□杜軍民(南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局安陽段建管處)

□王培萍（鄭州大學(xué)）

按照南水北調(diào)中線一期工程總干渠安陽段渠道斷面設(shè)計，在寬度18.5m、平均深度達(dá)到9m的渠道內(nèi)，工程具有超長、超深運送混凝土，底面高程高精度的特點。如何高效地進(jìn)行工程施工，并且高精度地保證渠道1/28000縱向坡降，是一個不小的難題。實踐中，中國水利水電第十一工程局承建的第五施工標(biāo)段最先進(jìn)行工程實施，一項項探索研究，創(chuàng)新嘗試，取得了成功。

安陽段是南水北調(diào)中線一期工程總干渠Ⅳ渠段（黃河北～漳河南段）的組成部分，位于該渠段的末端，是中線工程河南段除穿黃工程外的首開工程。全渠段總長40.262km，其中渠道長度39.299km。渠線穿越大小河流19條，沿線共布置各類交叉建筑物76座。

一、渠道底板結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

渠道采用明渠設(shè)計，梯形斷面，型式為上口寬52.6～54.1m，底寬17～18.5m，邊坡1：2，渠深8.9m，坡面長20m。正常水深7m，加大水深7.384m。渠道底板結(jié)構(gòu)型式自下而上為：土基面、5cm粗砂墊層、2cm厚的保溫板、防滲復(fù)合土工膜、8cm厚混凝土面層；渠道襯砌混凝土面板全部采用4m×4m分縫設(shè)計，底板縱縫全部是通縫設(shè)置，橫縫依次為半縫、通縫、半縫……，交叉布置，縫寬統(tǒng)一為2cm，半縫深度統(tǒng)一為6cm，通縫深度底板8cm；渠道縱向坡降為1/28000。

二、渠道底板施工的技術(shù)難點

渠道底板施工屬于平面作業(yè)，難度相對坡面施工較易實現(xiàn)。但由于是在平均約9m深的渠道內(nèi)施工，且渠道流水完全依靠自流，1/28000的縱坡坡比要求施工精度很高。同時渠道襯砌在安陽段是第一次實施，可供借鑒的經(jīng)驗、成熟機械設(shè)備不多，施工方法及工藝需要摸索。

主要的技術(shù)難點可以歸納為：如何達(dá)到設(shè)計要求的5cm粗砂墊層0.7相對密度指標(biāo)；如何實現(xiàn)渠底襯砌混凝土的布料、振搗；如何實現(xiàn)渠底襯砌混凝土面板的2cm縫寬切割；如何控制渠底縱向坡降；什么樣的施工方法和工藝可以保證工程質(zhì)量，并適合于推廣應(yīng)用。

三、機械組合方案比選

（一）渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）機械組合方案

粗砂墊層從一級馬道順坡面運送明顯不經(jīng)濟，不考慮。基于渠道底板土基大多是原狀土，重型車輛在上面行走會對其產(chǎn)生較大擾動，不利于保證工程質(zhì)量，選用1～3輛農(nóng)用三輪運輸車輛（每輛裝載0.5～2m3），直接把粗砂運送到施工面上，然后人工攤鋪精平并用機械霧化補水方式調(diào)節(jié)含水率，最后用專門加工的平板振動器實現(xiàn)壓實。

（二）渠道底板混凝土（8cm厚）襯砌機械組合方案

工序進(jìn)行到混凝土施工時，渠底已完成粗砂墊層、保溫板和防滲復(fù)合土工膜作業(yè)，混凝土運輸車輛不能在上面行走。采用吊車吊運混凝土、混凝土輸送泵泵送混凝土、改裝大型渠道坡面襯砌機攤鋪混凝土等方式，成本均較高，不在選擇之列。而混凝土攪拌運輸車運送混凝土，選用加工的簡易“U”型溜槽或膠帶運輸機完成坡面混凝土運送，在渠道底面上加工膠帶式布料機實現(xiàn)水平運送和攤鋪，加工平板振動器或振動梁完成混凝土振搗方式均可行。在1：2的坡面上，“U”型溜槽可以實現(xiàn)混凝土自流，較膠帶運輸機簡單、經(jīng)濟；平板振動器簡單但不容易控制平整度，振動梁相比效果更好；簡易輥杠輔助精平；用手扶式電動磨光機及人工配合可以實現(xiàn)收光。

