渠道衬砌机

渠道混凝土衬砌质量控制

杨建平

(山西省水利水电勘测设计研究院，太原030024)

摘要：南水北调中线工程渠道设计断面大、混凝土厚度薄，施工质量控制尤为重要，混凝土衬砌采用衬砌机施工可以提高施工效率和混凝土的施工质量。目前衬砌机的应用处于起步阶段，PMCQ650型衬砌机虽在一定程度上实现了作业自动化，但在工艺和施工参数选定方面还缺少标准化，尚需进一步完善。本文结合PMCQ650型衬砌机在渠道施工中的应用，总结了渠道混凝土衬砌质量控制要点，形成了可靠的机械化衬砌工艺参数，为混凝土衬砌机械化施工提供了依据。

关键字：渠道混凝土、衬砌、质量控制

1 工程概括

南水北调中线工程是一项跨流域、跨省市的特大型水利工程，南起湖北省丹江口水库、北至北京市团城湖，输水总干渠全长1 275km。监理五标段位于河北省新乐市，渠道长度为12.7km。渠底宽20～21.5m，边坡1：2.5～3.0，设计水深5.0m，渠道衬砌为现浇混凝土，厚度分别为8cm、10cm、15cm，采用衬砌机施工。

2衬砌机简介及渠道衬砌施工流程

2.1 PMCQ650型衬砌机简介

PMCQ650型衬砌机由主机架、操作台、铺料小车、振动碾压小车、平料螺旋、皮带机等部分组成，由操作台控制所有部分的运行，具有混凝土布料、摊铺、振捣、碾实、扎光、沿轨道自行等多种功能。适用坡比为1：2.5、1：3，适用坡面长度10～30m，摊铺厚度10～30cm。机架长度可根据衬砌坡面长度调整选用，机架高度采用电动调节，更换机架铰接处的联结螺栓可以调整坡比，适用于大面积衬砌作业。

振捣系统是衬砌机自身安装的1.5kW平板振捣器，可沿机架上的轨道行走，对混凝土料进行振捣。混凝土压光采用电动抹面压光机，在振捣工序之后，辅以人工进行抹面压光。

2.2 渠道衬砌施工流程

渠道混凝土衬砌主要工序包括渠道开挖、坡面成型、保温板铺设、复合土工膜铺设、混凝土衬砌、混凝土养护、伸缩缝施工，见图1。

3 渠道混凝土衬砌质量控制

3.1 坡面成型

渠道开挖前按照设计要求进行严格的测量放样，渠道中心线、边坡坡度、渠底高

图1：渠道衬砌施工流程

程应符合设计要求，数据记录齐全。渠道开挖时应预留不小于30cm厚的保护层，防止超挖扰动原状土，破坏基面密实性。填方渠段按照设计要求进行分层回填碾压。混凝土衬砌施工前进行人工削坡，控制基面平整度偏差在限差之内，以保证混凝土厚度。

3.2保温板铺设

保温板铺设应使保温板与坡面密贴、无空隙，遇有凹陷处，用砂土找平。保温板直接铺于混凝土底层，其厚度偏差直接影响到混凝土厚度，施工时应控制保温板厚度偏差和两板连接处的高差不得大于2mm。保温板尺寸不宜太小，应尽量大，并且板间应粘结，这样可提高保温效果。由于混凝土受冻可大大缩短其使用寿命，因此，保温板应保持板面完整无损。

3.3复合土工膜施工

复合土工膜铺设时搭接宽度不应小于10cm，为保证防水层整体质量，应尽量减少搭接次数，幅间横缝错开距离不小于50cm。

复合土工膜拼接采用自动爬行焊接机热熔焊接，由于土工膜很易烧破而影响焊接质量，因此焊接时应熟练掌握焊接机行走速度和温度调节参数。经试验，气温为12℃时，控制热度260℃、焊接机行走速度2.2m/min，其土工膜母材抗拉强度为3.8kN/m，变异系数2.24％，焊缝抗拉强度为4.7kN/m，变异系数6.52％，焊缝质量符合规范要求。由于焊接时的气温不同，施工中温度控制在250～300℃，行走速度控制在2m/min～2.5m/min范围内，随时观察焊接面进行适当调整。焊接过程中和焊接后2h内焊接面不承受任何拉力，防止焊接面发生移动错位。焊接完成后观察焊缝有无漏接、烫损、褶皱，拼接是否均匀并采用充气法检查焊缝的严密性，不合格时及时采取补焊方法进行处理。

