南水北调渠道混凝土衬砌施工工艺探究

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  [摘 要]南水北调工程是促进我国实现全面建设与发展的重点工程,渠道混凝土衬砌施工是其关键部分。混凝土衬砌施工工艺是南水北调渠道工程最主要的特点,其中,较为突出的就是机械化混凝土衬砌施工工艺。本文深入探究了南水北调渠道混凝土衬砌施工工艺,希望能够为类似南水北调工程建设提供参考。
  [关键词]南水北调工程;混凝土衬砌;施工工艺;发展;质量控制
  中图分类号:TV544 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)29-0207-02
  引言
  南水北调工程建设满足我国构建和谐社会的需要,可以实现对水资源的合理配置,缓解我国北方的缺水困难,避免出现旱灾,改善人们生活环境。因此,探究南水北调渠道混凝土衬砌施工工艺具有十分重要的意义,有助于实现南水北调工程质量的有效控制,提高南水北调施工管理水平。
  一、工程概况
  磁县段是南水北调中线一期工程漳河北~古运河南邯邢段的组成部分。渠段全长40.056km。其中渠道长38.986km,建筑物长1.07km。磁县段划分为3个土建施工标,本标段为磁县干渠工程第二施工标。渠道过水断面呈梯形状,受地形起伏变化影响,本标段渠道为全挖和半挖半填两种型式。其中半挖半填长度9.389km。全挖段长度为3.981km,均为土质渠段,设计流量235m3/s,设计底宽为25m?17.5m,设计水深6m,堤顶宽5m。土渠边坡系数为1.75?3.5,设计纵坡为1/23000?1/26000。渠道过水断面采用全断面现浇混凝土衬砌,衬砌混凝土厚度为10cm,混凝土强度等级为C20,抗冻标号F150,抗渗标号W6,设有伸缩缝、沉降缝,满足间距4.0m的分缝要求,伸缩缝的间距为8.0m,沉降缝的间距为8.0m。伸缩缝为矩形通缝,缝宽10mm,沉降缝为矩形半缝,缝宽10mm。伸缩缝、沉降缝上部临水侧2cm采用聚硫密封膏封闭,下部采用聚乙烯闭孔泡沫塑料板充填。
  二、渠道衬砌施工工艺
  南水北调工程是我国第一次大规模运用渠道衬砌施工工艺,但是就我国目前的渠道衬砌施工工艺来看,我国的衬砌混凝土施工技术还出初期发展阶段,还需要我国的技术人员不断探索,摸索出一套适合我国机械化施工的工艺,最终提高我国的渠道衬砌施工工艺的质量、进度、效益。要认真落实施工工艺的每个施工环节。包括对渠道坡面修整、保温板土工膜的铺设、混凝土的浇筑、抹面、结构分缝的切割、养护等环节的质量监督,保证每个施工环节都能够严格按照有关规范操作,保证每个施工环节的施工质量都能够符合工程要求,施工环节的质量直接与整个工程的施工质量密切相关,因此就要求相关技术人员摸索出一套适合我国工程发展的施工方案。
  三、施工方法
  渠道设计纵坡1/23000、1/25000,设计底宽为19.5~23.5m,内边坡系数为1:2或1:2.75。渠坡采用混凝土衬砌机组浇筑。渠道渠底采用三滚轴混凝土整平机浇筑施工,均为机械化衬砌施工工艺。施工方法介绍如下:
  (一)测量放线
  进行测量放样时,要严格按照图纸施工,采用全站仪及GPS进行全程控制,根据渠道开挖衬砌结构图,渠底边线的允许偏差:直线段±20mm、曲线段±50mm、高程0~-10mm。衬砌前,项目部针对渠衬砌,对渠道沿线重新进行三等水准点布设,根据新测量成果进行施工放样、控制高程,为清刷边坡做好准备。
  (二)轨道铺设
  为了确保砌混凝土的平整度,一般利用上、下两条平行于渠道中心线的轨道作为衬砌基准线进行轨道铺设,上轨道位置宜在上模板以外0.5m处,下轨道位置宜在模板以外1.0m。
  (三)渠道削坡及清底
  渠道开挖或填筑基本成型后,测放出坡脚线和坡肩线,测量人员采用全站仪控制机械挖坡深度。采用1台挖掘机进行粗削坡,另1台挖掘机在铲齿敷焊钢板后配合人工进行粗修处理,处理时按照设计高程挂线、整平。粗修完成后,由人工进行精修整平,修坡时按照设计高程挂线、人工精修整平。渠底高程控制指标为 0~-10mm。同时严禁超挖,确保密实度满足设计要求,平整度控制在10mm/2m以内。坡面修整完成后,由监理工程师组织建设单位、设计单位、施工单位进行四方联合验收,合格后进行下道工序。