綜上分析，確定如下機械組合方案：混凝土攪拌運輸車運送到一級馬道上，“U”型溜槽完成坡面混凝土運送，膠帶式布料機實現(xiàn)水平運送和攤鋪，振動梁振搗混凝土，簡易輥杠輔助精平，手扶式電動磨光機及人工配合收光。

四、主要機械設(shè)計加工參數(shù)

（一）粗砂墊層平板振動器參數(shù)

電機：1.5kW振動電機（振動頻率48Hz）；平板托盤：60cm寬、100cm長、5mm厚普通鋼板加筋。

（二）“U”型溜槽參數(shù)

“U”型溜槽總長20m，設(shè)置兩個行走裝置，一個在一級馬道上，方形框架型式，其下部安裝4個輪子，其中一個輪子連接電機，作為行走的動力；中間部位，安裝一個簡易獨輪行走裝置，一方面作為支撐以防止溜槽變形，另一方面可以滑動行走；底部固定在膠帶布料機上，隨布料機一起行走。主框架采用方形桁架結(jié)構(gòu)，斷面尺寸：30cm高，58cm寬；“U”型溜槽安放在框架內(nèi)，采用1mm厚鋼板彎曲而成，上口50cm寬，槽深20cm。

（三）膠帶式布料機參數(shù)

主框架采用方形桁架拼接結(jié)構(gòu)，總長18.5m。斷面尺寸：80cm高，100cm寬；傳送皮帶安放在上半部，頂面在桁架上，底面在桁架內(nèi)，靠設(shè)置的電機帶動圓滾轉(zhuǎn)動，形成皮帶行走的動力。皮帶寬100cm，厚6cm，槽深10cm；傳送皮帶依靠設(shè)置在桁架頂部的兩側(cè)傾斜轉(zhuǎn)動軸及水平轉(zhuǎn)動軸滑動。在皮帶頂部，設(shè)置一套可以沿桁架行走的橫跨截料裝置，通過控制按鈕實現(xiàn)混凝土沿桁架水平方向的任意位置布料。

（四）振動梁參數(shù)

電機：2.2kW振動電機（振動頻率48Hz）;振動梁框架尺寸：8cm標(biāo)準(zhǔn)槽鋼型材，450cm長、24cm寬、8cm高。

五、工程實體試驗

經(jīng)過充分準(zhǔn)備，原材料、混凝土配合比調(diào)試、平板振動器加工、溜槽及膠帶布料機設(shè)計加工、安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)、方案討論細(xì)化等完成后，于2008年10月25日至11月10日進(jìn)行工程實體試驗。

（一）實施渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）機械組合方案

小噸位的農(nóng)用三輪車，由于自重及裝載的粗砂（天然河砂，0.5～2m3）重量較輕，碾壓在渠底土基上，沒有痕跡，不影響土體整體結(jié)構(gòu)，運送速度完全滿足生產(chǎn)需要。平板振動器在虛鋪厚度為6.5cm，含水率在8%～10%，人工拖動振動碾壓3～4遍，重疊10cm寬，行走速度2～3m/min，檢測出的粗砂墊層厚度、平整度、相對密度等主控指標(biāo)全部滿足設(shè)計和規(guī)程要求。

