渠道薄板素混凝土衬砌施工工法.docx
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渠道薄板素混凝土衬砌施工工法
渠道薄板素混凝土衬砌施工工法
1.前言
传统大型渠道衬砌工程施工工艺一般都是人工操作施工，混凝土的均匀性和外观平整度均较差。
涉及混凝土防渗衬砌时，大都采用浆砌混凝土预制板，砌缝面积约占总面积的10%左右，存在严重的砌缝砂浆开裂，缝内杂草丛生，衬砌体失稳破坏现象，混凝土衬砌层基本上无防渗效果，只起到固坡作用。
渠道薄板素混凝土衬砌施工技术通过机械化施工，经摊铺、振捣、抹面、压光等工序达到设计混凝土的密实度、平整度等要求。
随着施工技术的不断革新，渠道混凝土衬砌设计厚度在逐渐降低，施工中出现了较多厚度在6~12cm的实例。
薄板素混凝土衬砌施工工法采用具有国际领先技术水平的渠道衬砌设备机械化施工，根据某应急供水工程直管第一施工标施工设计，经多次试验以及工程实践证明，能缩短工程建设周期、减少原材料使用量，减少人工投入，产生明显的经济效益。
2.工法特点
混凝土集中拌制，宜采用一座大产量拌和楼和若干座中产量的拌和楼配套。
采用渠道衬砌机施工，可选用振动碾压式衬砌机或振动滑模式衬砌机和相应配套机械。
振动滑模衬砌机适应性较强，效率较高，衬砌质量容易保证，宜优先选用。
主要配套机械设备有削坡机、切缝机、填缝机和人工台车等。
在坡长较短、衬砌厚度较小的情况下，可选用振动碾压衬砌机。
主要配套机械设备有削坡机、混凝土布料机、切缝机、填缝机和人工台车等。
渠底衬砌机械化施工应配备皮带式混凝土输送机或大型滑槽。
对混凝土坍落度要求较高，施工控制在5cm~8cm。
人员配置较多，一般每台衬砌机配备60人左右。
施工效率高，衬砌机正常运砖、配合充分的情况下，最大可浇筑混凝土20m3/h。
3.适用范围
适用于纵向坡比≤1%，横向坡比≤1:
1的渠道梯形断面素混凝土衬砌、河道堤防及坝高较低、坡长较短的水库大坝等薄板混凝土护坡工程施工。
4.工艺原理
以振动滑模衬砌机为例，振动碾压式衬砌机工艺原理与此设备稍有不同。
振动滑模衬砌机主要由行走系统、升降调整系统、框架结构、摊铺布料系统、振动成型系统和自动控制系统等部分组成，能自动完成坡面、坡顶和坡脚弧面及渠底衬砌混凝土上料、布料、振捣密实、挤压成型。
4.1.行走
衬砌机行走均采用导轨式。
4.2.升降调整
升降调整系统为根据实际施工坡面液压调整。
4.3.布料
布料机系统有皮带机、螺旋布料器一套，可将混凝土从渠道顶部均匀地输送到渠底、坡角、渠坡和渠肩处，需人工辅助。
4.4.振捣、成型
振捣系统设有14套高频电动振捣器，其成型、振捣原理是：
料仓内置12000Hz插入式高频振捣棒将混凝土内部气泡逸出，捣实、提浆，靠设备自重利用滑模板挤压成型。
4.5.抹面、压光
由于混凝土坍落度较低，振捣挤压成型混凝土表面不能满足外观要求，需用抹面机抹面，人工压光。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1.施工工艺流程
5.2.操作要点
5.2.1.原材料及配合比试验
水泥、粉煤灰、砂石骨料、水、外加剂等原材料的选用应符合设计和有关规范要求，同时骨料的最大粒径应不大于衬砌混凝土板厚的1/3。
在进行混凝土衬砌施工前，试验室须提前进行砂石骨料的含水率、超逊径、表面温度等的数据检测，并根据砂石骨料的检测数据、当时的气温和混凝土的运输距离及布料时间等，进一步优化施工混凝土配合比，以确保入仓混凝土质量，并适应机械化施工的工作性要求。
配合比参数不能随意变更，当气候和运输条件变化时，可微调水量，使入仓坍落度保持最佳，保证衬砌混凝土机械化施工的工作性。
