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摘要文章结合南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标渠道衬砌垫层水泥土的施工应用，对渠道衬砌水泥土配合比试验、施工方法等进行了总结，供今后类似工程施工参考。
关键词渠道衬砌水泥土配合比试验施工方法
中图分类号：TU528.45 文献标识码：A文章编号：
1工程概况
南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标主要包括北岸河滩明渠和北岸连接明渠，全长9.97km。北岸河滩明渠位于黄河北岸河滩上，分布长度6127.50m（桩号9+336.47～15+463.97），为填方渠道，最大填方高度9.7m。渠道地基主要为砂壤土、粉细砂，桩号12+608以南为低漫滩渠段地基，在饱和水条件下存在地震砂土液化问题，地基采用挤密砂桩进行处理。渠道断面为梯形，渠底宽8m，纵坡i=1/10000，内外边坡比均为1：2.25，在北岸河滩明渠段内设计有水泥土垫层，厚度为10cm，水泥土垫层上依次铺设保温板抗冻胀、土工膜防渗和10cm厚聚丙烯纤维混凝土衬砌。渠道衬砌坡面水泥土采用水泥土衬砌机施工，要求表面平整度≤10mm/2m。
2渠道衬砌水泥土配合比试验
2.1渠道衬砌水泥土技术要求
水泥土施工应考虑工程施工区域的差异，主要表现在常年最低温度的变化及温度的差异，对于输水渠道，通常要求水泥土具有一定的抗压强度、抗冻等级和抗渗透能力等。本标段渠道衬砌水泥土所用土料为轻粉质壤土，控制干密度不小于1.5 g/cm3，水泥土设计技术指标见表1。
2.2原材料
水泥：水泥是无机胶凝材料，它在水泥土中起固结土粒、填充空隙的主要作用，是改变土料性质的重要因素，也是水泥土具有建筑材料性能的根本。水泥土的性能随水泥的矿物成份、掺量、水化发育等不同而不同。南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标水泥土采用焦作坚固水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥各项检测指标符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准要求；
粉煤灰：焦作华能沁北电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，其品质满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005Ⅰ级粉煤灰标准要求；
外加剂：江苏博特新材料有限公司生产的JM-Ⅱ（缓凝、泵送）混凝土高效增强剂和JM-2000C(S)引气剂。外加剂品质检测结果满足《混凝土外加剂》GB8076-1997规范要求；
土料：土料是配制水泥土的基本原材料，质量一般能占水泥土混合料的80%以上，所以土料在水泥土中具有举足轻重的意义。土料可以是细颗粒的砂粒、粉粒和粘粒的混合物，也可以是包含砾石在内的粗细粒混合物。根据水泥土需要达到的强度、抗冻性能及渗透系数等指标要求，对土料的颗粒组分、有机质、可溶盐等均有一定的要求。南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标渠道水泥土垫层所用土料主要为轻粉质壤土，土料场由业主提供，土料检测结果见表2，土料中含有少量钙质结核、树根、草根，施工时需筛选剔除。
表2土料检测结果
2.3水泥土配合比试验
根据设计要求的技术指标，水泥土配合比试验分别选用胶凝材掺量10%、12%、14%，其中掺加粉煤灰20%，并掺高效减水剂和引气剂，测试水泥土的最优含水率、干密度、抗压强度、渗透系数、软化系数、抗冻等级等指标。其目的是确定满足设计及施工要求且经济合理的水泥土施工配合比，在保证工程质量的前提下降低工程造价。水泥土试验结果见表3、根据试验结果确定凝材掺量为12%的水泥土配合比作为施工配合比，其参数见表4。
表3水泥土试验结果
表4 水泥土施工配合比
3渠道衬砌水泥土施工
3.1水泥土衬砌机
