淺析加快嫩江堤防工程建設速度的技術措施

陳 權，王克國，翟小麗

（黑龍江省三江工程建設管理局，黑龍江 哈爾濱150086）

1 工程概況

嫩江是松花江北源，發源于大興安嶺伊勒呼里山，流域地理坐標為東經120°—126．5°，北緯45．5°—51．5°。從河源至三岔河口全長1370km，流域面積29．85萬km2，河流自北向南匯入松花江。嫩江干流黑龍江省境內現有堤防長647．903km，其中干堤602．939km，回水堤長44．964km。

嫩江干流堤防達標工程工作范圍包括嫩江縣、訥河市、甘南縣、富裕縣、齊齊哈爾市、泰來縣、杜蒙縣、肇源縣以及大山種羊場等所轄的市縣。工程的主要任務是在現有防洪工程的基礎上，通過加固加培堤防、岸坡防護、護岸等工程措施，提高沿江兩岸的防洪能力。防洪標準為堤防與尼爾基水庫聯合50a一遇。工程施工主要內容包括：堤防加高培厚、混凝土護坡、塊石護坡、垂直防滲、穿堤建筑物及壩頂防汛通道等。

2 方案背景

三江堤防達標工程建設，以土方加培、混凝土及塊石護坡、建筑物、壩頂防洪通道、垂直防滲等建設任務為主。其中，混凝土護坡工程量達500萬m3，黑龍江省氣候特點決定了水利施工期短，特別是混凝土工程有效工期只有150～170d。三江工程建設任務繁重，工期緊迫，特別是嫩干2015年開工較晚（9月20日）。在這樣工期緊、任務重的前提下，結合工程實際，對工程進行了前期施工組織計劃和測算，其中混凝土護坡面板一項施工內容工程量就達30余萬m3（750mm×500mm×150mm約530萬塊），如果不在2015年末完成80%以上，整體工程施工任務很難完成。為了確保工程能夠按照計劃要求如期完工，針對這一課題，調查嫩江流域所轄市、縣預制塊廠家規模和生產能力，以及產品技術指標是否能滿足設計要求，并結合2014年應急度汛工程立陡山堤防1＋000—1＋500段做的混凝土預制塊工廠化規模性生產、機械化鋪裝試驗段的成果，最終確定混凝土預制塊工廠化生產、機械化鋪裝的可行性。

根據試驗段施工成果，結合達標工程的任務量做了三個具體的可行性調查，一個是技術保障，通過試驗數據確保滿足設計要求的各種技術指標；二是工廠化生產保障，通過規模性工廠化生產，確保供應能力，蒸汽養護，保證冬季生產、冬季施工，克服季節對混凝土施工的干擾，增加了有效工期；三是機械鋪裝保障，通過挖掘機配合空氣壓縮吸盤把預制塊吸起，直接運輸到鋪設點，配合人工整平墊層，直接鋪設安裝完成，既增加了鋪裝效率，又破解了大尺寸預制板塊人工鋪設不了的制約。

3 主要措施

3．1 技術保障

立陡山堤防混凝土預制塊技術指標為強度C25，抗凍F200。預制塊混凝土采用的是干硬性混凝土，干硬性混凝土特點是水灰比變化較小，脹縮率小，這樣在保證混凝土強度的同時又增強了混凝土抗凍性能。在廠家隨機取樣，做成試驗模塊，委托黑龍江省水利科學研究院進行試驗分析，試驗成果抗凍等級達到F200，滿足設計要求。在指標滿足的條件下，進行批量生產，在混凝土預制塊達到齡期后，進入施工現場，施工單位自檢和監理單位的平行檢測按照檢測計劃要求按批次進行檢測，其中自檢13個批次，合格率100%，平行檢2個批次，合格率100%，檢測均滿足設計要求。又委托抽檢單位進行現場機械取芯試驗和回彈儀現場測取強度值，檢測值均達到設計標準。通過上述試驗、檢測在技術上滿足了設計要求，表1為自檢成果表。

