中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001
摘要：斜坡面混凝土衬砌在水利水电工程施工中情况较为普遍，一般混凝土工程都是立模成型，混凝土施工过程中入仓和振捣过程中，会对模板产生侧压力，因此立模时通常采取外撑内拉的方式进行加固，保证混凝土浇筑过程中不出现跑模现象。但是在坡度较缓的斜坡面施工中，立模时无法使用外撑的方式，采取内拉方式时不仅要先在基础面上预插拉筋而且要安装额外的支撑钢筋，以保证模板安装后在设计的坡面边线位置。浇筑时混凝土对模板产生向上的压力，易出现跑模情况，导致在新老混凝土结合部施工缝位置出现错台、窜浆问题。振捣时混凝土内部气泡上升会聚焦在模板面，不易排出形成蜂窝、麻面表面缺陷。采用不立模板直接收面的方式，可以省略大量的立模工序，提高施工效率，同时可避免混凝土面出现的各种缺陷，是一种省时、省材料、质量有保证的快速施工技术。
关键词：斜坡；混凝土衬砌；快速施工技术
斜坡衬砌混凝土在水利水电工程施工中比较常见，如：沉砂池、冲砂渠、引水渠、防护堤的边坡。较陡的坡度一般采取立模的方式浇筑成型；非常缓的坡度一般采取类似于底板的浇筑方法，只立侧模，表面直接收面成型。
但是一般渠道或是防护堤之类的工程，边坡坡度比较常见的有1：1、1：1.5、1：2、1：2.5，在这个范围之内的坡衬砌相对来说比较困难，这主要与混凝土的特性有关，如果不立模，因为入仓时混凝土具有一定的流动性，收面工作无法迅速成型，很难达到外观质量要求，且费工费时；但要是采取立模的方法浇筑，模板加固、混凝土入仓、振捣都有难度，并且拆模后的坡面容易出现麻面、漏浆、错台等缺陷。
目前，大型的渠道工程国内比较先进的方法是采用衬砌机施工，例如：在南水北调中线段施工中使用的渠道衬砌机，在施工质量和施工效率上取得了较好的效果。但是，渠道衬砌机价格不菲，它比较适合用于工程规模较大、战线长的渠道、堤坝边坡衬砌。
另外，拉模在边坡较长的工程中使用，例如：混凝土面板坝施工中，面板混凝土采用拉模方案，在施工质量和施工效率上效果不错。
除以上的两种情况外，如果遇到规模不大、断面较小、战线较短的斜坡混凝土衬砌工程，采用什么施工方法能够有效提高施工质量和施工效率呢？尼泊尔S项目渠首工程沉砂池衬砌施工中采取的施工方法，或许可以为大家在遇到此类工程时提供一些参考。
1 工程简介
右岸沉砂池是S渠首工程一个重要组成部分，它上游连接进水口，下游连接干渠。根据功能可将它分成沉砂池主体和冲砂闸两个部分。
1.1工程设计参数
沉砂池总长671.8m，其中前611m为沉砂池主体，施工桩号为CH0+000- CH0+611；后60.8m为冲砂结构物，即冲砂闸，施工桩号为CH0+611- CH0+671.8。
本文重点介绍沉砂池边坡衬砌，冲砂闸的具体尺寸就不再详细介绍了。
沉砂池主体部分从上游至下游可分为以下几段：
⑴上游渐变段（CH0+000-CH0+081）：其中前13m边坡从连接进水口处的竖直渐变为1：1.5坡度，13m之后保持1：1.5坡度，边坡衬砌高度由3.5m增加至4.4m。全段底宽由23.5m扩大至50m，底板纵坡1：90。
⑵中间直线段（CH0+081-CH0+561）：此段为沉砂池主体的标准断面，1：1.5边坡，边坡衬砌高度由4.4m增加至5.38m，底宽50m，底板纵坡1：530。
⑶下游渐变段（CH0+561-CH0+611）：其中最后的11m边坡由标准断面1：1.5坡度渐变至竖直，最终与下游冲砂闸翼墙相接。此段边坡衬砌高度由5.38m增加至5.4m。全段底宽由50m缩小至24m，底板纵坡为1：530。