渠道水泥土衬砌机由行走系统、升降系统、布料系统、碾压系统、安全系统组成。
行走系统：采用四个电机同步控制，运用先进的调速技术，在0～5m/min之间可随意调整，使機械在行走过程中平稳运行，以避免摇摆晃动引起的挠度变形；
升降系统：升降系统采用四个独立的液压升降机进行升降控制，精确调整各结构尺寸，以适应各种作业的边坡比变化，满足水泥土施工的要求；
布料系统：布料系统由三部分组成，一条宽650mm的主输送带，一台与振动碾连接的刮平调整板，一台用于给主输送带供料的650mm宽的副输送带；
碾压系统：碾压系统由两套重500kg独立碾压辊轴组成，辊轴直径为φ500mm、宽度为1400mm，采用前后串联布置，两者间距为100mm，并采用拖挂式布置于主桁架下端，即可在碾压过程中起到控制雍料厚度、填仓补漏的作用，也可保证大面平整度；
安全系统：全车共装置了四套安全装置，误操作紧急制动按钮、布料小车行程控制安全系统、振动碾压辊轴行程控制安全系统和失控防撞安全系统。
3.2水泥土衬砌碾压试验
渠道衬砌水泥土设计厚度为10cm，为保证水泥土衬砌在一次摊铺的条件下能够满足碾压后的厚度及干密度符合设计要求，试验对水泥土松铺厚度、碾压遍数、水泥土含水率等施工技术参数采用蛙式打夯机和水泥土衬砌机分别进行了碾压试验，碾压（夯压）遍数与干密度关系曲线见图1。
图1 水泥土碾压（夯压）遍数与干密度关系曲线图
3.3水泥土填筑施工
为了确保渠底衬砌水泥土及后续衬砌混凝土不遭受施工破坏，水泥土填筑施工先进行渠道坡面水泥土衬砌，后进行渠底水泥土填筑施工，并将渠道坡面施工分为渠底齿槽、渠道坡面两部分进行施工。
3.3.1渠道齿槽填筑施工
根据齿槽水泥土结构形式，渠道齿槽分为齿槽底板、齿槽两侧边墙。齿槽水泥土施工采用如下施工程序：
（1）开始施工前，先进行测量放样，设置高程、桩号控制桩，检测水泥土原材料及土料含水率，开具水泥土配料单，并由监理工程师签字确认；
（2）水泥土采用拌和站拌合、20t自卸汽车拉运，拌和站出机口含水率控制在24%左右，并根据当天天气状况适当调整，以弥补水泥土料在运输、摊铺过程中的水分损失，满足碾压时水泥土含水率为21.1±1%的要求；
（3）底板水泥土碾压使用蛙式打夯机进行夯实，水泥土料松铺厚度控制在15cm，夯实4遍，夯板夯击轨迹及各夯点搭接均为1/3夯机振动板尺寸。
3.3.2渠道坡面衬砌施工
水泥土施工前的测量放线、材料检测、水泥土拌和控制、拉运及水泥土施工完成后的检测验收等与渠道齿槽水泥土填筑施工相同。水泥土拌和完成后，采用水泥土衬砌机进行铺土、碾压，运输和卸料时间控制在1h左右，衬砌机布料小车移动速度控制在8m/min，每个条带布料宽度约为140cm，松铺厚度控制在15cm，在每个条带布料完成后，开启平仓刮板车，将水泥土料摊铺平整，最后开动振动碾压辊轴进行水泥土料碾压，水泥土料碾压时辊轴上下行进速度控制在4m～5m/min。第一条带碾压完成后开启水泥土摊铺机行走系统，使设备水平前进，同时控制相邻两个条带搭接宽度为2cm～5cm。第2～N条带的施工方法与之相同，直至该段水泥土填筑施工完成。
４渠道衬砌水泥土施工质量控制要点
（1）水泥土拌和前检测土料含水率，根据实测含水率计算水泥土配料单，确定加水量，并由监理工程师签字认可后方能进行拌和，对拌和均匀的水泥土及时进行含水率检测，拌和后含水率控制在最优含水率±1%以内；
（2）影响水泥土拌和均匀性及碾压效果的较大粘土团块应予以剔除，压实（夯实）后，干密度值不小于1.5g/cm3，离差系数应小于0.15；
（3）严格控制水泥土拌和的称量误差，使称量误差符合：水泥±1.0%、掺和料±3.0%、水±2.0%、外加剂±1.0 %、土±5.0%的要求；
（4）待水泥土布料完成后，对局部雍料由人工利用铁锹进行整平，振捣完成后及时进行干密度检测，同时测量垫层料厚度及平整度，发现问题及时处理，保证施工质量。
5结束语
南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标渠道衬砌水泥土衬砌坡面的整体性好、表面平整度高、无错台及水平施工缝，碾压成型后的水泥土干密度，大板取样的28d抗压强度、渗透系数、抗冻指标等均满足设计要求，取得了良好的施工效果。水泥土衬砌机平均每天可完成75m左右的坡面水泥土衬砌施工，该施工方法在南水北调中线穿黄工程中得到了成功应用，为类似工程施工积累了经验。