  (四)铺设保温板及复合土工膜
  在严格检查边坡基面状况及保温板材料性能以后,进行保温板铺设。要求边坡基面清洁无杂物,保温板无缺角、裂缝,体积满足要求。保温板按从上到下的顺序错缝铺设,并采用8~10cm的U型卡固定,保证保温板与渠坡紧密贴。要避免在大风、暴雨等恶劣的天气条件下施工,铺设后,要保持保温板表面的清洁,避免放置重物。工程项目负责人应当合理安排工作任务,确保严格按照工程进度施工。保温板验收合格后方可敷设复合土工膜,并在其两侧预留10cm宽光面膜,垂直于水流方向铺设,接缝宽度10cm。上游边压下游边,采用焊接法拼接土工膜,尤其要注意焊缝处土工膜的焊接,不得出现虚焊、漏焊等现象,确保复合土工膜的平缓、舒展。在正式焊接前,要进行焊接试验确定焊接参数。待监理验收审批合格后方可进行焊接,并在复合土工膜焊接过程中做好焊接参数控制和质量控制工作。
  (五)渠道混凝土衬砌施工
  衬砌机构造及基本原理通常我国工程使用的滑膜衬砌机是整体的钢架结构,促使布料系统与衬砌系统结合成一体,这就决定了整个衬砌机构具有设备自重大、搬移困难、拆装耗费时间长的特点。同时该设备具有整体刚性强的特点,在进行设备设计时就对设备进行了预应力处理使其克服了由大跨度时机架自重所产生的挠度,从而使渠坡中间的衬砌厚度满足相关要求。以上特点使衬砌机具有较高的生产效率,进行工作时能够密实、均匀的振捣,使工作后的平面具有较好的平整度,大大节省了劳动资源,这一特点使衬砌机能够满足当下大规模的渠道衬砌工程的要求。从我国目前阶段的南水北调工程来看,有多个衬砌机生产厂家生产衬砌机,但是只有河南开封和山东两家厂家在进行大规模生产,还有一部分衬砌机是由施工单位自己研制生产自己使用的。本工程采用的混凝土衬砌机是SM8000 型多功能坡面衬砌机。   首先,选择合适的施工工艺:施工准备——施工放样——坡面修整——基面找平处理——基准线设置——保温板/土工膜铺设——布料机、衬砌机就位——模板安装——混凝土浇筑——混凝土抹面压光——混凝土养护——混凝土切缝——闭孔泡沫板、聚硫密封胶填缝——质量检查。
  渠道边坡衬砌控制参数:(1)单班生产最大能力(12小时):96米。衬砌机正常工作速度9m/h;(2)衬砌的适宜环境温度在20~30℃之间,高于30℃时在夜间施工,即在19:00点至次日凌晨进行施工;(3)振捣时间:10~15秒。在模板边角、齿槽及护肩处要用人工采用插入式振捣器进行辅助振捣;(4)抹面:压光间隔时间:第一遍在机械抛光后30~40分钟,第二遍40~50分钟,第三遍40~50分钟;抹面完成时间根据环境温度控制在140分钟内完成;(5)割缝完成时间:浇筑完成后,根据环境温度在30~48小时之内进行割缝,横缝与纵缝均在48小时内完成切割。高温季节切缝时间适当提前,确保衬砌面混凝土凝固后再进行切缝,以渠坡切缝为例,按108m计算:横、纵缝切割:Ⅱ横、纵缝均为半缝(切缝深度5cm),共有431.28m,Ⅲ纵缝共108m,切缝深度9cm。切缝深度9cm的每小时切缝长度为8m左右,使用三台切割机同时切割,基本满足进度需要;(6)混凝土出机时的坍落度:采用坍落度40~80mm,浇筑时的实测坍落度46~55mm,随着运距增加,坍落度应控制在60~80 mm之间(运输中的坍落度损失5~10mm);采用含气量为4~6%,浇筑时的实测含气量为4.1~4.5%。符合技术规程中要求的4~6%的范围;(7)混凝土成型后的浇筑厚度:通过检测混凝土的浇筑厚度,在松铺系数为1.1时,混凝土浇筑平均厚度为104.83mm。
  其次,要进行渠道混凝土浇筑衬砌试验,浇筑渠道试验段的边坡。上述步骤经联合验收签字后,方可进行渠道混凝土衬砌施工。利用ZS90拌和系统拌料。施工时,严格按照实验开具的混凝土施工配合比进行配料,搅拌4~5min,实时监测骨料的含水率。严格计算坍落度损失,适时适量加水,避免出现干料、生料及离析现象。经拌合的混凝土强度经检验符合规范要求后,投入使用。运输时,衬砌采用10m3混凝土罐车将混凝土拌和料运输至施工场地,直接送至布料机进口。在施工中根据混凝土施工的劳动强度、衬砌的施工进度、运量、运距及路况等因素综合调整运输车配置数量。
