渠道工程渠坡砂濾層機械化平砂振壓施工工法

□陳秀蘭 □王 永（中國水利水電第十三工程局有限公司）

渠道工程渠坡砂濾層機械化平砂振壓施工工法

□陳秀蘭 □王 永（中國水利水電第十三工程局有限公司）

根據南水北調安陽段渠道的設計結構和質量要求，作者結合生產實踐，研制出移動式渠坡桁架平砂振壓機，應用于工程建設中，施工質量符合設計要求和質量標準，經濟效益明顯。對其他陸續開工建設的南水北調工程具有借鑒和推廣意義，可在后續的工程建設中發揮更大的作用。

渠道工程；砂濾層；機械化平砂、振壓；施工工法

南水北調中線一期工程總干渠安陽段渠道設計首次采用5 cm厚砂濾層結構，特別是在1：2坡比的坡面上要求其相對密度不低于0.7，國內均無先例可循。南水北調安陽段三標項目施工單位根據渠道的這種設計結構和質量要求，研制出移動式渠坡桁架平砂振壓機，成功實現了渠坡砂濾層機械化平砂、振壓施工，施工質量完全符合設計要求和質量標準，獲得了建設單位的一致認可，并將其工藝推廣至南水北調中線工程安陽段和新鄉段其它標段。

一、工法特點及適用范圍

一是設備結構簡單，操作方便、靈活，技術新穎；二是連續作業，施工快速、高效；三是機械化作業，較好實現了斜坡面作業要求，節省人工費用；四是施工質量有保證，良好的砂濾層密實度可有效減少薄壁式渠道襯砌混凝土裂縫的產生；五是能夠快速提供渠道混凝土襯砌的工作斷面。

該技術主要適用于渠道工程、水庫大壩反濾層結構施工中。

二、工藝原理

渠坡砂濾墊層采用中、粗砂，經機械壓實，作為渠道襯砌混凝土的過渡層,可起到“排水濾土”、保持土體穩定的作用；作為渠坡土質渠床的找平層，改善和提高渠床與保溫防滲層之間的加糙抗滑能力,并通過砂墊層的壓力擴散作用,降低水壓對渠床的壓應力,減少渠道襯砌結構變形量。

通過移動式渠坡桁架平砂振壓機的螺旋升降系統、螺旋布料裝置和壓實裝置，實現了對渠床斜坡面上砂濾層的機械化平整、碾壓，砂墊層密實度達到了設計相對密度要求，成型斷面尺寸符合設計要求。

三、工藝流程及操作要點

（一）工藝流程圖

圖1 渠坡砂濾層施工工藝流程圖

（二）操作工藝

1.施工準備：鋪砂前應將渠床上的表面浮土、雜物等清理干凈，同時鋪設方鋼軌道，安裝、調試移動式渠坡桁架平砂振壓機械。

2.粗砂補水和運輸：5 cm厚粗砂墊層施工前應適當控制含水量，根據其干濕程度和氣候條件，適當灑水以保持砂濾料的最佳含水量，河砂一般為7%～10%，人工砂一般為4%～5%。采用自卸汽車把砂料運輸到渠道馬道上堆放。

3.人工攤鋪：用挖掘機或裝載機把粗砂鋪到渠床面上，人工攤鋪并初平。松鋪厚度通過壓實試驗確定，松鋪系數一般在1.20～1.28。

4.表面補水：攤鋪完成后檢驗粗砂含水率，達不到預定的最佳含水率時，用灑水車上裝置的霧化設施，機械噴水成霧狀均勻噴灑飄落于砂濾層表面，通過水分的緩慢下滲，達到整個5 cm厚砂濾層的含水率接近最佳含水率。

5.機具設備到位：啟動移動式渠坡平砂振壓機至待整平部位，調節好上、下軌道位置處的螺旋升降系統，確保桁架主梁坡度和渠坡設計坡度一致；調整螺旋布料裝置至砂濾層虛鋪高程位置處，同時保證振壓平板成自然松動狀態置于砂濾層面上。

6.機械精平：開啟螺旋布料器，順坡由下而上轉動螺旋布料輥將多余料向前分離、推動、轉移至下一工作面上，布料輥后平行設置的刮板完成砂濾層精平，每機位精平寬度（刮板寬度）2 m。