表1 自檢成果表

3．2 工廠化生產保障

工廠化生產打破了傳統的現場人工預制的做法，具有4個優勢，一是生產效率提高，工廠生產線流水作業，尺寸750mm×500mm×150mm，單塊混凝土體積為0．056m3，一個工廠平均每天生產5000塊，產品可滿足供應需求；而人工預制生產需要現場有足夠大流轉場地，100套模具，2．5倍的底模，一模十塊，15個工人需要一天的時間才能澆出1000塊，而且需要拆模、倒運置放，常規人工養護至少得15d以上，才能到達鋪設強度。二是產品質量可控，工廠預制的混凝土預制塊為干硬性混凝土一次性壓制成型，蒸汽養護，強度有保證，外觀尺寸標準；而人工預制模具在使用過程中會很容易變形，導致混凝土塊尺寸不規整，在預制倒運過程中，損耗大，外觀破損率高，人工養護不及時直接導致強度降低。三是便于控制管理，一個預制塊廠家只需要配置一個監管人員即可，便于業主和監理單位控制管理，緩解了管理人員不足的壓力。四是緩解用工壓力，黑龍江省有效施工期約7至8個月，其中春秋兩個忙季約2個月，都會鬧民工荒，技術工人更是缺少。此方案可以減少大量的用工，大大緩解用工壓力。

通過考察嫩江流域沿線的訥河市、齊齊哈爾市、大慶市及毗鄰的吉林省德惠市等混凝土預制塊廠家，大型的有2家，中型的10幾家，能夠滿足供應施工的要求。齊市、吉林德惠兩家大型廠家全是規模化生產線生產，不受天氣和季節性影響，生產過程采取室內蒸汽養護，冬季也可以大規模生產。德惠市距離肇源縣480km，肇源工地就近有新肇火車站，可通過火車運到肇源縣新肇火車站，然后再短途運輸至工地，大大減少了運輸成本。嫩江上游沿線可選擇齊齊哈爾市就近汽運。這樣即降低了運輸成本，又在工期上克服了傳統的冬季不能進行大規模混凝土施工的局限，從當年11月到次年4月同樣可以生產，在工期上增加了4～5個月，由季節性施工變成了全年施工，為下一步工序安排爭得了時間。

3．3 機械化鋪裝保障

3．3．1 機械鋪裝的前因

目前在水利護坡工程中，混凝土預制塊一直為人工鋪設，這樣就局限了預制塊的設計尺寸。立陡山堤防段設計尺寸為750mm×500mm×150mm，質量為135kg，這個重量人工鋪設就已經到達了極限。隨著水利工程技術不斷的發展，大尺寸預制塊將被應用到工程實際中。大尺寸混凝土預制塊具有穩定性好、外觀美、成本低、施工效率高等優點，但要用傳統的人工鋪設施工，很難進行搬運，還難以達到鋪設要求。工廠生產的預制塊最大尺寸達1200mm×1000mm×150mm，設計不配鋼筋情況下重量達432kg，鋪設人工不可能實現，必須研制現代化的混凝土預制塊運輸及鋪設裝置。

3．3．2 鋪裝設備研制與性能特點

根據護坡工程中混凝土預制塊的施工特點，經過大量的文獻檢索和市場調研，與真空設備廠商進行溝通，研制了混凝土預制塊的智能吸取設備（如圖1所示），設備性能指標如表2所示，工作原理如圖2所示。

圖1 混凝土預制塊的智能吸取設備

表2 智能吸取設備性能指標

3．3．3 設備的使用及環境

（1）設備組成和使用環境

設備主要由汽油發電機、無油空氣壓縮機和真空管等組成。汽油發電機不受溫度的影響，由于本設備采用無油式空氣壓縮機，也不受空氣的影響，抽氣過程中采用的塑料管路可以外套加熱層使其易移動，即使在嚴寒也可以使用，保證冬季期間施工。空氣壓縮機、汽油發電機、壓縮吸盤安裝在挖掘機上，由挖掘機手同時操作吸盤開關裝置，完成移動、起吊等動作。