  再次,浇筑衬砌混凝土。混凝土浇筑前先调整衬砌机机架的坡比,由现场施工技术人员挂线控制机架高程,从而控制振动滚筒的高程与混凝土的设计高程相符。混凝土熟料由移动的拌和机输送至布料机进料口,由布料机将混凝土熟料均匀地摊铺在衬砌面上。摊铺机摊铺完成后,混凝土衬砌机将混凝土振捣、压实,重复上述动作,配合人工避免混凝土出现明显凹凸不平的部分。浇筑后,用电抹子进行抹平、提浆,然后人工用铁抹子压实抹光。使混凝土面光滑平整,使平整度误差控制在5mm/2m的范围内。在混凝土终凝后及时洒水养护,覆盖毡毯,始终保证混凝土表面处于湿润的状态,养护时间不低于28天。
  (1)混凝土布料:安排专人负责指挥布料;运输车就位后卸料前,可用少许水湿润运输车的下料槽和布料机输送带;采用运输车布料,调整运输车与衬砌机的行走速度,衬砌机的侧面设有分仓料斗,自行式滑动刮刀分料,施工中应设专人监视,保持各料仓的料量均匀,防止欠料;坡肩、坡脚齿槽和周边模板位置须人工辅助布料;布料时应控制布料厚度,对松铺系数根据坍落度随时进行调整,由本次生产性施工衬砌试验确定的相关施工参数指导此后大规模的渠道衬砌施工。(2)衬砌机操作及混凝土振捣:施工中严格按照施工规范规定的振捣时间、工作速度进行施工,做到混凝土不过振、漏振或欠振,达到混凝土深层振捣和表面提浆的效果;衬砌施工中应专人检查振捣棒的工作状况,杜绝板面上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉沟等现象; 渠坡衬砌的顶部出现缺料、漏振时,应及时人工补料,并采用振捣棒和平板振捣器辅助振捣。当衬砌机行走前移时混凝土表面出现带状隆起,表明振动碾压厚度设置有误,应及时调整。(3)渠道坡肩、坡脚处混凝土衬砌施工应设专人负责。采用人工辅助布料,插入式振捣棒或手提式平板振动器进行振捣。坡脚处分两次布料、振捣。插入式振捣棒振捣模板周边时,行走不宜过快。对坡肩及坡脚的折线部分,应以靠尺定型,以使折角整齐,外型美观。
  最后,混凝土伸缩缝施工。施工时应严格按照规范要求,采用人工墨线布缝进行衬砌分缝。纵横缝采用手扶式割缝机割缝,割缝时注意控制好割缝的方向,并要满足缝的间距和型式要求。渠道伸缩缝采用聚乙烯泡沫条和双组份聚硫胶填充。密封胶属双组份反应型高档密封材料。施工时,要先清理基面,充分晒干。用刮刀将聚硫胶刮入缝内并压平,与混凝土粘接牢固;或者将聚硫胶装入密封胶专用管中,用施胶枪将胶直接挤入缝内压平,发现起泡、混凝土表面脱胶、下垂等现象后及时修补。施工时,配制好的聚硫胶要在2h内用完,避免由于胶体增稠给施工带来不必要的困难。 此施工过程同样要有意避免阴雨等恶劣天气,施工结束后在没有完全硫化时,应进行养护、覆盖,以确保混凝土的强度满足施工要求。
  四、衬砌混凝土裂缝防治
  我们要分析裂缝产生的原因来进行衬砌混凝土裂缝防治工作。我国现阶段的南水北调工程一般采用现浇混凝土衬砌施工工艺,现浇混凝土形成的裂缝不仅有混凝土工程裂缝的共性还具有大体积混凝土裂缝所具有的独特特征。并且就现在的工程状况而言,工程一旦形成裂缝就很难自己进行愈合。根据对我国南水北条工程的调查,工程的渠道阴阳两面都接受基本相同的日照和风情的影响,阴阳两面所产生的裂缝特征也基本相同。我们要分析南水北调工程的渠道结构和渠道的运行环境,由于南水北调工程的渠道一般都是现浇混凝土渠道,它所产生的裂缝主要是由于温度应力的作用产生的,渠道局部的裂缝与施工的质量和渠道坡面的平整度有直接联系。
  结束语
  综上所述,在南水北调渠道混凝土衬砌施工中,首先要进行衬砌试验,确定混凝土坍落度、土工膜焊接、衬砌机工作等技术参数及相关资源配置,并不断总结经验,为实际的施工工作提供借鉴。从质量控制方面来说,南水北调中线工程是一项积极的社会工程,事先做工艺性试验,有助于技术人员掌握更好得施工工艺,不断完善施工过程,确保混凝土的内在质量要求和外观质量要求,达到混凝土内实外光的效果。经检验,上述施工工艺具有推广价值,渠道混凝土的密实度、抗渗性、表面平整度等均满足设计要求,不论从混凝土质量、成本还是施工进度考虑,使用衬砌机施工在确保工程质量的同时,创造更大的社会效益。
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