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1、山东省大型渠道衬砌工程技术简介山东省大型渠道衬砌工程技术简介摘要及关键词 摘要山东省大型渠道衬砌工程始于1985年的打渔张5干，及后来的引黄济青输水渠、韩墩、簸萁李、位山等大型引黄灌区总干渠，以及南水北调济平干渠和穿黄工程的南干渠等。本文通过对山东省大型渠道衬砌工程施工技术的研究总结，对渠道“三防”衬砌结构形式设计和混凝土机械化施工技术，以及衬砌效果观测进行了简要介绍。关键词山东省大型灌区渠道衬砌 “三防”衬砌结构形式渠道衬砌混凝土机 械化施工技术衬砌效果观测第1页/共14页引 子山东省大型渠道衬砌工程的建设已有20余年的历史，最早衬砌工程是1985年的打渔张灌区第5干渠，之后，主要的有跨地区
2、、跨流域的引黄济青输水渠、大型引黄灌区的韩墩、簸萁李、位山等总干渠，进入21世纪后有南水北调东线一期工程的济平干渠和穿黄工程的南干渠等。在衬砌结构形式方面，从传统的塑料膜+预制板的单纯防渗衬砌；逐步发展到防渗、防冻害衬砌结构；防渗、防冻害、防扬压力、防黄土失陷等“四防”衬砌结构形式。在混凝土衬砌施工工艺方面，从人工预制板安装、人工混凝土现浇，发展到大型机械化削坡、自动上料摊铺、振捣、收面磨光等机械化衬砌施工。在大型渠道机械化衬砌施工工艺、衬砌后分缝切割、混凝土养护防裂等重要工艺方面积累了丰富的经验，编写了“渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程”和“渠道混凝土衬砌机械化施工质量评定验收标准”，作为南
3、水北调专用标准，在南水北调的东、中线普遍推广应用。下面就山东省大型渠道“三防”衬砌结构形式和混凝土机械化施工技技术作一简要介绍：第2页/共14页00R10R10001000R100000R10R1000R10002221、“三防三防”衬砌结构形式设计衬砌结构形式设计穿黄工程南干渠东接出湖闸，西连检修闸，全长2404.5m，渠道衬砌结构形式大体分为三类：型式一：全断面现浇高性能混凝土面板防渗，板下换填砂砾石垫层排水、防冻胀，渠底暗管井排防扬压。6000250C30现浇高性能混凝土（掺加抗渗新材料）板厚10cm40.6640.627506250喷涂乳化沥青1:2碎石垫层1:2C30预制混凝土防10
4、50cm中粗砂34.44 34.40C30现浇高性能混凝土i=1/20400混凝土集水管14000（掺加抗渗新材料）板厚10cm喷涂乳化沥青集水井C30现浇高性能混凝土（掺加抗渗新材料）板厚10cm喷涂乳化沥青碎石垫层200软式透水管碎石垫层中粗砂中粗砂型式二 全断面现浇高性能混凝土面板防渗，板下换填砂砾石垫层排水、防冻胀，渠坡逆止式自流内排防扬压。60001:26005041.1(1+337断面65040.4940.4641.29)1:601:150软式透水管集水箱间距60m1:2C30预制混凝土防护1030cmC30现浇高性能混凝土 板厚10cm150软式透水管集水箱间距30m36.053
5、6.0234.5534.52C30现浇高性能混凝土 板厚10cm喷涂乳化沥青碎石垫层中粗砂34.40 34.3714000C30现浇高性能混凝土 板厚10cm喷涂乳化沥青碎石垫层中粗砂喷涂乳化沥青碎石垫层中粗砂型式三 全断面现浇高性能混凝土面板防渗，板下换填砂砾石垫层排水（或板下铺土工布排水、铺设新型保温材料）防冻胀，渠底防淤堵逆止式自流内排防扬压。60001:26005041.1041.25650 1:240.4640.4360001:21:2C30预制混凝土防护板1030cmC30现浇高性能混凝土 板厚10cm防淤堵逆止式排水阀C30现浇高性能混凝土 板厚10cm喷涂乳化沥青碎石垫层中粗砂
6、66934.37 34.3466914000C30现浇高性能混凝土 板厚10cm喷涂乳化沥青碎石垫层中粗砂喷涂乳化沥青碎石垫层中粗砂第3页/共14页2、机械化衬砌施工工艺2.1混凝土拌和系统设置1、设置位置应统筹考虑原材料和成品混凝土的输送，并符合环境保护要求；2、应保证电力供应，并配置备用发电机。电力总容量包括拌和系统、夜间施工照明及生活用电的全部负荷；3、应保证水源供应，并配备蓄水池，其储量满足拌和需水量，水质标准达到有关技术要求；4、应有完整、合格的计量设施；5、砂石储料场地面应硬化，不同规格的砂石料应有明显标识，相互间应设置间隔，不允许料堆积水和泥土污染。砂石料堆应设置防雨、防雪、隔晒
