□陈秀兰 □王 永（中国水利水电第十三工程局有限公司）

渠道工程渠坡砂滤层机械化平砂振压施工工法

□陈秀兰 □王 永（中国水利水电第十三工程局有限公司）

根据南水北调安阳段渠道的设计结构和质量要求，作者结合生产实践，研制出移动式渠坡桁架平砂振压机，应用于工程建设中，施工质量符合设计要求和质量标准，经济效益明显。对其他陆续开工建设的南水北调工程具有借鉴和推广意义，可在后续的工程建设中发挥更大的作用。

渠道工程；砂滤层；机械化平砂、振压；施工工法

南水北调中线一期工程总干渠安阳段渠道设计首次采用5 cm厚砂滤层结构，特别是在1：2坡比的坡面上要求其相对密度不低于0.7，国内均无先例可循。南水北调安阳段三标项目施工单位根据渠道的这种设计结构和质量要求，研制出移动式渠坡桁架平砂振压机，成功实现了渠坡砂滤层机械化平砂、振压施工，施工质量完全符合设计要求和质量标准，获得了建设单位的一致认可，并将其工艺推广至南水北调中线工程安阳段和新乡段其它标段。

一、工法特点及适用范围

一是设备结构简单，操作方便、灵活，技术新颖；二是连续作业，施工快速、高效；三是机械化作业，较好实现了斜坡面作业要求，节省人工费用；四是施工质量有保证，良好的砂滤层密实度可有效减少薄壁式渠道衬砌混凝土裂缝的产生；五是能够快速提供渠道混凝土衬砌的工作断面。

该技术主要适用于渠道工程、水库大坝反滤层结构施工中。

二、工艺原理

渠坡砂滤垫层采用中、粗砂，经机械压实，作为渠道衬砌混凝土的过渡层,可起到“排水滤土”、保持土体稳定的作用；作为渠坡土质渠床的找平层，改善和提高渠床与保温防渗层之间的加糙抗滑能力,并通过砂垫层的压力扩散作用,降低水压对渠床的压应力,减少渠道衬砌结构变形量。

通过移动式渠坡桁架平砂振压机的螺旋升降系统、螺旋布料装置和压实装置，实现了对渠床斜坡面上砂滤层的机械化平整、碾压，砂垫层密实度达到了设计相对密度要求，成型断面尺寸符合设计要求。

三、工艺流程及操作要点

（一）工艺流程图

图1 渠坡砂滤层施工工艺流程图

（二）操作工艺

1.施工准备：铺砂前应将渠床上的表面浮土、杂物等清理干净，同时铺设方钢轨道，安装、调试移动式渠坡桁架平砂振压机械。

2.粗砂补水和运输：5 cm厚粗砂垫层施工前应适当控制含水量，根据其干湿程度和气候条件，适当洒水以保持砂滤料的最佳含水量，河砂一般为7%～10%，人工砂一般为4%～5%。采用自卸汽车把砂料运输到渠道马道上堆放。

3.人工摊铺：用挖掘机或装载机把粗砂铺到渠床面上，人工摊铺并初平。松铺厚度通过压实试验确定，松铺系数一般在1.20～1.28。

4.表面补水：摊铺完成后检验粗砂含水率，达不到预定的最佳含水率时，用洒水车上装置的雾化设施，机械喷水成雾状均匀喷洒飘落于砂滤层表面，通过水分的缓慢下渗，达到整个5 cm厚砂滤层的含水率接近最佳含水率。

5.机具设备到位：启动移动式渠坡平砂振压机至待整平部位，调节好上、下轨道位置处的螺旋升降系统，确保桁架主梁坡度和渠坡设计坡度一致；调整螺旋布料装置至砂滤层虚铺高程位置处，同时保证振压平板成自然松动状态置于砂滤层面上。

6.机械精平：开启螺旋布料器，顺坡由下而上转动螺旋布料辊将多余料向前分离、推动、转移至下一工作面上，布料辊后平行设置的刮板完成砂滤层精平，每机位精平宽度（刮板宽度）2 m。