3.4模板、闭孔泡沫板安装

模板定位安装涉及渠道衬砌厚度、渠道纵坡、边坡能否满足设计要求，施工中对基面、模板顶部高程进行测量，其偏差控制在限差以内，并检查模板稳定性和模板下部有无漏浆空隙。

闭孔泡沫板安装在跳仓中完成，在其顶部安装2cm泡沫板条或木条以预留聚硫密封胶填缝位置。

3.5渠坡衬砌混凝土施工

1)衬砌机改进：渠道混凝土衬砌是在土工模铺设完成之后，利用PMCQ型渠道衬砌机自动布料、摊铺、振捣、碾实，再经人工操作磨盘进行混凝土表面磨光。根据目前的操作工艺，进行了边坡混凝土衬砌试验，发现该衬砌机在布料和振捣工艺上存在不足，影响混凝土衬砌质量。

下料漏斗距离地面偏高，易出现混凝土粗骨料分离；齿槽和水平压顶部位混凝土必须人工铺料，坡面局部也有欠料现象，需人工跟踪巡视及时补料；人工布料时，直接在混凝土面上踩踏，扰动混凝土基面，造成基面坑凹不平，使混凝土厚度难以保证；衬砌机自带1.5kW平板振捣器功率偏小，且因其位置固定，混凝土浇筑坯受其一次振捣后下沉，再次振捣效果不大，故混凝土振捣不充分、不泛浆，混凝土密实度、强度难于保证，也给下道压光抹面工序增加了难度。

针对PMCQ型衬砌机存在的不足，对衬砌机做了以下几方面的改进，经检测，混凝土质量得到有效保证。

①将与布料小车相接的下料漏斗加长至距坡面0.4m，防止下料时粗骨料分离；②在螺旋铺料车前增设1.3kW软轴振捣棒2～3个，以加强振捣；③分别在衬砌机两端焊接钢管架，悬于衬砌机布料侧，下端垫放木板高于混凝土面，便于补料人员行走进行补料，防止人为踩踏混凝土基面，从而保证衬砌混凝土厚度。

2)混凝土拌和及运输：按照相应规范控制原材料质量，特别对粗骨料超径指标严格控制在规范允许范围内，混凝土拌和物从卸料入衬砌机到初凝控制在2 h左右。由于渠道边坡坡度较大，混凝土坍落度宜控制在4～5cm，振捣时混凝土拌和物不下淌且易出浆。夏季与冬季施工时，可根据气温变化，经试验后可适当增大和减小坍落度，以便施工，但最大不易超过6cm，以保证混凝土强度。坍落度的变化对衬砌施工和混凝土质量影响较大，浇筑过程中应随时观察坍落度变化，及时进行检测。

3)混凝土布料：布料应连续进行，匀速行进，以保证混凝土浇筑的连续性。

螺旋平料时，料位的正常高度控制在螺旋布料叶片最高点以下，平料后料面应高于渠道混凝土设计顶面1～2cm，以保证振捣后混凝土厚度满足设计要求。

4)混凝土振捣：振捣系统是衬砌机自身安装的1.5kW平板振捣器和改进后安装的3个软轴振捣器随衬砌机行走时沿坡面进行振捣，振动碾压小车行走速度控制在3m/min～6m/min。另外配置1.2m宽，2.2kW平板振捣器一台，在衬砌机压光筒初步整平后，沿坡面重新振捣提浆，上行时振动，下行时不振动，根据试验，行进速度控制在4m/min～5m/min，行迹搭接宽度为1/3～1/2板宽，振捣遍数以浇筑坯混凝土泛浆为准，一般为2遍。由于衬砌机对上部水平压顶、模板附近、渠底齿槽等部位缺少振捣，因此需人工用插入式振捣器进行振捣。

5)混凝土抹面、压光：压光收面是保证渠道混凝土衬砌光洁、不起砂、不裂缝的必要工序，一般磨光机带圆盘2遍、带叶片2遍后，人工压光2遍。根据有关试验资料，混凝土初凝时的贯入阻力为3.0MPa，适宜抹面压光的混凝土贯入阻力为0.5MPa～3.0MPa，压光只有一个多小时的时间，因此需配备足够的压光机械和压光人员。必须使用混凝土原浆抹面，防止补浆抹面造成混凝土起皮，影响混凝土质量。另外由于叶片磨损较快，应及时检查叶片的完好程度，保证抹面的平整度。

6)混凝土养护：由于衬砌混凝土属于薄板结构，抗裂要求较高，必须加强养护措施，保证湿润养护时间，特别是遇到大风、降温等天气混凝土更易产生裂缝，更应保证湿润养护。气温较高时，混凝土初凝前用喷雾养护，收面后约8～12h即洒水养护，再用塑料薄膜或工业棉毡、草席、土工布等材料覆盖保持水分，设专人定时检查补充