7.平板振壓：啟動螺旋布料器的同時，開啟平板振動裝置，順坡先由下至上振壓，再由上往下振壓。一個機位工作面振壓寬度為（平板振動器長度）1 m，順渠道軸線方向縱向移位時振動平板按10 cm壓痕重疊振壓。

順坡上下往返振壓一次為一遍，振壓遍數一般選擇2遍。振壓遍數過多，粗砂表層有明顯不規則樹枝狀波紋，振壓時可見波紋間粗砂層起伏跳動，密實程度反而下降，壓實效果會受影響。

8.檢驗密實度：砂濾層密實度采用標準灌砂法檢驗干密度值，并換算相對密度與設計指標比較。

砂墊層相對密度計算公式如下：

pdmin—最小干密度，g/cm3；

pdmax—最大干密度，g/cm3；

pd—天然干密度或填土的相應干密度，g/cm3；

pdmax、pdmin由室內相對密度標準試驗確定。

9.修整找平驗收：砂濾層檢驗合格后，人工持刮桿找平、平凸補凹，保障砂濾層表面平整度。同時及時進行保溫板、土工布的鋪設以減少水分的散失。

四、材料與設備

（一）砂料

宜選用顆粒級配良好、清潔、質地堅硬的中砂或粗砂，砂中不得含有雜草、樹根等有機雜質，含泥量應<5%。

（二）主要設備機具

1.機械設備：移動式渠坡平砂振壓機（整機功率15 kW）、裝載機、挖掘機、自卸汽車、灑水車等。

2.主要工具：鐵锨、鐵耙、膠管、噴壺、鐵篩、刮桿等。

死體可燃物含水率(Y)與氣溫(X2)、相對濕度(X3)、連旱天數(X4)、風速(X5)、蒸發量(X6)之間的數學模型為：

3.檢測用具：標準篩、水準儀、全站儀、2 m平整度尺、灌砂筒（改進型）、烘箱、電子天平等。

（三）移動式渠坡桁架平砂振壓機設備構造

移動式渠坡平砂振壓機由行走軌道、桁架梁、行走裝置、螺旋布料與壓實裝置、提升牽引裝置、上下限位控制裝置、電控系統臺等構成。

圖2 移動式渠坡桁架平砂振壓機示意圖

1.行走軌道：與渠道混凝土襯砌機共用軌道，選用8 cm×8 cm的方鋼和鋼基板焊接制作，分別鋪設在一級馬道和渠底坡腳處。

2.桁架梁：桁架主梁是本機的主要受力構件，由圓管和方管焊接而成的三角桁架結構,每節長度4 m，視不同坡長、坡比通過銷軸和法蘭組合聯接。

上（下）框架：由圓管和方管焊接而成的三角桁架梁，位于主梁的上、下端，通過可調法蘭和主梁連接在一起。

3.行走裝置：支腿由支輪箱和機械式螺旋升降裝置組成，安裝在桁架梁上、下框架的下部，支撐整機的重量。螺旋升降裝置可調節桁架主梁與渠坡砂濾層之間的相對空間，整機可以豎向升降。