参考文献：
1、《建筑材料水泥土》（1987年水利电力部）；
2、《水泥土材料试验方法》（1987年水利电力部）。
关键词渠道衬砌水泥土配合比试验施工方法
中图分类号：TU528.45 文献标识码：A文章编号：
1工程概况
南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标主要包括北岸河滩明渠和北岸连接明渠，全长9.97km。北岸河滩明渠位于黄河北岸河滩上，分布长度6127.50m（桩号9+336.47～15+463.97），为填方渠道，最大填方高度9.7m。渠道地基主要为砂壤土、粉细砂，桩号12+608以南为低漫滩渠段地基，在饱和水条件下存在地震砂土液化问题，地基采用挤密砂桩进行处理。渠道断面为梯形，渠底宽8m，纵坡i=1/10000，内外边坡比均为1：2.25，在北岸河滩明渠段内设计有水泥土垫层，厚度为10cm，水泥土垫层上依次铺设保温板抗冻胀、土工膜防渗和10cm厚聚丙烯纤维混凝土衬砌。渠道衬砌坡面水泥土采用水泥土衬砌机施工，要求表面平整度≤10mm/2m。
2渠道衬砌水泥土配合比试验
2.1渠道衬砌水泥土技术要求
水泥土施工应考虑工程施工区域的差异，主要表现在常年最低温度的变化及温度的差异，对于输水渠道，通常要求水泥土具有一定的抗压强度、抗冻等级和抗渗透能力等。本标段渠道衬砌水泥土所用土料为轻粉质壤土，控制干密度不小于1.5 g/cm3，水泥土设计技术指标见表1。
2.2原材料
水泥：水泥是无机胶凝材料，它在水泥土中起固结土粒、填充空隙的主要作用，是改变土料性质的重要因素，也是水泥土具有建筑材料性能的根本。水泥土的性能随水泥的矿物成份、掺量、水化发育等不同而不同。南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标水泥土采用焦作坚固水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥各项检测指标符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准要求；
粉煤灰：焦作华能沁北电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，其品质满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005Ⅰ级粉煤灰标准要求；
外加剂：江苏博特新材料有限公司生产的JM-Ⅱ（缓凝、泵送）混凝土高效增强剂和JM-2000C(S)引气剂。外加剂品质检测结果满足《混凝土外加剂》GB8076-1997规范要求；
土料：土料是配制水泥土的基本原材料，质量一般能占水泥土混合料的80%以上，所以土料在水泥土中具有举足轻重的意义。土料可以是细颗粒的砂粒、粉粒和粘粒的混合物，也可以是包含砾石在内的粗细粒混合物。根据水泥土需要达到的强度、抗冻性能及渗透系数等指标要求，对土料的颗粒组分、有机质、可溶盐等均有一定的要求。南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标渠道水泥土垫层所用土料主要为轻粉质壤土，土料场由业主提供，土料检测结果见表2，土料中含有少量钙质结核、树根、草根，施工时需筛选剔除。
表2土料检测结果
2.3水泥土配合比试验
根据设计要求的技术指标，水泥土配合比试验分别选用胶凝材掺量10%、12%、14%，其中掺加粉煤灰20%，并掺高效减水剂和引气剂，测试水泥土的最优含水率、干密度、抗压强度、渗透系数、软化系数、抗冻等级等指标。其目的是确定满足设计及施工要求且经济合理的水泥土施工配合比，在保证工程质量的前提下降低工程造价。水泥土试验结果见表3、根据试验结果确定凝材掺量为12%的水泥土配合比作为施工配合比，其参数见表4。
表3水泥土试验结果
表4 水泥土施工配合比
3渠道衬砌水泥土施工
3.1水泥土衬砌机
渠道水泥土衬砌机由行走系统、升降系统、布料系统、碾压系统、安全系统组成。
行走系统：采用四个电机同步控制，运用先进的调速技术，在0～5m/min之间可随意调整，使機械在行走过程中平稳运行，以避免摇摆晃动引起的挠度变形；
