□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(jù)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(chǎn)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(jīng)濟效益明顯。對其他陸續(xù)開工建設的南水北調工程具有借鑒和推廣意義，可在后續(xù)的工程建設中發(fā)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(jù)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(xiàn)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(xiāng)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(xù)作業(yè)，施工快速、高效；三是機械化作業(yè)，較好實現(xiàn)了斜坡面作業(yè)要求，節(jié)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(chǎn)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(jīng)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(wěn)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(tǒng)、螺旋布料裝置和壓實裝置，實現(xiàn)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(jù)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?shù)角礼R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(shù)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(jié)好上、下軌道位置處的螺旋升降系統(tǒng)，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(tài)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(shù)一般選擇2遍。振壓遍數(shù)過多，粗砂表層有明顯不規(guī)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(shù)(X4)、風速(X5)、蒸發(fā)量(X6)之間的數(shù)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(tǒng)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(jié)長度4 m，視不同坡長、坡比通過銷軸和法蘭組合聯(lián)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(jié)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(yè)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(yè)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(huán)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(tǒng)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(yè)條件

檢驗砂石料的質量，無雜質，顆粒級配、細度模數(shù)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(shù)、行走速率等參數(shù)應通過現(xiàn)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(xù)。

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(jīng)穩(wěn)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(shù)、灑水量等，嚴格按照試驗參數(shù)施工。平砂、振壓作業(yè)應連續(xù)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(xiàn)象和沉陷位移的發(fā)生。

5.施工前，測量人員配合現(xiàn)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(wěn)。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(xiàn)場電纜線布設規(guī)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(yè)；使用完注意保養(yǎng)，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(guī)程》［S］.

［3］SL237－1999.《土工試驗規(guī)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(fā)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(fā)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