老挝色萨拉龙灌溉工程渠道衬砌施工技术

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  摘 要 混凝土渠道衬砌是一项成熟的渠道防渗技术,该技术在老挝色萨拉龙灌溉工程的运用中,取得了良好的防渗效果,有效地提高了渠道输水能力。从“渠基清理,渠堤填筑,渠道断面开挖,复合土工膜铺设,滑模制安,混凝土面板的浇筑及养护,伸缩缝处理”几个方面论述了混凝土渠道衬砌的施工方案及相应施工方法。
  关键词 农田灌溉;渠道;土工膜;混凝土衬砌;老挝色萨拉龙灌溉工程
  中图分类号:TV672;S277 文献标志码:B 文章编号:1673-890X(2015)30--03
  1 工程简介
  老挝色萨拉龙灌溉工程位于老挝沙湾拿吉省Tha Pang Thoong地区,是老挝国家经济“七五”规划(2011-2015年)中的重点民生工程。该工程由心墙堆石坝、水库、无闸开敞式溢洪道、取水建筑物、渠道及渠系建筑物等组成,其主要功能为农田灌溉,兼有渔业养殖、输水、防洪等功能,建成后可解决色萨拉龙河下游约2 000 hm2农田灌溉、18个村庄的生活用水及5家小型工厂生产用水的需求。该工程的灌溉渠系布置为干、支、斗三级渠道,其中干渠总长12.85 km,桩号范围:M0-900~M11+980。支渠共三条,分别为SC1、SC2和SC3,总长度约12 km。斗渠41条,总长度约28 km,其中砖砌明渠18 km,低压管道10 km。干渠过水断面为倒梯形,渠底宽2 m,渠深1.9 m,内坡比1∶1,顺水流方向比降1/1 000~1/2 000。
  渠道沿线的土层主要为冲积、坡残积物。冲积层岩性主要为灰黄色粉砂、粉土,厚度0.3~1.0 m;坡残积岩性主要为红褐色砂质黏土及黏土,厚度2~4 m。渠道基础的土层主要为粉质黏土,夹杂少量砂质黏土。试验检测发现,部分渠基黏土中含有蒙脱石等矿物颗粒,局部土质有一定的膨胀性、分散性。
  2 渠道总体施工方案
  针对渠道施工的难点和重点,灌溉渠道系统的总体施工方案为:渠道及渠系建筑物(渡槽、倒虹吸及涵洞等)穿插施工,在低洼处进行土方回填,再进行渠道设计断面开挖,后对渠道断面铺设土工膜并进行混凝土衬砌,最后进行渠堤整理及边坡支护作业。施工时,将渠道人为划分为若干段,组织多个工作面同时施工,形成流水作业,这对节约人力资源、提升施工效率、降低综合成本和确保按期完工有重要的意义。
  3 渠道混凝土衬砌施工方法
  该工程渠道的典型过水断面型式为倒梯形,内边坡及渠底全部采用现浇素混凝土(混凝土强度C20)衬砌对渠道进行防渗。鉴于渠基局部土质具有一定的膨胀性和分散性,为加强防渗效果,渠道全断面都铺设复合土工膜。渠道的混凝土底板厚度为10 cm、内边坡的混凝土衬砌厚度为8 cm。为减少热胀冷缩及不均匀沉降的危害,对混凝土衬砌面板每5 m设置一道施工缝,缝宽3 cm。
  针对该工程渠基局部土质具有分散性和膨胀性的特殊情况,经研究在施工中采取对应措施予以预防和缓解:一是对渠堤顶部进行加宽,水平方向铺设土工膜,并在堤顶土工膜上覆盖约25 cm厚的当地非分散性土,以防止降雨渗入混凝土衬砌板底部后形成扬压力,对混凝土衬砌造成破坏;二是对于低于2 m的填方外边坡采取播种草皮的方式进行防护,对于高于2 m的填方外边坡采用土工格室进行防护。
  渠道衬砌工程(以填方段为例)主要包括以下内容:渠基清理→渠堤填筑→渠道断面开挖→土工膜铺设→滑膜制安→混凝土面板浇筑及养护→伸缩缝处理→渠堤修整及外边坡防护。
  3.1 渠基清理
  首先对即将进行渠堤填筑的渠基部位进行清理,为确保渠基清理效果,需要在设计填筑边线的基础上向外扩约50 cm,渠基清理的深度约30 cm。清理范围内所有的腐殖土、树木、杂草以及含其他杂物的土料、垃圾都需要清理干净。清基以人工与机械相结合,人工主要清理树木、杂草,机械将清除的腐殖土、垃圾等运至指定地点堆放。清基完成后使用20 t振动碾,对原基进行碾压(约5遍),确保清基面平整,碾压土压实度D≥90%。
  3.2 渠堤填筑