7、设施；6、拌和楼数量为两台以上时宜分设进出道口，并备有临时停车场。拌和楼下路面应硬化，并设置清洗排水管沟及集水坑，进行废水回收处理。2.2拌和站的配置拌和站的配置混凝土总拌和生产能力按式（3.2.2）估算：nQ Qii 1（3.2.2）式中：混凝土总拌和生产能力（m3/h）；第台衬砌机的额定生产能力（m3/h）；衬砌机数量；安全系数，一般取1.21.5。拌和楼的数量宜根据混凝土供货频率、拌和设备的生产能力和可靠性等确定。宜采用一座大产量拌和楼和若干座中产量的拌和楼配套。2.3 混凝土运输配置1、配套的混凝土运输车数量，宜根据浇筑需求及拌和站的拌和能力、施工进度、运量、运距及路况综合确定。2、运
8、输车辆应选用专用的混凝土搅拌运输车，每辆车载重容量宜不小于6m3。3、场内运输道路应保持平整通畅，并宜将重车送料和空车返回道路进行分设，避免施工车辆对已成型的衬砌混凝土板扰动。第4页/共14页2.4 工地试验室1、工地试验室配备应符合国家有关计量认证要求，检测人员应持证上岗。2、试验检验项目宜满足混凝土原材料、垫层相对密度、混凝土坍落度及含气量、混凝土抗压强度、表面平整度、渠道几何尺寸等参数的检验要求。2.5 设备选型与配置衬砌机械化施工设备可选择振动滑模衬砌机或振动碾压衬砌机和相应配套机械。1、振动滑模衬砌机适应性较强，效率较高，衬砌质量易保证，宜优先选用；2、在坡长较短、衬砌厚度较小的情况
9、下，可选用振动碾压衬砌机。3、衬砌机械化施工设备选配衬砌机械化施工设备的选配原则为：“机械性能可靠，工作稳定高效，操作简便适用”。具体应根据渠道的坡长、坡度、垫层型式、施工部位等合理选配衬砌机。主要的配套机械设备有：（1）振动滑模衬砌机配备有削坡机、切缝机、填缝机和人工台车等；（2）振动碾压衬砌机配备有削坡机、混凝土布料机、切缝机、填缝机和人工台车等；（3）对设有砂砾垫层的衬砌渠道，上述设备组合还应配备砂砾布料、振动碾压等设备；（4）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。4、衬砌机械化施工主要机械设备、机具具体配备可参照表1：表1.衬砌机械化施工主要机械设备、机具一览表名 称振
10、动滑模衬砌机振动碾压衬砌机搅拌运输车削坡机布料机工作台车切缝机填缝机基 本 特 性振捣棒振频8000Hz振动碾压磙子击振力2kN，振频3000Hz6m3一次削坡厚度3cm，削坡精度1cm/2m60m3/h刚度满足使用要求可根据设计分缝宽度和厚度进行调整可根据设计要求选择用 途混凝土衬砌混凝土衬砌、垫层密实成型混凝土运输坡面修整垫层、混凝土布料混凝土表面局部处理切缝伸缩缝处理第5页/共14页 2.6机械化施工工艺流程机械化施工工艺流程施工准备施工放样坡面整修基面处理基准线设置布料机就位衬砌机就位工作台车就位放线标注切缝机就位混凝土原材料检验材料供应混凝土搅拌混凝土运输混凝土布料混凝土振捣（碾压）
11、混凝土抹面压光混凝土养护混凝土切缝混凝土填缝质量检测竣工验收配合比设计试验配合比检验调整养护机具就位缝面清理填料配置第6页/共14页2.7生产性施工检验6.6.1衬砌混凝土机械化施工应首先进行生产性施工检验，检验段长度不小于100m。6.6.2生产性检验应达到如下目的：1、检验衬砌机械化施工系统的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；2、确定衬砌机的适宜工作参数，包括衬砌机工作速度、振捣时间、抹面压光的适宜时间和遍数以及切缝时间；3、确定辅助机械、机具的种类和数量，使用各种机械、机具的劳动力数量和定岗、定员等。确定施工组织形式和人员编制。制定施工组织方案和施工工艺流程；4
12、、检验新拌混凝土坍落度、含气量、泌水量、水胶比等适应衬砌机械化施工的情况；5、确定施工产量和进度，完善施工进度计划。第7页/共14页2.8 振动滑模衬砌机坡面施工1、准备工作施工前，应对施工现场准备工作进行如下检查：（1）垫层基面应验收合格；（2）校核基准线；（3）拌和系统应试运转正常，运输车辆准备就绪；（4）模板、工作台车、养护洒水等施工辅助设备状态良好；（5）衬砌机设定到正确高度和位置，空载试运行正常；（6）检查衬砌板厚的设置，板厚与设计值的允许偏差为-5%+20%。2、工作参数初步设定通过生产性施工检验确定工作参数，施工时根据情况变化及时调整。3、混凝土布料（1）应安排专人负责指挥布料。