7.平板振压：启动螺旋布料器的同时，开启平板振动装置，顺坡先由下至上振压，再由上往下振压。一个机位工作面振压宽度为（平板振动器长度）1 m，顺渠道轴线方向纵向移位时振动平板按10 cm压痕重叠振压。

顺坡上下往返振压一次为一遍，振压遍数一般选择2遍。振压遍数过多，粗砂表层有明显不规则树枝状波纹，振压时可见波纹间粗砂层起伏跳动，密实程度反而下降，压实效果会受影响。

8.检验密实度：砂滤层密实度采用标准灌砂法检验干密度值，并换算相对密度与设计指标比较。

砂垫层相对密度计算公式如下：

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应干密度，g/cm3；

pdmax、pdmin由室内相对密度标准试验确定。

9.修整找平验收：砂滤层检验合格后，人工持刮杆找平、平凸补凹，保障砂滤层表面平整度。同时及时进行保温板、土工布的铺设以减少水分的散失。

四、材料与设备

（一）砂料

宜选用颗粒级配良好、清洁、质地坚硬的中砂或粗砂，砂中不得含有杂草、树根等有机杂质，含泥量应<5%。

（二）主要设备机具

1.机械设备：移动式渠坡平砂振压机（整机功率15 kW）、装载机、挖掘机、自卸汽车、洒水车等。

2.主要工具：铁锨、铁耙、胶管、喷壶、铁筛、刮杆等。

死体可燃物含水率(Y)与气温(X2)、相对湿度(X3)、连旱天数(X4)、风速(X5)、蒸发量(X6)之间的数学模型为：

3.检测用具：标准筛、水准仪、全站仪、2 m平整度尺、灌砂筒（改进型）、烘箱、电子天平等。

（三）移动式渠坡桁架平砂振压机设备构造

移动式渠坡平砂振压机由行走轨道、桁架梁、行走装置、螺旋布料与压实装置、提升牵引装置、上下限位控制装置、电控系统台等构成。

图2 移动式渠坡桁架平砂振压机示意图

1.行走轨道：与渠道混凝土衬砌机共用轨道，选用8 cm×8 cm的方钢和钢基板焊接制作，分别铺设在一级马道和渠底坡脚处。

2.桁架梁：桁架主梁是本机的主要受力构件，由圆管和方管焊接而成的三角桁架结构,每节长度4 m，视不同坡长、坡比通过销轴和法兰组合联接。

上（下）框架：由圆管和方管焊接而成的三角桁架梁，位于主梁的上、下端，通过可调法兰和主梁连接在一起。

3.行走装置：支腿由支轮箱和机械式螺旋升降装置组成，安装在桁架梁上、下框架的下部，支撑整机的重量。螺旋升降装置可调节桁架主梁与渠坡砂滤层之间的相对空间，整机可以竖向升降。