  在渠堤土方填筑施工前,应先对渠堤回填土料(非膨胀性和分散性土料)进行试验,根据试验结果确定施工技术参数、施工工艺及相关设备选型。一是通过标准击实试验,确定渠堤回填土料的最优含水率为17.2%,最大干密度为1.94 g/cm3,确定合格干密度下的含水率区间为13%~25%。二是通过现场土料碾压试验,确定土料经碾压达到设计压实干密度的相关施工技术参数如下:摊铺土料的厚度为35 cm,土料最大粒径不大于5 cm;使用20 t振动碾,采取进退错距法进行碾压,碾压时的行车速度不超过2 km/h,碾压次数为6遍(静2动4)。
  土方回填铺料时从最低处开始水平上升,自卸车卸料到作业面后,及时用74 kW推土机摊铺、平整。通过摊铺前的测量放线,将每一层土料的摊铺厚度控制在35 cm。为保证外边坡部位的压实度,在进行摊铺作业时,需要在该高程对应的设计填筑边线的基础上向外扩约40 cm。为减少高温条件下土质水分蒸发,确保碾压效果,在摊铺作业完成后,振动碾立即跟上进行碾压。碾压方式为振动碾沿渠道中心线方向行驶,采用进退错距法由渠道中心线向外坡方向进行套碾,碾迹重合的宽度控制在20~30 cm。每层土方碾压完毕后,按照150 m2取一个点检测碾压点干密度的标准进行检验,合格后方可进行下一步工序,不合格的马上进行补碾或挖除。在新的土层填筑之前,应先对已碾压好的下土层层面进行润湿处理,再进行刨毛处理,以便上下土层通过碾压良好结合。
  3.3 渠道断面开挖
  按照设计图纸要求,对填筑到设计高程的渠堤进行测量放削坡线。渠道过水断面的开挖,以机械开挖为主要手段,必要时人工开挖予以辅助。断面开挖施工时,需要在坡面上钉木桩、挂线,专人指挥挖机,尽量人工开挖工作量,避免出现超挖或欠挖的情况。   3.4 复合土工膜铺设
  复合土工膜施工的工序为:渠道断面修整并验收合格→土工膜铺设→裁剪→对正、搭齐→清理焊接面→焊接→检验→修补→验收。
  本工程的干渠典型断面周长较小,约为7.5 m。在土工膜采购环节,可根据渠道断面周长及渠堤部位的尺寸,向土工膜生产厂家定制大尺寸的复合土工膜。这样做的好处是,在土工膜铺设过程中,可使用直接搭接的方式,大量减少土工膜裁剪工作量,显著降低土工膜接缝数量,有效提高渠道防渗能力。
  使用土工膜之前,应按照土工膜采购批次,依次检查厂家出具的《土工织物生产许可证》《出厂合格证》及第三方出具的土工膜《检测报告》,在上述材料齐全、有效的前提下,对该批次土工膜进行随机抽查。如发现土工膜表面有孔眼、明显色泽差异、局部厚度明显低于技术要求的缺陷,应作现场封存处理。
  在复合土工膜正式铺设前,再次检查复合土工膜的外观质量,并清理渠道断面上的尖锐杂物,减少土工膜在铺设时受损的可能性。渠道防渗土工膜的铺设方向为逆水流方向,即自渠道的下游方向往上游方向进行铺设。相邻两块土工膜之间的连接采用搭接法,将上游块的土工膜压在下游块的土工膜上部,对边缘部位亦要压紧固定。在铺设渠道弯曲处的土工膜之前,要对此部位的土工膜搭接长度进行计算,根据计算结果预留足够的搭接长度,以便进行裁剪。
  渠道铺设土工膜时,采取人工滚放的方式,从左部渠堤滚放至渠底,再从渠堤滚放至右部渠堤,在渠坡和渠底结合部位的土工膜应预留一定长度,并使用钢板条压平贴紧。土工膜的铺设要能适应小幅变形的要求,但不能因过松而形成明显的褶皱。此外,铺设过程中及时排除膜下空气,停止排水、电焊、开挖和凿洞等可能危害土工膜安全的各种施工行为。
  土工膜的焊接采用双焊缝焊接的方式进行,双焊缝宽度为2 mm×10 mm。土工膜焊接正式施工之前,应组织该工序作业人员接受土工膜生产厂家专业人员的指导,开展土工膜试验性焊接(含焊缝检测试验),确定焊机选型、焊接温度,焊机行走速度等施工技术参数,并培训熟练、合格的焊接作业人员。试验性焊接成功之后,方可转入生产性焊接。土工膜焊接完并经质量验收合格(充气法检测)后,应避免长时间的日光照射,混凝土面板的浇筑应及时跟进,对未能及时进行衬砌的土工膜,应用毛毡覆盖。
  3.5 滑模制安
  为节约施工综合成本、加快渠道衬砌施工进度、保证渠道混凝土浇筑质量,根据渠道设计要求,结合施工现场条件,经多次试验,成功加工了12套渠道边坡滑模施工工具。
  滑模施工工具由表面模板、侧模、配重装载平台、提升系统这4个部分构成,每一部分都是钢质材料,在施工中可以重复使用,极大提升了材料周转率。