沉砂池主体边坡顶部的衬砌高程均为EL174.00，底板高程从EL170.5降至EL168.6。底板及边坡均为钢筋混凝土衬砌，上游13m及下游11m边坡渐变段的衬砌厚度为30cm，双层钢筋网；其它的部分衬砌厚度为20cm，单层钢筋网。
纵向伸缩缝有3条，都在底板上：距两侧坡脚1.5m各有一条，中心线位置有一条；横向伸缩缝基本上按照30m间隔设置一条，共有20条。伸缩缝将边坡分隔成42块。
1.2相关施工方法简述
边坡衬砌施工工艺：采用不立模直接收面成型。底板、隔墙、闸室采用常规的方案进行施工。
1.3边坡衬砌施工特点
本工程边坡衬砌具有以下难点：
⑴混凝土拌和质量要求非常高。边坡上浇筑混凝土，必须要严格的控制好坍落度，坍落度太高则混凝土流动性太大，无法保持在斜坡上；坍落度太低则混凝土失去流动性，人工摊铺工作量大，且收面时提浆、整平非常困难。
⑵振捣难度较大。薄壁斜坡衬砌一般采用平板振捣器，需要操作人员在斜坡移动，体力消耗非常大，而当地工人体质差，无法胜任斜坡上的振捣工作。如果采用软轴振捣器，一方面容易漏振，另一方面是振捣后混凝土料将出现下跌成台阶状的情况，需要再次将大量混凝土料向上翻，按坡度找平。
⑶坡度控制难度大。因为陡度较陡，混凝土入仓后受重力的作用会自然下坍，在初步找平过程中，需要人工不断向上翻料，修正坡度和高程，工作量大，且人工修正精确度较低。
⑷收面工作难度较大。按照伸缩缝分段，每个仓号长30m，边坡斜长为8m~10m，平均每仓收面面积为270m2，如采用人工收面工作量较大，且收面工作要掌握好的时机，过早而混凝土太软，收面后还会下跌，无法准确成形；过晚而混凝土太硬，无法提浆、找平、收光。沉砂池边坡衬砌施工时正好是当地最炎热的夏季，白天阳光下温度为40℃左右，晚上温度也有20℃度。混凝土在这样的温度下，初凝时间在30分钟左右，人工收面效率低，很难把握短暂的时机，完成收面工作，外观质量难以保证。
2 施工方法
2.1 总体方略
本工程边坡衬砌施工中，除了伸缩缝位置安装侧模外，其余部分不立模。另外根据现场情况设置了一些独特机具，项目部改进了施工艺，解决了一些关键问题，取得了较好的效果。
⑴增加了高程控制轨，为找平设置标尺，降低坡度控制和整平工作的难度。
⑵自制振动梁，解决混凝土振捣和精确收平问题。
⑶将收面机应用到边坡收面上，解决人工收面效率低的问题。
⑷调整浇筑时间，浇筑尽量夜间进行，避开中午炎热时段。
2.2 施工工艺
2.2.1 高程控制轨
所谓高程控制轨其实很简单，实际上就是将Φ48钢管临时固定于边坡合适的位置上，做为混凝土摊铺、收面时的标尺，收面完成拆除较可，具体的施工方法如下：
⑴准备工作：在边坡垫层混凝土浇筑时，纵向每隔4m打一排插筋，插筋间距2m左右、露出混凝土面的高度20cm即可，坡顶和坡脚处的插筋要根据测量放样的位置打设插筋，以方便控制坡顶和坡脚处的边线。每个仓号钢筋安装完成，调整钢筋保护层时，可以将钢筋网直接焊接于插筋上，可以牢固的固定钢筋网，防止浇筑过程中被人踩踏变形或者是混凝土下料时钢筋网上浮的情况发生。钢筋安装完成浇筑之前，测量人员根据设计图纸放样，对坡顶和坡脚的插筋位置进行校准，保证这两处插筋位置正好在边线之上，另外将浇筑高程在所有插筋上用红油漆标出。
⑵焊接支架：在每根插筋上焊接放置钢管的“H”形支架，横担的位置应比标注的浇筑高程低48mm，支架中间宽度50mm。
