南水北调渠道衬砌施工技术方案应用
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摘要：渠道衬砌技术是南水北调工程防渗技术中的主要技术措施，为了保证现浇混凝土防渗渠道效果和耐久性，除了正确合理设计外，必须提高施工技术水平，加强混凝土的品质，配合比以及混凝土运输、浇筑、养护过程中的监管，才能保证施工质量，做到优质、经济、安全。
关键词：南水北调；渠道施工；混凝土衬砌
中图分类号：[TV91]文献标识码： A
1 工程概况
南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南（委托建管项目）禹长段第八施工标段，设计桩号为SH（3)105+000～SH(3)115+348.7，全长10.35km。标段渠道为梯形断面，渠道内一级边坡为1：2和1：2.25两种，一级马道(堤顶)宽5.0m，渠道纵比降为1/26000，全段采用混凝土衬砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm。混凝土衬砌强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。
2、施工现场布置
2.2.1、施工便道
利用既有的一级马道修筑一条临时便道,宽5m,可作为材料和混凝土运输道路。
2.2.2、施工用水、电
用水用8T洒水车从生产营地送至混凝土浇筑部位，在施工部位设置1m3和6m3移动水箱，以保证洒水、养护和切缝；用电从附近高压变压器电源联接点接引输电线路供部位施工各供电点、生产用电。项目部配备一套150KW柴油发电机组为备用电。
2.2.3、混凝土拌和系统
混凝土采取拌合站集中供料，一号营地配置一台生产能力为90m3/h的拌合楼，2号营地配置一台生产能力为60m3/h的拌合楼。
2.2.4、保温板和土工膜堆放场
渠道衬砌保温板和土工膜用量较大，规格不同，施工时可利用已成型的渠底部位按材料分类、集中堆放。
3、渠道衬砌施工工艺流程及工序
施工工艺流程图
施工程序
4.1 渠床整理
坡面粗削：渠道开挖时预留约30cm厚保护层。采用测量跟踪挖掘机粗削坡，反铲粗削坡后坡面厚度控制在10cm以内。
坡面清理：每个断面每隔10m打控制桩，技术人员配合测量人员定出坡顶线、腰线和坡脚线的位置、高程，在各控制桩上固定控制位置拉线，采用人工精确修坡。
渠肩清理：以渠肩线控制桩向外30cm为渠肩平台，相邻控制桩挂线，现场施工员用水准仪精确控制渠肩高程，清理工人在现场施工员的指导下对渠肩平台进行清理。下道工序前不能及时施工时用塑料布对新鲜面进行覆盖。
4.2 永久排水设施施工
永久排水系统主要是渠道的自排水系统，在削坡完成后，依照渠道自排水结构图由测量人员精确放出排水管沟槽位置，用小反铲粗挖，人工用镐和锄头精挖，集水沟槽开挖结合坡面清理同时进行，开挖尺寸按设计要求进行，开挖应在渠道干地条件下进行，走向顺直，底部平整。开挖完成后，当下道工序前不能及时施工时进行覆盖。
沟槽软式透水管铺设前，清除杂物后在沟槽底铺设5cm厚的砂砾料，采用人工夯实。软式透水管铺设前检查其外观质量，合格方可投入使用。软式透水管应平顺的放置于沟槽中间；对接整齐且不能错缝。透水管与三通、四通连接处接头用土工膜包裹严实，调整逆止式排水器的连接管PVCφ110管口与坡面成垂直状态，便于逆止阀的准确安装，管口用土工布覆盖包裹，防止施工过程中杂物进入。透水管四周砂砾料采用人工分层夯实，夯实过程中要注意对透水管的保护，防止因夯实作业对集水管的破坏。
逆止式排水器在保温板和土工膜铺设完毕后安装。安装逆止阀前在对应位置土工膜开孔，开孔误差控制在30mm内。开孔后根据逆止阀塑料盘的尺寸用裁纸刀将土工膜表面的土工布裁掉露出塑料膜。在塑料膜上均匀涂刷胶水，安装逆止阀使其与塑料膜粘结牢固。
4.3 砂砾料垫层铺设