（二）實施渠道底板混凝土（8cm厚）襯砌機械組合方案

以拌和樓出機口的混凝土坍落度為7cm，混凝土攪拌運輸車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場出料口的坍落度為6～6.5cm，可以均勻自動的通過“U”型溜槽，沒有堵料和外溢情況。膠帶布料機通過截料口可以均勻的把混凝土攤鋪于作業(yè)面上，通過人工配合，模板四周的填料密實。按虛鋪9.2cm攤鋪混凝土，人工拖動振動梁，1～2m/min速度行走，振搗后的混凝土表面外觀平整、漿液充盈、沒有露石現(xiàn)象；行走中，振動梁前側(cè)也沒有人工清理堵料情況。兩個人手工拖動簡易輥杠，精平效果理想。用手扶式電動磨光機及人工配合方式，施工后的混凝土表面光滑平整。工程檢驗鉆取的芯樣密實，幾乎沒有氣泡；厚度達(dá)到設(shè)計要求，平整度、高程等指標(biāo)，符合設(shè)計和規(guī)程要求，效果理想。

六、最佳機械組合

（一）渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）機械組合

一臺人工拖動式壓實裝置：1.5kW平板振動器；1～3輛農(nóng)用三輪車。

（二）渠道底板混凝土（8cm厚）襯砌機械組合

2～3輛6～8m3混凝土攪拌運輸車；一個自動行走桁架式“U”型溜槽；一臺自動行走桁架式膠帶布料機；一個4.5m長振動梁；一個簡易輥杠；1～2臺手扶式電動磨光機。

七、大面積應(yīng)用效果

設(shè)計加工的平板振動器，使用簡單、經(jīng)濟有效、經(jīng)久耐用，在粗砂墊層的施工過程中，累計檢測的數(shù)據(jù)全部合格，成功地解決了超薄渠道襯砌粗砂墊層（5cm厚）的壓實技術(shù)難題；溜槽和膠帶布料系統(tǒng)，通過自動行走移位，成功解決了超深（垂直9m）、較寬（直線36.3m）、渠道薄壁（8cm厚）混凝土襯砌的布料問題。省去了改造大型渠道襯砌機所需的較大投資。速度快，正常情況下，1d可以完成40～60m施工；設(shè)計加工的振動梁，盡管增加了立模板的次數(shù)，但減少了機械切割時間，更為重要的是，通過每4m立模板過程的檢驗，加大了高程的檢測頻率，有效保證了渠道1/28000的縱向坡降的高精度渠底高程要求。同時，由于振動梁的振搗效率高，施工完成的混凝土質(zhì)量甚至超過了價格昂貴的大型渠道襯砌機施工的效果，并且經(jīng)濟耐用。

八、溜槽傳送、膠帶布料機設(shè)備的使用方法及施工工藝

（一）使用方法

第一，要經(jīng)常檢查移動式標(biāo)準(zhǔn)配電箱，特別是漏電斷路器，確保其靈敏有效。第二，經(jīng)常檢查電源線路是否有磨破或斷線，確保用電安全。第三，要經(jīng)常檢查膠帶布料機的皮帶系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)磨損后及時修補或更換。第四，經(jīng)常檢查作為行走基礎(chǔ)的輪胎，保證平衡行走。第五，經(jīng)常檢查“U”型溜槽和膠帶布料機的連接，發(fā)現(xiàn)松動后及時緊固。第六，定期檢查“U”型溜槽，若發(fā)現(xiàn)磨損漏漿，及時更換或修補，避免污染坡面混凝土。第七，每次使用后注意保養(yǎng)，溜槽內(nèi)的混凝土漿液必須及時沖洗干凈，嚴(yán)禁形成干渣，影響混凝土的自由流動。第八，使用時通過按鈕同時啟動分別設(shè)置在溜槽頂部、膠帶布料機的兩個輪部位置的3個電機，使溜槽和膠帶布料機同時移位，使系統(tǒng)整體到達(dá)施工倉面內(nèi)；當(dāng)混凝土進(jìn)入溜槽后，及時開動膠帶布料機的動力系統(tǒng)，確保混凝土能及時通過膠帶傳送到施工倉面內(nèi)。第九，為了防止混凝土通過截料口流到倉面外，布料時盡量不要靠近模板邊緣，通過人工輔助的方式解決模板邊角位置的布料和攤鋪。第十，布料完成后，要把此系統(tǒng)移到倉面外，以方便振動梁的施工。

