南水北調渠道襯砌水泥土施工綜述
南水北調渠道襯砌水泥土施工綜述
摘要文章結合南水北調中線一期穿黃工程Ⅲ標渠道襯砌墊層水泥土的施工應用，對渠道襯砌水泥土配合比試驗、施工方法等進行了總結，供今后類似工程施工參考。
關鍵詞渠道襯砌水泥土配合比試驗施工方法
1工程概況
南水北調中線一期穿黃工程Ⅲ標主要包括北岸河灘明渠和北岸連接明渠，全長9.97km。北岸河灘明渠位于黃河北岸河灘上，分布長度6127.50m（樁號9+336.47～15+463.97），為填方渠道，最大填方高度9.7m。渠道地基主要為砂壤土、粉細砂，樁號12+608以南為低漫灘渠段地基，在飽和水條件下存在地震砂土液化問題，地基采用擠密砂樁進行處理。渠道斷面為梯形，渠底寬8m，縱坡i=1/10000，內(nèi)外邊坡比均為1：2.25，在北岸河灘明渠段內(nèi)設計有水泥土墊層，厚度為10cm，水泥土墊層上依次鋪設保溫板抗凍脹、土工膜防滲和10cm厚聚丙烯纖維混凝土襯砌。渠道襯砌坡面水泥土采用水泥土襯砌機施工，要求表面平整度≤10mm/2m。
2渠道襯砌水泥土配合比試驗
2.1渠道襯砌水泥土技術要求
水泥土施工應考慮工程施工區(qū)域的差異，主要表現(xiàn)在常年最低溫度的變化及溫度的差異，對于輸水渠道，通常要求水泥土具有一定的抗壓強度、抗凍等級和抗?jié)B透能力等，本標段渠道襯砌水泥土所用土料為輕粉質壤土，控制干密度不小于1.5 g/cm3，水泥土設計技術指標見表1。
表1渠道襯砌水泥土技術要求
2.2原材料
水泥：水泥是無機膠凝材料，它在水泥土中起固結土粒、填充空隙的主要作用，是改變土料性質的重要因素，也是水泥土具有建筑材料性能的根本。水泥土的性能隨水泥的礦物成份、摻量、水化發(fā)育等不同而不同。南水北調中線一期穿
黃工程Ⅲ標水泥土采用焦作堅固水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥各項檢測指標符合《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007標準要求；
粉煤灰：焦作華能沁北電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，其品質滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005Ⅰ級粉煤灰標準要求；
外加劑：江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-Ⅱ（緩凝、泵送）混凝土高效增強劑和JM-2000C(S)引氣劑。外加劑品質檢測結果滿足《混凝土外加劑》GB8076-1997規(guī)范要求；
土料：土料是配制水泥土的基本原材料，質量一般能占水泥土混合料的80%以上，所以土料在水泥土中具有舉足輕重的意義。土料可以是細顆粒的砂粒、粉粒和粘粒的混合物，也可以是包含礫石在內(nèi)的粗細�；旌衔�。根據(jù)水泥土需要達到的強度、抗凍性能及滲透系數(shù)等指標要求，對土料的顆粒組分、有機質、可溶鹽等均有一定的要求。南水北調中線一期穿黃工程Ⅲ標渠道水泥土墊層所用土料主要為輕粉質壤土，土料場由業(yè)主提供，土料檢測結果見表2，土料中含有少量鈣質結核、樹根、草根，施工時需篩選剔除。
表2土料檢測結果
2.3水泥土配合比試驗
根據(jù)設計要求的技術指標，水泥土配合比試驗分別選用膠凝材摻量10%、12%、14%，其中摻加粉煤灰20%，并摻高效減水劑和引氣劑，測試水泥土的最優(yōu)含水率、干密度、抗壓強度、滲透系數(shù)、軟化系數(shù)、抗凍等級等指標。其目的是確定滿足設計及施工要求且經(jīng)濟合理的水泥土施工配合比，在保證工程質量的前提下降低工程造價。水泥土試驗結果見表3。
表3水泥土試驗結果
3渠道襯砌水泥土施工
3.1水泥土襯砌機
行走系統(tǒng)：采用四個電機同步控制，運用先進的調速技術，在0～5m/min之間可隨意調整，使機械在行走過程中平穩(wěn)運行，以避免搖擺晃動引起的撓度變
形；
升降系統(tǒng)：升降系統(tǒng)采用四個獨立的液壓升降機進行升降控制，精確調整各結構尺寸，以適應各種作業(yè)的邊坡比變化，滿足水泥土施工的要求；