⑶放置高程控制轨：焊接完成后，每排支架上放置一根Φ48的钢管，钢管长度不小于边坡斜长。这时，钢管的位置正好与设计边坡的位置一致。浇筑时，只要按照钢管顶部控制摊铺和整平工作，就能够保证边坡坡度和高程准确无误，而且边坡大面平顺。
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2.2.2 振动梁
振动梁的制作方法：振动梁断面形式为“.jpg)
”形，平面形式为“ ”形，用5mm厚钢板焊接而成。顶面开口，底面宽30cm，长600cm，背面用两根6m长的槽钢（[100mm）做骨架，确保底面平直。四周焊成斜边，高度10cm，便于引导振动梁在混凝土表面向各个方向移动。将两台普通平板振捣器电机安装到振动梁骨架的两端。在梁的一侧安装一根Φ10mm钢丝绳，两头固定在靠近底边的两角位置，用于振动梁工作时的牵引。
振动梁的使用方法：在混凝土摊铺后，以高程控制轨为标准，对两根控制轨间的混凝土进行人工初步找平，然后将振动梁放置于两根控制轨之上，在牵引设备的作用下，自下而上对混凝土进行振捣、提浆，同时在高程控制轨的限制下对坡面精确找平。
2.2.3 牵引设备
振动梁的牵引设备使用5T卷扬机，固定于边坡顶部平台上，卷扬机在距浇筑仓号50-200m范围布置。卷扬机钢丝绳穿过定滑轮与振动梁钢丝绳连接，通过定滑轮改变牵引方向，使振动梁能够在控制轨上沿坡度提升或滑落。根据浇筑的进展，需要使用振动梁时可将定滑轮临时固定在5T自卸车尾部挂钩上，这样可根据浇筑点位置，实时、灵活调整定滑轮的位置。
2.2.4 钢筋、模板
边坡钢筋非常简单，绝大部分为单层钢筋网，并且大部分钢筋不需要进行弯曲，直接按设计的尺寸切割即可。
模板工作也非常简单，只需要在伸缩缝的位置安装侧模即可。因为浇筑厚度只有20cm，并且不需要安装止水带，所以选择P2015钢模板，外撑法固定。
2.2.5 浇筑
仓号的划分按照伸缩缝的位置进行，标准仓号长度为30m，斜长8m-10m不等。沉砂池的衬砌施工是根据开挖的顺序从上游向下游顺序推进的。
边坡衬砌混凝土采用混凝土罐车水平运输至浇筑仓号的顶部平台上，通过溜槽入仓。仓号内的浇筑从一侧开始沿纵向往另一侧逐步推进，连续浇筑，中间不留施工缝。
混凝土的坍落度严格控制在5~7cm，白天采用上限，夜班采用下限。这样的混凝土既具有较好的和易性，又能够确保入仓后基本保持在边坡上，不至于全部自流至坡脚处。
混凝土入仓后，人工摊铺，除边、角处采用软轴振捣器辅助振捣外，其余大面积振捣采用振动梁进行。
2.2.6 收面
边坡收面的质量直接影响边坡衬砌的外观质量，而收面的速度直接影响边坡衬砌的速度，所以收面工作是边坡衬砌最为关键的一个环节。经过施工过程中的不断摸索、改进，在收面工作上逐步形成了一套行之有效的方法，具体如下：
⑴控制入仓下料：浇筑过程中，以4m为一小段循环向前推进，这正好与高程控制轨的排距相当。按照浇筑部位的边坡长度和衬砌厚度，计算4m长度的边坡衬砌工程量，根据计算的每小段衬砌工程量和罐车的运输能力严格的控制下料车数，确保入仓的混凝土可以直接在本小段内消耗掉，不会因为混凝土料有多余或是不足而出现人工远距离倒运的情况。
⑵快速的初步找平：入仓后，人工快速的摊铺混凝土，并以高程控制轨为标尺自上而下进行初步找平，混凝土面可略高于控制轨1~2cm，但最好不要出现低于控制轨的情况。