5.2.2.基准线设置
根据布设的导线控制桩、设计断面尺寸和衬砌机参数确定。
5.2.3.坡面修整
衬砌施工放样应按设计要求提前进行全断面的复核、修整，确保混凝土衬砌的施工质量。
5.2.4.生产性施工检验
施工前应首先进行生产性施工检验，检验长度不小于100m，应达到以下目的：
检验施工系统机械性能和生产能力，检验与实际生产能力相匹配的配套机械性能；
确定衬砌机工作速度、振捣时间，抹面、压光的适宜时间和遍数，切缝时间、切缝强度等；
确定辅助机械、机具的种类和数量、劳动力数量、定岗，制定施工组织方案和施工工艺流程；
检验新拌制混凝土坍落度、含气量、泌水量、水胶比等；
明确现场施工组织安排程序及管理办法；
确定衬砌混凝土面养护方法及效果；
确定施工产量和进度，完善施工进度计划。
不同气温、日照、风力等条件下运输过程中的混凝土坍落度损失以及工作速度、抹面压光时间、切缝时间等应在后续施工中持续检验、修正。
5.2.5.拌制、运输
渠道衬砌混凝土供应应尽量采用就近布置的拌和站，避免运输距离过长造成坍落度损失过大。
在进行衬砌施工前，试验室必须提前进行砂石骨料的含水率、超逊径、表面温度等的数据检测，并根据砂石骨料的检测数据、当时的气温和运输距离及布料时间等，优化衬砌混凝土设计配合比，以确保入仓混凝土质量适应机械化施工要求。
配合比参数严禁随意变更，当气候和运输条件变化时，可由试验室微调水量，使入仓坍落度保持最佳，混凝土入仓坍落度根据出机口坍落度和运输过程中的坍落度损失确定。
同一座拌和楼每盘之间、拌和楼之间的混凝土拌和物的坍落度允许误差应控制在±1cm。
在投入生产前，砂石骨料和胶凝材料等计量器具应该经计量部门标定，拌和站配料计量偏差不应超过表5.2.5-1的规定：
表5.2-1拌和站配料计量偏差精度要求
材料名称
水泥
掺和料
砂
石
水
外加剂
允许误差（%）
±1
±1
±2
±2
±1
±1
外加剂采用后掺法掺入，外加剂应以液体形式掺加，其浓度和掺量根据配合比要求确定。
混凝土运输应选用载重容量不小于6m3的专用混凝土搅拌运输车，行驶速度宜控制在10km/h以下，以避免运输过程混凝土离析，保持和易性。
场内应将重车送料和空车返回道路分设，避免扰动已成型衬砌混凝土板。
在高温或低温季节施工时混凝土搅拌车要采取相应的防晒保温措施，严禁运输过程加水。
配备数量应根据运输距离和衬砌机衬砌混凝土强度需求确定，短距离混凝土运输至少保持2辆混凝土罐车，根据混凝土浇筑强度和运输距离的加长，相应增加。
混凝土搅拌运输车辆的配置数量可依据拌和站共的每小时生产能力、运距、车辆往返速度、车的载重能力，可按式（5.2.5）估算确定
（5.2.5）
式中：
N——搅拌运输车总数（辆）；
K——最长单程运输距离（km）；
γc——新拌混凝土的密度（kg/m3）；
Q——所有搅拌楼的每小时拌和能力（m3/h）；
νj——车辆的平均运输速度（包括卸料时间）（km/h）；
ρ——汽车载重能力（kg/辆）；
ξ——车辆完好出勤率（％）
混凝土拌和物从拌和楼出料到运输、卸料完毕的允许最长运输时间应执行相关规范规定，可参照表5.2.5-2确定：
表5.2-2混凝土拌和物允许最长运输时间
施工温度（℃）
允许最长运输时间（h）
5~18
1.75
19~28
1.5
29~33
1.25
5.2.6.摊铺布料及衬砌施工
1衬砌施工前，应对施工现场检查如下项目：
垫层、基面验收合格；
校核基准线；
拌和系统运转正常，运输车辆准备就绪；
模板、工作台车、养护洒水等施工辅助设备状态良好；
衬砌机设定到正确高度和未知，空载试运行正常；
检查衬砌板厚设置，板厚与设计值的允许偏差满足相关要求。
2应安排专人负责指挥布料。