布料系統(tǒng)：布料系統(tǒng)由三部分組成，一條寬650mm的主輸送帶，一臺與振動碾連接的刮平調整板，一臺用于給主輸送帶供料的650mm寬的副輸送帶；
碾壓系統(tǒng)：碾壓系統(tǒng)由兩套重500kg獨立碾壓輥軸組成，輥軸直徑為φ500mm、寬度為1400mm，采用前后串聯(lián)布置，兩者間距為100mm，并采用拖掛式布置于主桁架下端，即可在碾壓過程中起到控制雍料厚度、填倉補漏的作用，也可保證大面平整度；
安全系統(tǒng)：全車共裝置了四套安全裝置，誤操作緊急制動按鈕、布料小車行程控制安全系統(tǒng)、振動碾壓輥軸行程控制安全系統(tǒng)和失控防撞安全系統(tǒng)。
3.2水泥土襯砌碾壓試驗
渠道襯砌水泥土設計厚度為10cm，為保證水泥土襯砌在一次攤鋪的條件下能夠滿足碾壓后的厚度及干密度符合設計要求，試驗對水泥土松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、水泥土含水率等施工技術參數(shù)采用蛙式打夯機和水泥土襯砌機分別進行了碾壓試驗，確定的施工參數(shù)，碾壓（夯壓）遍數(shù)與干密度關系曲線見圖1。
圖1 水泥土碾壓（夯壓）遍數(shù)與干密度關系曲線圖
3.3水泥土填筑施工
為了確保渠底襯砌水泥土及后續(xù)襯砌混凝土不遭受施工破壞，水泥土填筑施工先進行渠道坡面水泥土襯砌，并將渠道坡面施工分為渠底齒槽、渠道坡面兩部分進行施工，后進行渠底水泥土填筑施工。
3.3.1渠道齒槽填筑施工
根據(jù)齒槽水泥土結構形式，渠道齒槽分為齒槽底板、齒槽兩側邊墻。齒槽水泥土施工采用如下施工程序：
（1）開始施工前，先進行測量放樣，設置高程、樁號控制樁，檢測水泥土原材料及土料含水率，開具水泥土配料單，并由監(jiān)理工程師簽字確認；
（2）水泥土采用拌和站拌合、20t自卸汽車拉運，拌和站出機口含水率控制在24%左右，并根據(jù)當天天氣狀況適當調整，以彌補水泥土料在運輸、攤鋪過程中的水分損失，滿足碾壓時水泥土含水率為21.1±1%的要求；
3.3.3、渠道坡面襯砌施工
水泥土施工前的測量放線、材料檢測、水泥土拌和控制、拉運及水泥土施工完成后的檢測驗收等與渠道齒槽水泥土填筑施工相同。水泥土拌和完成后，采用水泥土襯砌機進行鋪土、碾壓，運輸和卸料時間控制在1h左右，襯砌機布料小車移動速度控制在8m/min，每個條帶布料寬度約為140cm，松鋪厚度控制在15cm，在每個條帶布料完成后，開啟平倉刮板車，將水泥土料攤鋪平整，最后開動振動碾壓輥軸進行水泥土料碾壓，水泥土料碾壓時輥軸上下行進速度控制在4m～5m/min。第一條帶碾壓完成后開啟水泥土攤鋪機行走系統(tǒng)，使設備水平前進，同時控制相鄰兩個條帶搭接寬度為2cm～5cm。第2～N條帶的施工方法與之相同，直至該段水泥土填筑施工完成。
４渠道襯砌水泥土施工質量控制要點
（1）水泥土拌和前檢測土料含水率，根據(jù)實測含水率計算水泥土配料單，確定加水量，并由監(jiān)理工程師簽字認可后方能進行拌和，對拌和均勻的水泥土及時進行含水率檢測，拌和后含水率控制在最優(yōu)含水率±1%以內(nèi)；
（2）影響水泥土拌和均勻性及碾壓效果的較大粘土團塊應予以剔除，壓實（夯實）后，干密度值不小于1.5g/cm3，離差系數(shù)應小于0.15；
5工程應用效果
南水北調中線一期穿黃工程Ⅲ標渠道襯砌水泥土自2009年9月開始施工，至2011年6月機械化坡面襯砌基本結束。施工過程中取樣檢測含水率、干密度1500組、大板取樣檢測抗壓強度、滲透系數(shù)及抗凍等級各3組，檢測指標均滿足設計要求，檢測統(tǒng)計結果見表6。
表6 水泥土檢測結果統(tǒng)計表
6結束語
南水北調中線一期穿黃工程Ⅲ標渠道襯砌水泥土襯砌坡面的整體性好、表面平整度高、無錯臺及水平施工縫，碾壓成型后的水泥土干密度，大板取樣的28d抗壓強度、滲透系數(shù)、抗凍指標等均滿足設計要求，取得了良好的施工效果。水
泥土襯砌機平均每天可完成75m左右的坡面水泥土襯砌施工，該施工方法在南水北調中線穿黃工程中得到了成功應用，為類似工程施工積累了經(jīng)驗。
參考文獻：
1、《建筑材料水泥土》（1987年水利電力部）；
2、《水泥土材料試驗方法》（1987年水利電力部）。
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