澆筑面進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，清除分縫外的混凝土，為恢復(fù)施工做好準(zhǔn)備。

六、結(jié)論

通過采用機(jī)械化的襯砌施工方式并不斷完善施工工藝，提高了南水北調(diào)工程渠道襯砌的施工質(zhì)量，加快了工程的施工進(jìn)度，確保了工程總體目標(biāo)的順利實現(xiàn)，也為類似工程提供了一定的借鑒■