布料前质检员检测混凝土拌和物的坍落度、含气量、入仓温度等。
混凝土运输车辆卸料时，混凝土自由下落高度应小于1.5m。
采用螺旋布料器布料时，料位的正常高度应在螺旋布料器叶片最高点以下，但不应缺料；采用皮带输送机布料时，应保持各料仓的料量均匀。
渠道坡脚处、坡顶和模板两侧等部位，需采用人工辅助布料摊平，软轴和平板振捣器振捣。
3衬砌机宜沿渠坡自下而上匀速连续工作。
4衬砌施工过程中应经常检查振捣棒的工作情况，如发现衬砌后的板面上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉裂等现象，必须停机检查、修理或更换振捣棒，并对已浇筑混凝土进行处理。
5布料过程中不得出现离析现象。
必须控制布料强度与振捣时间匹配，不过振、漏振或欠振，达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面等。
6衬砌机料仓内应保持充足的混凝土拌和物，仓内拌和物料位应高于振捣棒20cm。
7进入弯道施工时，应保证衬砌机始终与渠道上口线保持垂直工作状态。
8衬砌施工停机处理
施工过程中停机中断施工时，应进行以下作业：
1）停机同时应解除自动跟踪控制，升起机架，将衬砌机驶离工作面，清理粘附的混凝土，整修停机衬砌断面，同时保养衬砌机。
2）当衬砌机出现故障停机时，应立即通知拌和站停止生产。
在故障排除时间内衬砌机内混凝土尚未初凝，允许继续衬砌。
停机时间超过2小时，应将衬砌机驶离工作面，及时清理仓内混凝土，故障出现后浇筑的混凝土需进行严格的质量检查，并清除分缝位置以外的浇筑物，为恢复衬砌作业做好准备。
5.2.7.抹面压光
衬砌成型后的混凝土宜采用工作台车，视气温、风速情况在混凝土初凝前抹面，以满足渠道糙率要求。
操作人员穿平底鞋，踩在混凝土面上操控抹面机施工。
抹面机施工时采用自下而上，由先浇面至后浇面有序搭接，机械抹面3遍。
初凝前应及时压光，消以除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑、无抹痕。
人工用铁抹子压光。
施工人员必须穿软平底鞋，且鞋底要干净，没有渣土。
压光应由渠坡横断面最初施工的一侧向另一侧推行，在施工时应随时用2米靠尺检查，对不符合要求的及时处理，确保出面光滑平整。
压光时禁止洒水湿润。
5.2.8.养护
混凝土浇筑完毕后，及时喷洒养护剂进行初始封闭保水养护，浇筑完毕后6～18h之间开始洒水养护，并覆盖棉芯膜。
经常观察混凝土表面湿润情况，及时补水，应保证湿润养护不少于28天。
5.2.9.特殊气候施工
1一般当风速大于6m/s时，应适当调整混凝土外加剂的掺量和用水量，确保混凝土入仓时的坍落度满足施工要求，同时应对混凝土表面喷雾养护。
2日最高气温超过30℃时，宜选择在早晨、傍晚或夜间施工，并采用添加缓凝剂、控制水温等措施；当现场气温超过35℃时，应停止施工。
3当日平均气温连续5天稳定在5℃以下或现场最低气温在0℃以下时，应采用添加防冻剂、控制水温等措施，以保证混凝土拌和物入仓温度不低于5℃；当日平均气温低于0℃时，应停止施工。
5.2.10.切缝
切缝时间应控制在容易切缝成型、又不松散和崩裂时进行，一般在混凝土终凝时开始。
在气温较低或混凝土衬砌连续作业，切缝施工强度较大时，应选用水泥混凝土软切缝机施工。
1边坡纵缝切割
首先将要切割的坡体横缝和纵缝用墨斗弹线，在边坡纵缝线沿横线方向一定距离用电钻打孔，孔内插入Φ10钢筋将导向梁固定，切缝机依托导向梁施工。
施工时用软塑料管冲刷锯片降温。
在缝形成后，用水枪、风机等将缝内浮浆、碎渣冲洗干净。
切缝过程中应控制切缝机的行走速度，尽量减少松散和崩裂的现象。
2边坡横缝切割