渠坡和渠底砂砾料设计厚度20cm，采用铺砂机进行铺料，铺料虚铺系数为1.15，从坡顶向坡底方向逐幅铺设，每幅铺设宽度0.5m；渠底砂砾料采用反铲粗平，人工精平。平板振捣器压实，压实遍数为6遍，两条带搭压宽度不小于10cm。
4.4 保温板铺设
铺设前对保温板外观质量进行检查，挑除缺角、断裂、局部凹陷的材料，可将缺角、断裂的材料用于顶部马道平台的拼接。其它辅助材料如固定用的U形钉、手锤、裁板用的美工刀、定位用的线绳等应准备齐全。
为减少因保温板变形导致铺设后板缝宽度不均匀，同时有利于板面的固定，保温板铺设采取间隔错缝铺设方案，错缝宽度为150cm。
板铺设顺序：从渠底向坡顶铺设，板与板之间要紧密结合，采用每平方用6个冷拔丝制成的U形钉固定。U钉形钉时，U形扣顶部不应高于保温板顶面，以防U形钉顶托土工膜。
保温板应铺放整齐，两板连接处的高差不得大于2mm；保温板铺设后应保持板面完整，洁净，不应踩踏、放置重物。当不可避免人员在上搬运保温板时，采取铺设防护木板或穿平底软鞋在上面行走。
4.5 复合土工膜铺设
土工膜幅宽为6m，长度24m。上、下层土工布采用手提式自动缝合机缝合，中间的土工膜采用热熔焊接机双缝焊接，焊缝搭接宽度不小于10cm。
铺设方法：土工膜的铺设垂直于渠道轴线方向，搭接接头顺水流方向。先将土工膜在渠顶按设计要求预留出长度，用钢筋桩将土工膜上端固定牢固后，从渠堤顶部顺坡铺设至渠底。
焊接：土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键，做好土工膜的焊接，确保焊接质量，土工膜焊接由生产厂家的专业技术人员到现场操作，采用土工膜专用焊接设备进行。步骤如下：
1）土工膜焊接方法采用双焊缝焊接，焊缝宽10mm,塑料膜搭接宽度不小于10cm，焊机行走速度控制在1.5m/s~2m/s；
2）焊缝焊接采用自动调温（调速）电热楔式双道塑料热合机，塑料热风焊枪作为局部修补用辅助工具；
3）用干净纱布擦拭焊缝搭接处，做到无水、无尘、无垢，土工膜应平行对正，适量搭接；
4）根据当时当地气候条件，调节焊接设备至最佳工作状态；
5）在调节好的工作状态下，做小样焊接试验；试焊1m长的复合土工膜样品；
6）采用现场撕拉检验试验，焊接不被撕拉破坏，母材被撕裂认为合格；
7）现场撕拉试验合格后，用已调节好工作状态的热合机逐幅进行正式焊接；
缝合：
（1）土工布缝合程序
复合土工膜缝合程序：对搭折叠底布缝合检查拉平折边验收
（2）土工布缝合方法
缝合使用手提式自动缝包机，缝线用3×3尼龙线，两人配合，边折叠边缝合。缝合时针距控制在6mm左右，连接面要求松紧适度，自然平顺，确保土工膜与土工布联合受力，上层缝合好后的土工布接头侧倒方向应与下层土工布的相反，减少接头处复合土工膜的叠合厚度。
复合土工膜焊接过程中，若出现突然停电或齿墙处预留长度较短褶皱严重，导致土工膜焊接无法施工部位，采用KS胶粘结。
4.6 渠道衬砌混凝土施工
4.6.1模板施工：
立模前先由测量人员在立模边线以外50cm处打桩，根据测量数据指导工人立模。模板采用10#槽钢或10cm的方钢管制作，槽钢模板每1.5m焊一U型支腿（用φ12钢筋制作），支腿与槽钢主面垂直，便于在U型支腿上压砂袋进行固定。坡面与底面及上面边模交接处的模板采用定制异型模板，保证与坡面的横断面的截面相同，并用螺栓与主边模相连。模板加固完成后，测量人员复测模板边线，模板误差控制在测量规范允许范围可开仓。
4.6.2混凝土拌和及运输：
混凝土拌制采用，拌合楼集中拌制，8m3混凝土罐车运输至衬砌现场。
4.6.3混凝土布料作业：
布料前，检测混凝土的坍落度，坍落度控制在7～9cm之间。施工现场安排专人指挥布料。布料时，先向料斗及皮带上面洒水使其湿润（且无水流）。混凝土罐车将混凝土卸在料斗内，由皮带上料机将混凝土输送至皮带机上，由皮带机将料物运送至导料管，混凝土经导料管流入临时储料仓，混凝土经布料系统自带的振捣器振捣密实后，最终由螺旋布料器将混凝土均匀摊铺于工作面。落料仓专人看料，齿墙处落料仓要布满混凝土，其余上部落料仓以布满落料仓2/3为宜。
4.6.4混凝土摊铺、振实：