支腿下設置行走軌道輪，通過行走電機帶動行走。為確保上、下軌道輪行走一致，行走電機使用一個分電器控制。

4.螺旋布料與壓實裝置

螺旋布料裝置：底盤架、驅動電機（2 kW）、螺旋布料輥（長2.0 m）、刮板（長2.0 m）。螺旋布料輥后設刮板，兩者平行，電機驅動鏈條帶動螺旋布料輥運轉。

壓實裝置：振動器（功率1.5 kW、振動頻率48 Hz）和平板托盤（普通鋼板，0.55 m（寬）×1.0 m（長）×5 mm（厚）。

螺旋布料與壓實裝置是整機作業的核心裝置，兩者一前一后安置在底盤架下。底盤架通過同心軸、兩邊的4個軌道輪固定在桁架主梁方管上，由提升牽引裝置牽引行走。

5.提升牽引裝置：本機作業的動力傳動裝置，主要通過卷揚機帶動鋼絲繩的纏繞來提升螺旋布料與壓實裝置。安裝在主梁下框架上。

6.上下限位控制裝置：由卡環焊接桁架梁上、下拐角處，可控制螺旋布料和壓實裝置行走的上下行程，以保障操作安全。

7.電控系統臺：安裝在桁架下部，采用交流380 V配電柜集中控制，是本機的控制中心，通過控制面板指令本機行走以及螺旋布料和壓實裝置提升、運行等。

（四）灌砂筒（改進型）

標準灌砂筒基板下連接5 cm長聚乙烯塑料管（φ100 mm），聚乙烯塑料管底部坡度與渠坡設計邊坡一致，頂部水平。灌砂試驗時基板作用在渠坡面上，可保持灌砂筒垂直于水平面，保證灌砂筒內量砂垂直自由下落。

圖3 渠坡灌砂法改進型灌砂筒

五、作業條件

檢驗砂石料的質量，無雜質，顆粒級配、細度模數和含泥量必須符合設計要求；通過相對密度試驗測定砂濾層密實度控制指標：最大干密度和最小干密度；砂料最佳含水率范圍、虛鋪厚度、平板振動器振壓遍數、行走速率等參數應通過現場試驗確定。

對已完成削坡的渠床進行檢驗，檢查坡面平整度、坡面密實性、邊坡、開口線等情況，做好重要隱蔽單元工程驗收手續。

如使用汽車或大型自行機械，應確定好其行走路線、裝卸料場地、轉運場地等。

六、勞動組織

表1 勞動力組織

七、質量控制

（一）質量標準

表2 渠坡砂濾層墊層質量控制標準和檢查方法

（二）關鍵控制點

表3 關鍵控制點

（三）質量控制措施

1.移動式渠坡平砂振壓機桁架主梁設計制造、使用時需經穩定性和撓度驗算，滿足施工要求后方可投入使用。施工中定期檢查桁架主梁和螺旋布料、壓實裝置，防止變形引起坡比與設計不一致，從而影響壓實效果。當振壓平板托盤鋼板厚度受磨損嚴重時，注意更換。

2.渠床土層不應被擾動，受到嚴重擾動的土層和虛坡部位應予以處理。

3.應注意控制砂料級配、松鋪厚度、振壓遍數、灑水量等，嚴格按照試驗參數施工。平砂、振壓作業應連續進行，盡快完成。凍結的砂石料不得使用。

4.加強下部渠坡縱向集水槽（埋設排水管）部位粗砂密實度控制，避免不均勻漏振現象和沉陷位移的發生。

5.施工前，測量人員配合現場施工人員及時校正軌道的平面位置及高程，確保基礎墊平、密實，兩根軌道的接頭部分高差最大不超過2 mm，否則將影響整機的行走。

八、安全措施

渠坡施工中坡度較陡，嚴禁直接在坡頂用汽車卸料，以防失穩。人工上下坡面可在坡面上搭設上下梯板，或在馬道上部設置纜繩牽引，以防滑落。

施工前先檢查電線絕緣是否良好，接地線、開關、漏電保護器應符合要求，現場電纜線布設規范，振壓時嚴禁擊打、拖扯電線。

移動式渠坡平砂振壓機應有熟練技工操作。使用前檢查電機運轉情況，防止帶病作業；使用完注意保養，并防止振動電機受潮和淋雨。

［1］河南省南水北調中線工程建設管理局.南水北調中線一期工程總干渠安陽段第三施工標段招標文件［Z］.2006.

［2］JTE40-2007.《公路土工試驗規程》［S］.

［3］SL237－1999.《土工試驗規程》［S］.

［4］國務院南水北調工程建設委員會辦公室.渠道混凝土襯砌機械化施工質量評定驗收標準［S］.南水北調工程建設專用技術標準NSBD 8-2007.2007-09-27發布,2007-10-1實施.國務院南水北調工程建設委員會辦公室.

［5］國務院南水北調工程建設委員會辦公室.南水北調中線一期工程渠道工程施工質量評定驗收標準［S］.南水北調工程建設專用技術標準NSBD 7-2007.2007-05-11發布,2007-5-20實施.

陳秀蘭（1966-），女，工程師，主要從事工程施工與管理方面的工作。

2011-02-28