横缝切割时，利用纵缝位置加设轨道固定设施，施工中要严格控制切缝深度。
切缝过程中通过控制卷扬机来控制切缝机的行走速度。
3渠底横纵缝
渠底横纵缝属于平面作业，人工控制切缝机沿墨线切割。
4混凝土软切缝
水泥混凝土软切缝机具有体积小、重量轻、噪音小、不需水冷锯片、操控简单等显著特点。
利用软切缝机可在混凝土初凝结束前施工，一般来说，当混凝土初凝具有一定强度（以操作人员行走而不影响抹面质量为准，此时混凝土强度为l～3．5MPa）时即可进行切缝作业。
5.2.11.填缝
填缝材料填充前缝壁应干燥、干净，应采用专用工具压入，并保证上层填充密封胶的设计深度。
密封胶应与混凝土粘结牢固。
5.3.劳动力组织
表5.3-1劳动力组织情况表
序号
单项工程
所需人数
备注
1
管理人员
2
2
技术人员
8
3
坡面修整
4
4
混凝土衬砌
32
5
混凝土养护
4
6
混凝土切缝
12
7
混凝土填缝
4
6.材料与设备
本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6-1。
表6-1机具设备表
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
振动滑模式渠道衬砌机
CQJ-Ⅲ
台
1
边坡混凝土衬砌
2
拌和站
100/50
套
2
混凝土拌和
3
混凝土罐车
6m3
辆
3
混凝土运输
4
抹光机
台
3
混凝土抹光
5
平板振捣器
台
2
辅助边角振捣
6
插入式振捣棒
台
2
辅助边角振捣
7
电钻
台
2
固定切缝导向梁钻孔
8
发电机
200kw
台
1
备用电源
9
起重机
50t/25t
台
2
吊装衬砌机
10
切缝机
台
5
混凝土切缝
11
空压机
3m3
台
1
缝面清理
7.质量控制
7.1.工程质量控制标准
执行《水利水电工程施工质量评定规程》（SL176—1996）、《水利水电建设工程验收规程》（SL223—1999）、《堤防工程施工质量评定与验收规程》、《渠道防渗工程技术规范》（SL18—2004）以及设计要求等。
渠道混凝土衬砌允许偏差见表7.1-1。
表7.1-1允许偏差表
序号
检查（测）项目
规定值或允许偏差
检查（测）方法
检查（测）数量
1
混凝土强度
在合格标准内
观察检查、查阅施工记录，检查现场抽样试验报告
全面检查
2
填缝材料
充填、灌缝材料性能符合设计要求；密封胶应达到设计规定的质量要求，填充密实、牢固可靠
检查出厂合格证、质量检验报告和现场抽样试验报告
全面检查
3
渠底高程
允许偏差：
0～–20mm
水准仪测量
每个单元测1个断面,每个断面测3点（轴线和两边各1点）
4
渠底宽度
允许偏差：
±30mm
尺量
每个单元测3点
5
板厚
允许偏差：
设计值的-5%～+20%
尺量
每个单元测3点
6
伸缩缝间距
应满足设计要求
尺量
每个单元测3点
7
衬砌表面平整度
允许偏差：
10mm
用2m直尺检查
每个单元测1个断面,每个断面测3点
8
渠道中心线
允许偏差：
±30mm
仪器测量
纵、横断面每个单元测3点
9
渠道开口宽度
允许偏差：
±30cm
仪器测量
每个单元测3点
7.2.质量保证措施
7.2.1.基面上的杂物、泥土及松动砂浆均应全部清除，并应保持洁净和湿润，必须经验收合格后，方可进行混凝土衬砌。
7.2.2.模板安装，必须按设计图纸测量放样，弧段处应多设控制点，以利检查校正；模板与混凝土接触的面板以及各块模板接缝处，必须平整严密，以保证混凝土表面的平整度和混凝土的密实性；模板安装的允许偏差：
结构物边线与设计边线不大于±10mm，顶部高程控制在±3mm；模板安装就位后，应有足够强度的固定措施，防止在浇筑过程中错位。