13、布料前质检员应对混凝土拌和物进行坍落度和含气量的检测；（2）混凝土运输车辆卸料时，混凝土的自由下落高度不应大于1.5m；（3）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；（4）采用皮带输送机布料时，应保持各料仓的料量均匀。4、操作要点（1）衬砌机宜匀速连续工作；（2）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；（3）应控制振捣时间，使混凝土不过振、漏振或欠振，达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面等；（4）衬砌机料仓内应保持充足的混凝土拌和物，仓内拌
14、和物料位应高于振捣棒20cm；（5）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。5、衬砌施工停机处理衬砌施工过程中停机中断施工时，进行以下操作：（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，整修停机衬砌端面，同时对衬砌机进行保养；（2）当衬砌机出现故障时，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衬砌需进行严格的质量检查，并清除分缝位置以外的浇筑物，为恢复衬砌作业作好准备。第8页/共14页2.9 振动碾压衬砌机坡面施工1
15、、工作参数初步设定（1）通过生产性施工检验确定工作参数，施工时根据情况变化及时调整；（2）单趟振动碾压遍数和重复振动碾压遍数：根据混凝土拌和物的工作性，第一幅单趟振动碾压为3遍，之后的单趟振动碾压为2遍。每次挪位间距一般在30cm40cm。混凝土的重复振动碾压为68遍。2、混凝土布料（1）应安排专人负责指挥布料。布料前质检员应对混凝土拌和物进行坍落度和含气量的检测；（2）混凝土运输车辆卸料时，混凝土的自由下落高度应不大于1.5m；（3）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；（4）采用皮带输送机布料时，料量分布应均匀；（5）应控制布料厚度，松铺系数应根据坍
16、落度的大小由试铺确定。当坍落度为4cm6cm时松铺系数宜在1.11.15之间；（6）布料应与振动碾压速度相适应，布料机与衬砌机之间的待振碾距离宜控制在5m10m。3、操作要点（1）衬砌机宜匀速连续工作，振动碾压小车上下行走速度宜为3m/min6m/min；（2）应控制振动碾压时间，使混凝土不过振、漏振或欠振，达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面等；（3）衬砌后的板面上出现局部露石、蜂窝等现象，应立即人工填补原浆混凝土，重新振动碾压；（4）振动碾压小车行走过程中，出现局部欠料或露石现象时，应及时人工补料，当出现壅料时，应及时进行人工整平；（5）当衬砌机行走前移时混凝土表面出现带状隆起，表明振动碾
17、压小车高度设置有误，应及时调整，并重新碾压；（6）渠坡衬砌的顶部出现缺料、漏振时，应及时人工补料，并采用平板振捣器辅助振捣；（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。第9页/共14页2.10 抹面压光1、衬砌成型后的混凝土宜利用工作台车进行抹面，以满足渠道糙率要求。混凝土表面平整度应控制在5mm/2m以内。2、初凝前应及时进行压光处理，消除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑、无抹痕。2.11 特殊气候施工1、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。2、高温施工日最高气温超过30时，宜
18、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、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、控制水温等措施，以保证混凝土拌和物的入仓温度不低于5；当日平均气温低于0时，应停止施工。2.12 混凝土养护1、养护期：衬砌混凝土应保证湿润养护不少于28天。2、养护方式（1）干旱、多风、日晒的天气施工时，初凝前宜采用喷雾器不间断喷雾养护；（2）水源充足时，宜采取草苫、草帘、毡布等覆盖保湿养护；（3）水源无保障时，宜采用喷施养护剂养护。养护剂喷洒量、成膜厚度、喷洒时间应通过现场试验确定。3、保温养护：当出现低温或