（二）施工工藝

1.渠底修整

用挖掘機和自卸汽車倒退法挖除渠底多余的土方，最后預(yù)留的5～10cm保護(hù)層由人工精細(xì)清理，做到清理后的平整度誤差≤2cm/2m。按設(shè)計規(guī)定的位置和尺寸，開挖排水軟管溝，并安放排水軟管。

2.粗砂墊層（5cm厚）鋪設(shè)

墊層粗砂料選用滿足設(shè)計要求的河砂，含水率控制在8%～10%左右為標(biāo)準(zhǔn)。用農(nóng)用三輪車（裝載0.5～2m3）直接運送到渠底基面上，先專門填壓排水軟管溝，再人工攤鋪精平。整平后檢測粗砂含水率，含水率不足既定值時，采用機械噴霧方式補充水分，直至達(dá)到壓實的最佳含水率。人工拖動平板振動器碾壓3～4遍，即可達(dá)到設(shè)計壓實度。壓實后的粗砂墊層表面平整度達(dá)到設(shè)計要求并≤1cm/2m。

3.保溫板鋪設(shè)

缺角、斷裂、尺寸不夠、局部凹陷等不符合規(guī)范要求的保溫板不用于本工程。鋪設(shè)前對每張保溫板進(jìn)行浸水處理，以利于和砂墊層及土工布結(jié)合，采用錯縫方式鋪設(shè)，用10cm長竹簽對4角進(jìn)行固定，竹簽頂端略低于保溫板，以＜2～3mm為宜。

4.防滲膜鋪設(shè)

鋪設(shè)的防滲膜做到自然松弛，與基面貼實，無褶皺現(xiàn)象。搭接部位做到上、下層土工布搭接長度20cm，防滲膜之間采用自動調(diào)溫（調(diào)速）電熱楔式雙道塑料熱合機焊接，焊接寬度10cm，土工布采用手提式工業(yè)縫包機縫合。焊接后充彩色水并加壓，做到無滲漏現(xiàn)象。同時鋪設(shè)期間所有的防滲膜均用沙袋或軟性重物壓住，直至保護(hù)層施工完為止。

5.混凝土澆筑

（1）立模板。為提高控制精度，渠底橫縫全部采用通縫施工，每4m立一道模板，一次立8～10道，跳倉作業(yè)。模板采用8cm標(biāo)準(zhǔn)槽鋼，并在槽鋼靠近地面一側(cè)腿上每1.5m焊接一個φ10“U”型鋼筋托手（30cm×20cm），安裝后上壓砂袋用于固定模板；加工一定數(shù)量的方木（6cm×9cm×400cm）做支撐，每1.5m設(shè)置一道。模板固定靠壓在“U”鋼筋托手上的砂袋、方木的固定支撐實現(xiàn)。每次澆筑前測量及質(zhì)檢人員嚴(yán)格按3等水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)檢驗?zāi)０甯叱?，并作固定簡易?biāo)志，合格后報請監(jiān)理工程師驗收。施工中，專門安排一名測量人員用高精度水準(zhǔn)儀按固定的簡易標(biāo)志檢查模板高程，發(fā)現(xiàn)偏差后及時調(diào)整，嚴(yán)格過程控制。

（2）機械設(shè)置及調(diào)試。打開控制按鈕，使膠帶布料機及桁架式“U”型溜槽行走，以截料口位于澆筑倉面內(nèi)為準(zhǔn)。開動膠帶布料機，檢驗是否運轉(zhuǎn)正常，發(fā)現(xiàn)異常后，及時檢修。