根据渠坡衬砌特性，齿墙处和渠肩平台处需人工配合衬砌机施工，故施工分三部分:齿墙处、坡面、渠肩平台处；渠底衬砌采用渠底衬砌机一次性施工。
齿墙部位：由衬砌机分层摊铺，由人工用φ50软轴振捣棒振捣。
坡面：在临时储料仓布料达到2/3后，先开动高频低幅振捣棒10～20s后，再开动衬砌作业车进行坡面混凝土衬砌施工。作业车行走速度以3～5m/min为宜。
渠肩平台处:该部位经衬砌机铺料后，由专人沿基准线整平后用φ30软轴振捣棒振捣密实。
4.6.5混凝土面板抹面及压光：
混凝土初凝前，用抹盘面连续抹面一遍，以表面平整、提出的浆面均匀为宜。下一道工序用人工进行抹面收光。机械抹面完成后，再由人工进行精细收面，人工收面作业由8～10人在专用抹面桁架上完成，行走速度由人工上下一起推动桁架梁行走。
过早不易压光，会有划痕，过迟会因局部的不平，出现有抹不到的地方，并且表面发白，整体显示为花斑面。严格控制收光时间，最终力求混凝土表面平整光洁。
4.6.6混凝土养护：
混凝土面板完成抹面及收光作业后，应根据混凝土表面情况及时进行保湿及养护。
用养护布覆盖保湿，专人负责养护洒水。期间，根据气温及混凝土表面情况增减洒水频次。在保证养护效果的前提下，一次洒水量不宜过多。衬砌混凝土保证湿润养护不少于28天。
4.7混凝土面板切缝:
切缝时间宜根据浇筑时段气温确定，一般控制在12小时后及时进行，能保证切割时不掉角，为保证不断板，首先切割渠坡坡脚处的诱导峰，后切通缝，最后切半缝。
4.8 闭孔泡沫板填缝
每一仓混凝土立模时，在浇筑段起始部位横向模板内面粘贴闭孔泡沫板。
混凝土面板浇筑完成，清缝前应检查伸缩缝的深度和宽度，提前用扁铲铲除切割时留下的混凝土夹片，使伸缩缝底部平坦、宽度均匀一致，同时对深度不符合设计要求的及时做补切缝处理。
对缝内的浮浆、碎碴等杂质采用水枪进行清除，至缝壁干净、干燥时，便可进行聚乙烯闭孔泡沫填缝板的施工，施工时采用专用工具压入缝内。泡沫板填塞后，上部预留缝深应满足聚硫密封胶施工要求。
7、施工质量保证措施
严格执行有关规范和质量标准，认真执行“三检制”，每道工序完成后，首先由班组长自检，自检合格后报技术组复检，复检合格后报项目部质检科终检，最后报监理工程师验收，争取一次验收合格。具体质量保证措施如下：
1、控制原材料质量与混凝土配合比
2、确保混凝土运输过程中质量
4、混凝土布料时，混凝土的自由下落高度控制在1.5m以下，入仓混凝土料量要均匀，入仓混凝土层厚控制在7cm～9cm。
5、混凝土浇筑振捣应先布料后振捣，振捣器振捣间距控制在25cm左右
6、混凝土抹面抹面工作，先用抹面机粗抹3～4遍，以满足渠道糙率的要求，抹面过程中质检员跟踪检查抹面的质量情况，粗抹后混凝土表面平整度控制在8mm/2m范围内。
7、混凝土养护养护期为28天确保混凝土质量。
8、混凝土伸缩缝处理要得当。
8、特殊天气施工措施
1、雨天混凝土施工,中雨以上的雨天不得新开混凝土浇筑仓面，有抗冲耐磨和有抹面要求的混凝土不得在雨天施工；在小雨天气进行浇筑时，应采取相应措施：
⑴适度减少混凝土拌和用水量和出机口混凝土坍落度，必要时应适当缩小混凝土的水胶比。
⑵加强仓内排水和防止周围雨水流入仓内。
⑶做好新浇筑混凝土面尤其是接头部位的保护工作。
⑷在浇筑过程中，遇大雨、暴雨，应立即停止进料，已入仓混凝土应振捣密实后遮盖。雨后必须排除仓内积水，对受雨水冲刷的部位应立即按施工缝处理。
2、风天施工：根据天气情况，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，同时应进行混凝土表面喷雾养护。
3、高温施工:日最高所温超过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。
4、低温施工: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、控制水温及原材料等措施，以保证混凝土拌和物的入仓温底不低于5℃；当日平均气温低于0℃时，应停止施工。