19、负温天气时，应采取保温措施养护。第10页/共14页2.13混凝土伸缩缝施工混凝土伸缩缝施工1、混凝土衬砌机械化施工的伸缩缝间距及型式应满足设计要求。2、伸缩缝型式：半缝：半缝深度为混凝土板厚的0.5倍0.75倍。通缝：通缝是贯穿全部衬砌板厚度的缝。当底部铺设防渗层时，通缝切割深度宜为混凝土板厚的0.9倍。3、宜采用切割机进行切缝施工。4、伸缩缝切割时间切缝施工宜在衬砌混凝土抗压强度为1MPa5 MPa时进行。当昼夜温差10度时,最长时间不得超过2d：当昼夜温差1015度时，开始切割时间不得超过24h：当昼夜温差15度时，混凝土切割强度为11.5MPa；砼表面人可以行走时就开始切割。为防止混凝土
20、初裂，采取隔缝切割方法，未切缝在2d以后补切。5、伸缩缝清理（1）清缝前应检查伸缩缝的深度和宽度，伸缩缝应底部平坦、宽度均匀一致，对深度不符合设计要求的应做补切缝处理；（2）宜采用水枪、风机等清除缝内的浮浆、碎碴等杂质。6、填充伸缩塑性板（1）填充前缝壁应保持干净、干燥；（2）伸缩塑性板应采用专用工具压入缝内，并保证上层填充密封胶的设计深度。7、填充密封胶设计中常采用的密封胶种类有:双组分聚硫密封胶、聚氨酯密封胶、硅酮胶等。其施工要点：（1）密封胶与混凝土应粘接牢固，注胶前先在清理干净的基面上均匀刷涂界面剂，待界面剂完全固化以后注胶；（2）注胶应饱满，用刮刀压紧刮平；（3）压力注胶后应及时检查
21、，如有凹凸不平、气泡、粗糙外溢、表面脱胶、下垂等现象应及时修补整齐；（4）密封胶表面干燥及固化期间，应注意保护，避免雨水等侵入缝内。第11页/共14页3.衬砌效果观测主要观测内容1、混凝土应变观测为了解现浇混凝土大板在切缝前后的变化规律，掌握其变化规律，防止裂缝产生，进行应变观测；在渠坡上沿水流方向布设应变计，仪器间距2m，埋深5cm。采用S系列高灵敏度应变计；应变计配专用五芯屏蔽电缆接长，引至固定观测房内与集线箱连接，人工观测。2、混凝土板防渗效果观测观测不同防渗衬砌渠段进出口断面的输水流量、输水渠两侧渗漏浸润线的变化。（1）横隔堤及隔堤布置采用静水测定法进行渗漏观测，在每个测渗渠段两端修筑
22、4道横隔堤，分别形成2个测渗渠段，2个渗漏平衡区，对渠道防渗衬砌效果进行观测。（2）渗漏损失量观测设立标准水尺，刻度精确至0.2mm。向沿渗渠段和渗漏平衡区中同时充水至设计水位。每天加水一次，维持其设计水位。如此反复进行直至达到稳渗阶段为止。另外，观测期内需利用暗管井排设施控制地下水位在渠底以下。（3）降水量和蒸发量观测降水量观测与测渗同步进行；蒸发量与渗漏量同步进行观测，蒸发器皿安置在测渗段或渗漏平衡区漂浮水面的木筏上。3、基土地温观测和冻胀观测为了解渠道防渗工程抗冻胀性能，监测防渗结构的抗冻胀稳定性，保证行安全，在冰冻期应进行冻胀观测。冻胀观测的主要内容包括：气温、地温、降水量、冻胀量、土
23、壤水分及地下水位变化等。4、扬压力观测、地下水位观测扬压力观测沿渠道横断面设置，每个断面设7支振弦式渗压计。其中沿一侧渠坡、渠底的混凝土板与砂砾石垫层之间布置5支，渠底混凝土板表层布置1支，渠堤内堤肩地下水位观测井内布置1支。渗压计配专用四芯通气电缆接长，引至固定观测房内与自动集线箱连接，利用读数仪进行数据的全自动采集储存。暗管井排系统地下水位观测：主要观测暗管井排系统的地下水位降落影响线的排水效果。在暗管井排系统渠段设置3眼观测井，分别位于输水渠左渠口外9m、20m、40m，人工观测，每隔5天定期量测。渠坡暗管逆止排水系统和渠底防淤堵逆止排水系统均属于暗管自流内排型式。为对比两种排水系统的排
24、水效果，分别在两排水渠段的左渠口外9m设置1眼观测井，每隔5天人工定期量测。第12页/共14页5、边坡变形观测由于渠道开挖长度长、深度较大，监测点布置主要通过选择有代表性的典型观测断面监测渠道施工期及运行期的稳定安全性，共设2个典型监测断面，各设置水平位移孔5个，分别布置在渠顶外侧、渠顶、渠底、渠道边坡上，其中渠顶外侧、渠顶、渠底各1孔，边坡2孔，以监测渠道边坡不同部位土体稳定性；渠底分层回弹3孔，间距5米，以测定渠底回弹或隆起变形；渠外地表竖向位移5点，布置位置与渠外水位测点位置大体一致，以测定因开挖及地下水位变动引起的渠外土体竖向变形。第13页/共14页感谢您的观看。感谢您的观看。第14页/共14页