圖2 工作原理圖

（2）設備的啟動及起吊方法

發動機給電，按下遙控按鈕開關，直至真空蓄能器中蓄有足夠的真空，報警裝置會發出信號，直至達到所需的真空等級后，紅燈變成綠燈，聲音報警裝置停止蜂鳴，真空提升機處于待操作狀態。調節設備主梁長度到最佳位置，準備起吊。將智能吸取設備置于預制板塊的重心，以避免搬運過程中負載傾斜不利于控制。按下關閉按鈕，使各吸盤與大氣相通，則吸盤與板材表面間真空壓力消失，板材與吸盤分離。操控挖掘機運動使智能吸取設備與下一待搬運板材接合，關閉手拉閥后即可重復板材搬運工作。

4 鋪裝對比試驗

4．1 試驗目的

為了確保機械鋪裝的可行性，在嫩江工程立陡山堤防1＋000—1＋500段做了試驗性鋪裝，來確定鋪裝設備型號，人員配置、鋪裝效率和經濟成本。

4．2 場地選擇

在立陡山堤防1＋000—1＋500段選擇兩塊50m×14m（700m2）的斷面（A區、B區），堤防迎水坡削坡完成狀況一樣，達到鋪裝標準，按照設計要求鋪設土工膜，然后鋪設10cm砂礫墊層（冬季鋪設預制塊施工，要在上凍前完成削坡，并按設計要求鋪設好土工膜及砂礫墊層。）達到鋪設預制塊要求。

4．3 人員和機械配備

A區：傳統人工鋪裝，5名技工，5名力工、常規鋪裝工具。

B區：2．0挖掘機1臺，空氣壓縮機1臺，汽油發電機1臺，壓縮機操作手1名，力工1名。

4．4 試驗準備

兩個試驗區技術人員調試好水準儀，把鋪裝標示樁設置好，并掛好鋪裝線，全程跟蹤放線、校正。施工人員、鋪裝機械全部準備就緒，達到施工標準。計時人員就位，確保兩區同時開工，時間一致。

4．5 試驗過程

4．5．1 人工鋪裝試驗

A區傳統鋪設，力工負責找平墊層，運送預制板，技工負責安裝、整平、穩固預制板。兩個人搭配平均每天（10工時）鋪設預制塊150塊，5組每天完成750塊，完成A區需要2．5d的時間。

4．5．2 機械鋪裝試驗

B區1名力工負責找平墊層和指揮挖掘機，挖掘機手負責吊運預制塊，并安裝至指定點，找平、穩定，每天鋪設（10工時）1800塊，完成B區需要1d時間。

4．6 經濟效益對比

經過表3的設備鋪設與人工鋪設混凝土預制塊對比分析，可以看出廠家生產至運輸工地成本比人工現場預制節省（不考慮設備投入成本及折舊），設備鋪設的生產效率是傳統人工方式的2．5倍，設備鋪設僅為傳統人工鋪設的費用2／3。

表3 機械鋪設與人工鋪設混凝土預制塊對比

5 結 論

綜上所述，在三江治理工程任務重、工期緊前提下，把混凝土護坡調整成1200mm×1000mm×150mm大尺寸混凝土預制塊護坡是必要的，通過工廠定制產品，規模性生產，通過火車或者汽車運輸，吉林省德惠市廠家可采用火車運至肇源縣新肇火車站，二次倒運至工地，保證肇源縣沿線堤防施工；齊齊哈爾市廠家可采用汽運至嫩江流域上游工地保證齊齊哈爾市周邊堤防施工；運輸過程中采用托盤包裝，吸盤機械吊運，保證了運輸過程中預制塊不受損壞；利用冬季機械化鋪設安裝施工，可把有效工期延長4～5個月，在黑龍江高寒地區堤防施工過程中既保證了混凝土本身的強度和抗凍性能，又增加了施工工期和提高了施工質量、速度，這樣才能確保三江治理工程如期、保質地完成全部任務。

［1］戴春勝．黑龍江省嫩江干流堤防應急度汛工程可研報告［R］．哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2015．

［2］中華人民共和國水利部．SL 260－2014堤防工程施工規范［S］．北京：中國水利水電出版社，2015．

［3］中華人民共和國水利部．SL 352－2006水工混凝土試驗規程［S］．北京：中國水利水電出版社，2006．