支腿下设置行走轨道轮，通过行走电机带动行走。为确保上、下轨道轮行走一致，行走电机使用一个分电器控制。

4.螺旋布料与压实装置

螺旋布料装置：底盘架、驱动电机（2 kW）、螺旋布料辊（长2.0 m）、刮板（长2.0 m）。螺旋布料辊后设刮板，两者平行，电机驱动链条带动螺旋布料辊运转。

压实装置：振动器（功率1.5 kW、振动频率48 Hz）和平板托盘（普通钢板，0.55 m（宽）×1.0 m（长）×5 mm（厚）。

螺旋布料与压实装置是整机作业的核心装置，两者一前一后安置在底盘架下。底盘架通过同心轴、两边的4个轨道轮固定在桁架主梁方管上，由提升牵引装置牵引行走。

5.提升牵引装置：本机作业的动力传动装置，主要通过卷扬机带动钢丝绳的缠绕来提升螺旋布料与压实装置。安装在主梁下框架上。

6.上下限位控制装置：由卡环焊接桁架梁上、下拐角处，可控制螺旋布料和压实装置行走的上下行程，以保障操作安全。

7.电控系统台：安装在桁架下部，采用交流380 V配电柜集中控制，是本机的控制中心，通过控制面板指令本机行走以及螺旋布料和压实装置提升、运行等。

（四）灌砂筒（改进型）

标准灌砂筒基板下连接5 cm长聚乙烯塑料管（φ100 mm），聚乙烯塑料管底部坡度与渠坡设计边坡一致，顶部水平。灌砂试验时基板作用在渠坡面上，可保持灌砂筒垂直于水平面，保证灌砂筒内量砂垂直自由下落。

图3 渠坡灌砂法改进型灌砂筒

五、作业条件

检验砂石料的质量，无杂质，颗粒级配、细度模数和含泥量必须符合设计要求；通过相对密度试验测定砂滤层密实度控制指标：最大干密度和最小干密度；砂料最佳含水率范围、虚铺厚度、平板振动器振压遍数、行走速率等参数应通过现场试验确定。

对已完成削坡的渠床进行检验，检查坡面平整度、坡面密实性、边坡、开口线等情况，做好重要隐蔽单元工程验收手续。

如使用汽车或大型自行机械，应确定好其行走路线、装卸料场地、转运场地等。

六、劳动组织

表1 劳动力组织

七、质量控制

（一）质量标准

表2 渠坡砂滤层垫层质量控制标准和检查方法

（二）关键控制点

表3 关键控制点

（三）质量控制措施

1.移动式渠坡平砂振压机桁架主梁设计制造、使用时需经稳定性和挠度验算，满足施工要求后方可投入使用。施工中定期检查桁架主梁和螺旋布料、压实装置，防止变形引起坡比与设计不一致，从而影响压实效果。当振压平板托盘钢板厚度受磨损严重时，注意更换。

2.渠床土层不应被扰动，受到严重扰动的土层和虚坡部位应予以处理。

3.应注意控制砂料级配、松铺厚度、振压遍数、洒水量等，严格按照试验参数施工。平砂、振压作业应连续进行，尽快完成。冻结的砂石料不得使用。

4.加强下部渠坡纵向集水槽（埋设排水管）部位粗砂密实度控制，避免不均匀漏振现象和沉陷位移的发生。

5.施工前，测量人员配合现场施工人员及时校正轨道的平面位置及高程，确保基础垫平、密实，两根轨道的接头部分高差最大不超过2 mm，否则将影响整机的行走。

八、安全措施

渠坡施工中坡度较陡，严禁直接在坡顶用汽车卸料，以防失稳。人工上下坡面可在坡面上搭设上下梯板，或在马道上部设置缆绳牵引，以防滑落。

施工前先检查电线绝缘是否良好，接地线、开关、漏电保护器应符合要求，现场电缆线布设规范，振压时严禁击打、拖扯电线。

移动式渠坡平砂振压机应有熟练技工操作。使用前检查电机运转情况，防止带病作业；使用完注意保养，并防止振动电机受潮和淋雨。

［1］河南省南水北调中线工程建设管理局.南水北调中线一期工程总干渠安阳段第三施工标段招标文件［Z］.2006.

［2］JTE40-2007.《公路土工试验规程》［S］.

［3］SL237－1999.《土工试验规程》［S］.

［4］国务院南水北调工程建设委员会办公室.渠道混凝土衬砌机械化施工质量评定验收标准［S］.南水北调工程建设专用技术标准NSBD 8-2007.2007-09-27发布,2007-10-1实施.国务院南水北调工程建设委员会办公室.

［5］国务院南水北调工程建设委员会办公室.南水北调中线一期工程渠道工程施工质量评定验收标准［S］.南水北调工程建设专用技术标准NSBD 7-2007.2007-05-11发布,2007-5-20实施.

陈秀兰（1966-），女，工程师，主要从事工程施工与管理方面的工作。

2011-02-28