升降系统：升降系统采用四个独立的液压升降机进行升降控制，精确调整各结构尺寸，以适应各种作业的边坡比变化，满足水泥土施工的要求；
布料系统：布料系统由三部分组成，一条宽650mm的主输送带，一台与振动碾连接的刮平调整板，一台用于给主输送带供料的650mm宽的副输送带；
碾压系统：碾压系统由两套重500kg独立碾压辊轴组成，辊轴直径为φ500mm、宽度为1400mm，采用前后串联布置，两者间距为100mm，并采用拖挂式布置于主桁架下端，即可在碾压过程中起到控制雍料厚度、填仓补漏的作用，也可保证大面平整度；
安全系统：全车共装置了四套安全装置，误操作紧急制动按钮、布料小车行程控制安全系统、振动碾压辊轴行程控制安全系统和失控防撞安全系统。
3.2水泥土衬砌碾压试验
渠道衬砌水泥土设计厚度为10cm，为保证水泥土衬砌在一次摊铺的条件下能够满足碾压后的厚度及干密度符合设计要求，试验对水泥土松铺厚度、碾压遍数、水泥土含水率等施工技术参数采用蛙式打夯机和水泥土衬砌机分别进行了碾压试验，碾压（夯压）遍数与干密度关系曲线见图1。
图1 水泥土碾压（夯压）遍数与干密度关系曲线图
3.3水泥土填筑施工
为了确保渠底衬砌水泥土及后续衬砌混凝土不遭受施工破坏，水泥土填筑施工先进行渠道坡面水泥土衬砌，后进行渠底水泥土填筑施工，并将渠道坡面施工分为渠底齿槽、渠道坡面两部分进行施工。
3.3.1渠道齿槽填筑施工
根据齿槽水泥土结构形式，渠道齿槽分为齿槽底板、齿槽两侧边墙。齿槽水泥土施工采用如下施工程序：
（1）开始施工前，先进行测量放样，设置高程、桩号控制桩，检测水泥土原材料及土料含水率，开具水泥土配料单，并由监理工程师签字确认；
（2）水泥土采用拌和站拌合、20t自卸汽车拉运，拌和站出机口含水率控制在24%左右，并根据当天天气状况适当调整，以弥补水泥土料在运输、摊铺过程中的水分损失，满足碾压时水泥土含水率为21.1±1%的要求；
（3）底板水泥土碾压使用蛙式打夯机进行夯实，水泥土料松铺厚度控制在15cm，夯实4遍，夯板夯击轨迹及各夯点搭接均为1/3夯机振动板尺寸。
3.3.2渠道坡面衬砌施工
水泥土施工前的测量放线、材料检测、水泥土拌和控制、拉运及水泥土施工完成后的检测验收等与渠道齿槽水泥土填筑施工相同。水泥土拌和完成后，采用水泥土衬砌机进行铺土、碾压，运输和卸料时间控制在1h左右，衬砌机布料小车移动速度控制在8m/min，每个条带布料宽度约为140cm，松铺厚度控制在15cm，在每个条带布料完成后，开启平仓刮板车，将水泥土料摊铺平整，最后开动振动碾压辊轴进行水泥土料碾压，水泥土料碾压时辊轴上下行进速度控制在4m～5m/min。第一条带碾压完成后开启水泥土摊铺机行走系统，使设备水平前进，同时控制相邻两个条带搭接宽度为2cm～5cm。第2～N条带的施工方法与之相同，直至该段水泥土填筑施工完成。
４渠道衬砌水泥土施工质量控制要点
（1）水泥土拌和前检测土料含水率，根据实测含水率计算水泥土配料单，确定加水量，并由监理工程师签字认可后方能进行拌和，对拌和均匀的水泥土及时进行含水率检测，拌和后含水率控制在最优含水率±1%以内；
（2）影响水泥土拌和均匀性及碾压效果的较大粘土团块应予以剔除，压实（夯实）后，干密度值不小于1.5g/cm3，离差系数应小于0.15；
（3）严格控制水泥土拌和的称量误差，使称量误差符合：水泥±1.0%、掺和料±3.0%、水±2.0%、外加剂±1.0 %、土±5.0%的要求；
（4）待水泥土布料完成后，对局部雍料由人工利用铁锹进行整平，振捣完成后及时进行干密度检测，同时测量垫层料厚度及平整度，发现问题及时处理，保证施工质量。
5结束语
南水北调中线一期穿黄工程Ⅲ标渠道衬砌水泥土衬砌坡面的整体性好、表面平整度高、无错台及水平施工缝，碾压成型后的水泥土干密度，大板取样的28d抗压强度、渗透系数、抗冻指标等均满足设计要求，取得了良好的施工效果。水泥土衬砌机平均每天可完成75m左右的坡面水泥土衬砌施工，该施工方法在南水北调中线穿黄工程中得到了成功应用，为类似工程施工积累了经验。
参考文献：
1、《建筑材料水泥土》（1987年水利电力部）；
2、《水泥土材料试验方法》（1987年水利电力部）。