7.2.3.混凝土浇筑过程中，要有专人负责经常检查、调整模板的形状及位置；在浇筑混凝土过程中，严禁往仓号中加水；如发现混凝和易性较差时，应采用加强振捣等措施，以确保混凝土质量；不合格混凝土严禁入仓，已入仓的不合格混凝土必须清除。
混凝土浇筑时要保持连续性，如因故中止且超过允许间隔时间，则应立即将混凝土缝留齐终止浇筑，若能重塑者，仍可继续浇筑混凝土。
（重塑标准：
用振捣器振捣30s，周围10cm内能泛浆且不留孔洞）。
7.2.4.混凝土及原材料严格按照配比要求进行控制，每次开盘前，都对原材料预先检测，根据检测数据及时对混凝土配合比进行微调，同时检测每罐混凝土的出机和入仓温度和坍落度，对不能满足要求的混凝土坚决不允许入仓。
7.2.5.混凝土拌合必须按照试验室出具、监理工程师审核并签发的混凝土配料单进行配料，严禁擅自更改。
混凝土外加剂应提前按要求配制成水溶液，控制好掺量。
混凝土拌合时间不得小于90s。
7.2.6.采用3辆6m3混凝土混凝土搅拌车运输，运输及卸料时间应控制在45min内，混凝土自上向下落的高度不大于1.5m，衬砌机布料滑车料斗底设置缓冲装置。
7.2.7.混凝土浇筑必须按照《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）要求实施。
为避免新浇混凝土出现表面干缩裂缝应及时采取混凝土表面洒水并加盖棉毡等方法保持混凝土表面湿润和降低水分蒸发损失。
模板相邻两面板高差小于3mm，局部不平小于5mm，结构物边线与设计边线偏差小于10mm。
混凝土表面的平整度（用2米直尺检查）不得超过3mm。
由于采用衬砌机进行机械控制振捣，在施工时应注意振捣棒，振捣条线间距不超过振捣器的有效半径的1.5倍（20cm）。
提浆表面或振动器振板行距宜重叠5-10cm。
现场浇筑混凝土完毕，应及时收面，混凝土表面应密实、平整、光滑、且无露石。
7.2.8.混凝土养护须及时，并有专人负责，保持混凝土面湿润。
7.2.9.在衬砌外露缝切割时，要注意控制切割深度，做成缝线平直尽量减少松散和崩裂的现象。
隔缝材料接头部位不用搭接，但要保证接缝部位连接严密。
8.安全措施
8.1.严格按施工组织设计布置施工现场，并满足防洪、防火、防盗、防雷等要求。
8.2.施工现场临时用电布置严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005有关规定执行。
8.3.严格遵循设备使用、维护手册上的规定，严禁违规操作、违章操作。
8.4.做好劳动保护工作，确保劳保用品及时足量发放，并正确佩戴、使用。
8.5.在渠坡施工时加设防滑踏板，防止上下行施工人员跌伤。
8.6.设备启动命令只能由现场调度员下达，任何人发现故障或危险时，都有责任将发现的故障、危险及时传达给调度员或发布紧急停机命令。
9.环保措施
9.1.施工过程中必须严格遵守《环境保护法》、《水污染防治法》、《大气污染防治法》、《固体废物污染防治法》、《噪声污染防治法》、《土地管理法》、《水土保持法》、《野生动物保护法》、《森林法》等法律、条例及法规。
9.2.生产废水的处理、排放。
生产废水包括施工机械设备清洗的含油废水、混凝土养护冲洗水、砂料冲洗水、开挖土方的排水。
对含油的废水先除去油污；对砂石土的废水则由沉淀池将其中固体颗粒沉淀下来，达到规定的标准再排于河中；混凝土拌和楼的废水经集中沉淀池充分沉淀处理后排放，沉淀的浆液和废渣定期清理送走。
9.3.生活污水的处理、排放。
生活污水包括施工人员的生活排泄物、洗浴、食堂冲洗、生活区打扫卫生冲洗的所有污水。
按生活居住区相对集中到一块，修建生活污水处理设施，选用以生物接触氧化为主体的处理工艺，处理达标后排放。