  表面模板的加工,采用U型扣件将4块钢模(规格为1.25 m×1.0 m)板依次拼接在一起,形成一块5.0 m×1.0 m的表面模板。考虑到表面模板的跨度5 m过大,其刚度不够,很可能在浇筑的过程中由于受力出现弯曲变形的情况,从而影响混凝土的浇筑质量。为增加表面模板的刚度,在表面模板的背面加焊三道0.1 m的槽钢,每道槽钢之间的间距为0.25 m。为满足模板拼装接缝密实、平滑的要求,表面模板制作时,使用电焊对钢模板之间的缝隙进行焊接,之后用磨光机打磨焊缝,确保表面模板光滑、平整。考虑到渠坡衬砌混凝土的厚度、渠底底板的厚度有差异,为方便在侧模部位进行调整,故使用角钢作为侧模。
  配重装载平台位于表面模板的背后,在滑模安装后混凝土入仓前增加配重,以克服衬砌混凝土振捣时产生的浮力。配重可选择沙袋,根据施工需要自行调整。此外,配重装载平台还可作为混凝土浇筑作业人员作业平台,方便进行混凝土入仓、振捣及收光等工作。
  提升系统由搭设在渠道顶部的脚手架、挂在脚手架两侧的手拉葫芦(规格为2 t)、连接手拉葫芦及表面模板的钢丝绳这3个部分组成。混凝土浇筑时根据需要拉动手拉葫芦,带动表面模板沿侧模向上滑动即可。
  根据设计尺寸安装滑动模板是一项重要的工作。首先,要安装好侧模,侧模的下端可固定在已经浇筑好的渠底衬砌板上,但在固定时不能戳破下层的土工布。其次,将表面模板盖在侧模之上,在渠道顶部搭设好脚手架,并在脚手架两端各挂一个手拉葫芦,用钢丝绳连接表面滑模和手拉葫芦。
  3.6 混凝土面板的浇筑及养护
  混凝土面板的浇筑应按照设计收缩缝进行分块浇筑,渠底和渠坡部位采用跳仓的方式错开浇筑。先浇筑渠底部位,再浇筑渠坡部位,最后浇筑压顶部位。已浇筑好的渠底衬砌板可以为后期渠坡浇筑时的滑模安装提供支撑。
  3.6.1 混凝土入仓铺料
  在拌合楼按照混凝土配合比方案进行配比,鉴于老挝日常气温较高,故将出仓混凝土的塌落度控制在30~40 mm。混凝土的运输采用农用翻斗车运输至浇筑仓面。卸料时,应在渠道坡顶设溜槽,尽量减轻卸料过程中骨料分离的状况。
  3.6.2 混凝土振捣
  渠底混凝土浇筑,应在混凝土按照渠底设计高度全部铺满仓面,并基本整平表面后,使用平面振捣器进行振捣。平板振动器的对渠底混凝土的振捣以砼面均匀出现浆液为佳,成排依次振捣前进。
  渠坡混凝土浇筑,采用人工协助混凝土入仓,每层浇筑厚度应控制在30 cm左右,使用1.1 kW插入式振捣器进行振捣。振捣合格的标准为混凝土表面冒出的气泡大量减少且开始泛浆,不再显著下沉。
  3.6.3 混凝土收面及拆模
  滑动模板在混凝土开始凝固时即可通过手拉葫芦,缓慢向渠堤提升。人工及时对外露混凝土面进行收光,粗抹两遍,以表面平整、出浆、无石子外露、无蜂窝麻面为宜;在混凝土初凝后,即可对坡面进行拆模处理。拆模时,要把模板的一侧缓慢的撬动;同时,使用硬物敲击模板,等模板一侧完全松动后,对另外一侧进行拆模处理,这样既不会干扰已浇筑成型的面板,也能确保模板的完整。
  3.6.4 混凝土养护
  老挝处于热带地区,日照强烈,平均气温较高,渠道的混凝土面板较薄且外露面积大,渠道混凝土面板的养护工作在这种特殊情况下显得尤为重要。混凝土浇筑完成约12 h,便可拆模进行养护。采用在面板上覆盖湿草帘的方式对混凝土衬砌进行养护,并根据需要增加洒水次数,始终保持草帘及混凝土表面保持湿润状态,避免因水分流失造成面板表面裂缝。考虑到老挝气候炎热、干燥,为保证混凝土浇筑质量,混凝土面板的养护时间以40 d为宜。
  3.7 伸缩缝处理
  在现浇衬砌混凝土滑模安装时,按照设计图纸在渠底、渠坡位置预留沥青杉板。混凝土达到一定强度后,拆除沥青杉板形成伸缩缝。
  伸缩缝处理之前,应进行表面清洁处理,除去粉尘和油污,使缝面干燥、清洁。先人工填塞聚乙烯闭孔泡沫板,填塞完成后用滚碾压进伸缩缝内,并预留约2 cm的缝深。在涂胶之前,先用毛刷涂刷底涂剂,以消除缝面上残留的少数灰末并晾干(约30 min),之后使用专用容器,将按照配方的双组分聚硫密封胶压入缝内。
  4 结语
  本项目的渠道坡面使用滑动模板进行混凝土衬砌施工,并使用土工膜加强防渗效果,此举措不仅加快了施工进度,还降低了综合建造成本。该项施工技术在项目实践中取得了成功,值得在类似工程中推广和应用。
  参考文献
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  (责任编辑:刘昀)
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