（3）混凝土布料。用JCQ8攪拌運輸車把混凝土運送到一級馬道上，專人負(fù)責(zé)指揮布料。把攪拌運輸車出料口對準(zhǔn)溜槽，混凝土沿“U”槽靠重力流動到渠底的膠帶布料機上，利用截料口實現(xiàn)混凝土在底板倉面上的均勻布料?；炷敛捎枚壟涔橇希F(xiàn)場混凝土坍落度控制在5～7cm。按試驗數(shù)據(jù)，控制混凝土的虛鋪厚度為9.2cm，靠人工填補模板邊角部位，并均勻平整。

（4）混凝土振搗。利用專門加工的振動梁，人工緩慢拖動，確保振搗過的混凝土表面漿液均勻且無露石現(xiàn)象。振搗過程中，人工隨時補充低洼處的混凝土，并注意清理振動梁前面多余的堆積料。

（5）抹面壓光。振動梁振搗后，簡易輥杠進(jìn)行精平，然后用手扶式電動真空提漿機提漿磨光，最后人工收面抹光。振動梁振搗過的混凝土表面，局部不平整的地方用專門加工的簡易輥杠均勻拖動。手扶式電動真空提漿機進(jìn)一步全面提漿后，等待收面時機。當(dāng)手壓混凝土表面發(fā)硬時，人工用鐵抹子完成收面壓光。渠底高程控制在-10～0mm。

6.伸縮縫切割

渠道底板施工因采用每4m寬立模板調(diào)倉作業(yè)法，橫縫全部可以通過施工縫實現(xiàn)，不需要切割?？v縫通縫采取在混凝土底部預(yù)埋粘貼于土工布上的2cm厚×3.5cm寬閉孔泡沫板方式實現(xiàn)，避免切割時穿透土工布或切割深度不到位情況。切割機采用三片組合鋸片形式。

切縫時間以混凝土澆筑后的平均氣溫與混凝土澆筑后時間間隔的乘積300～400℃·h（即混凝土強度5MPa～8MPa）進(jìn)行控制，在此區(qū)間內(nèi)完成切割。如混凝土切割時間過早，容易使混凝土崩塊掉角；切割時間過晚，混凝土容易產(chǎn)生裂縫。所以，控制好混凝土的切割時間尤為重要。

7.混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)分兩個階段進(jìn)行。終凝前，在干旱、多風(fēng)、日曬的天氣采用噴霧器不間斷噴霧養(yǎng)護(hù)；終凝后采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，當(dāng)施工期間出現(xiàn)低溫或負(fù)溫天氣時，采用土工布上加塑料布進(jìn)行覆蓋保溫。濕潤養(yǎng)護(hù)期≥28d。

8.伸縮縫填塞

清縫前檢查伸縮縫的深度和寬度，伸縮縫應(yīng)底部平坦、寬度均勻一致。清縫時用高壓水槍從一個方向清洗，做到徹底清除縫內(nèi)的浮漿、碎渣等雜質(zhì)，做到縫壁干凈、干燥。把聚乙烯閉孔泡沫板用專用工具壓入縫內(nèi)，均勻、密實、連續(xù)，并保證上層填充密封膠的設(shè)計深度（2cm）。為保證線條均一美觀，注膠前先用紙質(zhì)膠帶在縫兩側(cè)貼出兩條線，以防污染基面，注膠完成后，再將膠帶揭除。

九、小結(jié)

南水北調(diào)中線安陽段渠道襯砌施工中通過創(chuàng)新研制加工，特別是溜槽傳送、膠帶布料機新產(chǎn)品的成功應(yīng)用，得到了最佳機械組合，本文總結(jié)出了比較成熟的渠道底板襯砌施工方法和工藝流程，提高了施工效率，降低了施工成本。

此大型機械化渠道底板襯砌關(guān)鍵技術(shù)在第五標(biāo)段研制成功，并通過第三標(biāo)段、第四標(biāo)段推廣檢驗，成熟穩(wěn)定，完成的工程質(zhì)量經(jīng)各級部門評定，優(yōu)良率達(dá)到95%以上。目前，此項實用技術(shù)已在安陽段工程全面推廣應(yīng)用。