9.4.采取一切措施尽可能防止运输车辆将砂石、混凝土、石渣等撒落在施工道路及工区场地上，安排专人及时进行清扫。
场内施工道路保持路面平整，排水畅通，并经常检查、维护及保养。
晴天洒水除尘，道路每天洒水不少于4次，施工现场不少于2次。
9.5.在现场安装冲洗车轮设施并冲洗工地的车辆，确保工地的车辆不把泥巴、碎屑及粉尘等类似物体带到公共道路路面及施工场地上，在冲洗设施和公共道路之间设置一段过渡的硬地路面。
9.6.每月对排放的污水监测一次，发现排放污水超标，或排污造成水域功能受到实质性影响，立即采取必要治理措施进行纠正处理。
9.7.施工弃渣和固体废弃物以国家《固体废弃物污染环境防治法》为依据，按设计和合同文件要求送至指定弃渣场。
做好弃渣场的治理措施，有序地堆放和利用弃渣，防止任意倒放弃渣阻碍河、沟等水道，降低水道的行洪能力。
9.8.施工活动中设置截排水沟和完善排水系统等措施，防止水土流失，防止破坏植被和其它环境资源。
10.效益分析
渠道薄板素混凝土衬砌施工工法与传统人工衬砌、滑模衬砌相比，人员、材料、设备的投入量大幅度减少，操作简单，运行、维护费用低、设备可靠性高，实现了机械化连续作业，显著提高施工工效，大大提高工程建设速度，降低工程成本。
11.应用实例
某中线京石段应急供水工程（石家庄至北拒马河段）第一施工标渠道工程
11.1.工程概况
某应急供水工程第一施工标段全长5.145Km（桩号：
222+230-227+375.35）。
主要由明渠和渠系建筑物组成，包括南支渠道倒虹吸大型河渠交叉建筑物、4座公路桥、渠渠交叉建筑物和排水建筑物8座以及明渠。
图11.1-1渠道衬砌结构示意图
渠道设计流量50~60m3/s，总长4330.35m，纵坡1/24000～1/25000，底宽7.5~11m，渠深5.1~5.75m。
包括全挖方渠段和半挖半填渠段，段内涉及两个弯道。
渠道断面设计为梯形断面，边坡坡比为1:
2.5。
过水断面采用现浇素混凝土衬砌，衬砌厚度10cm。
渠道衬砌结构自上而下依次为：
10cm渠道素混凝土衬砌、浆砌卵石、复合土工膜、砂砾料反滤层、纵横向排水管网、砂砾料反滤层。
排水管网为D200无砂混凝土管，其中横向排水管每2m设一道，出水口在加大水位以上15cm，纵向排水管在坡脚下设两道，用PE四通管相连接。
合同完工日期2007年10月31日，由于开工日期延后，工程完工日期推迟至2007年12月31日；新增加交通桥后，确定2008年4月底具备试通水条件为新的工期目标。
11.2.施工情况
渠道边坡薄板素混凝土衬砌基本采用振动滑模式衬砌机施工，临近建筑物部位设备无法靠近时采用人工滑模辅助衬砌，底板混凝土采用水泥混凝土滑模摊铺机衬砌。
遇建筑物无法通过时，衬砌机拆解为布料系统和衬砌系统，采用两台50t、25t汽车吊相配合搬迁、吊装。
按先边坡，后底板顺序施工。
由于渠道段内建筑物较多，能连续衬砌边坡混凝土施工的渠道段最长为822m，底板混凝土衬砌速度较快，基本上能在全段边坡衬砌完成后一周内施工完毕，按工期计划安排，边坡混凝土衬砌为本项工程的关键线路。
渠道素混凝土衬砌于2007年7月20日开工，预计竣工时间为2008年4月20日。
11.3.结果评价
施工过程中按相关行业规范以及《某中线干线渠道工程施工质量评定标准（试行）》NSBD7-2007、《渠道素混凝土衬砌机械化施工技术规程》NSBD5-2006控制施工质量，始终处于可控状态，混凝土密实度高且均一，坡面平整，提浆效果好，无骨料暴露，工程质量优良。
工期进度按计划落实，无安全事故发生。
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