⑶利用振动梁精平：初步找平后即可进行振捣，振动梁自下而上时慢速提升，同时开启梁上两个振捣电机进行振捣，振动梁自下而上振捣一遍后，关闭振捣电机，松牵引绳，使它在重力作用下沿高程控制轨滑至坡脚处。振捣的过程不仅可以使混凝土内部密实、表层提浆，而且由于高程控制轨的限制，振动梁在轨道面一上一下两次滑动，可以对混凝土面进行精确找平。
⑷机械收面：收面机在底板混凝土浇筑时效果非常明显，效率很高，节省了大量的人工。如何将收面机应用到边坡衬砌中呢？通过现场试验，基本解决了这个问题。在收面机上绑两根绳索，坡顶两组人分别拉这两根绳索，使绳索形成一定的夹角，收面机在两根绳索牵引力和自重综合作用下，紧贴于边坡上。收面工作自下而上进行，两组施工人员拉动绳索，控制收面机在边坡上的移动。
收面工作要掌握好时机，一般收面三遍即可，第一遍在精确找平后即可进行，用收面机圆盘进一步对边坡进行提浆和精确找平，此时可拔出找平后的高程控制轨钢管，并用混凝土对其留下的沟槽进行填补；待混凝土下部已经变硬，仅表层有约0.5cm厚的砂浆还未凝固时开始进行第二遍，此时拆除圆盘用收面机抹刀收光；第三遍要等到混凝土表面接近初凝，用手指能压出指纹时进行最终收光，此时可用人工辅助抹除收面机留下的痕迹。
2.2.7 养护
混凝土浇筑后，用塑料布对浇筑完的边坡进行覆盖保湿，并安排专人洒水养护。
2.3 资源投入
2.3.1 周转材料投入
按同满足三个仓号配置，高程控制导轨使用Φ48mm钢管1.2T，伸缩缝使用P2015钢模板200块。
2.3.2 机械设备投入
主要投入1套90型拌和站、3辆7m3罐车、1辆25T平板车、1台50型装载机、5套软轴振捣器、1套自制振动梁、1台5T卷扬机、4台混凝土收面机等。
2.3.3 施工人员投入
按两班作业要求配置84人，其中中方工长2人，尼方工长4人，尼方劳务78人。
2.4 施工工期
沉砂池主体部分底板混凝土从2009年3月27日开始，边坡衬砌延后底板浇筑7天于2009年4月2日开始，边坡与底板平行作业。主体部分的混凝土衬砌于 2009年6月19日基本结束。
3 实施效果
沉砂池的边坡衬砌在试验段开始也采用了不立模板、直接浇筑、人工收面的常规施工方法，但常规方法在外观质量和浇筑速度上难以让人满意，后对其进行了改进、完善，最终形成上文所述的改进方法。从实际的实施
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情况来看，在外观质量上和施工效率相较常规方法有了很大的提高。
3.1 施工资源比较
在机械设备配置上，改进后方法增加了振动梁、卷扬机、收面机这几种设备，振动梁自制而成，卷扬机利用钢加厂的设备，收面机本就应用于底板收面中，增加的设备不需要重新购买。另外，改进方法使用的高程控制轨实际上使用的是周转材料钢管，没有增加设备的投入。
从人员配置上看，在钢筋、模板等准备环节两种方案没有差别。对于浇筑工序，常规方法施工时每班负责浇筑的施工人员至少达到30人，才能够勉强满足浇筑要求，而采用改进方法施工时，每班负责浇筑的施工人员只需配置20人即可。振动梁及收面机的使用节约了大量的人工，而且在外观质量上有很大提高。
至于周转材料，两种方法基本上没什么本质区别。
3.2 施工效率比较
根据试验段的统计，如果采用常规方法，一个标准仓号纯浇筑时间至少需要20小时。采用改进方法，一个标准仓号的纯浇筑时间一般为10小时左右。
3.3施工成本比较
如果以一个标准仓号为准，仅考虑直接费用，改进后的方法比常规方法节约人工费约1200元/仓（以2009年当地人工价格），节约机械费约2890元/仓（以2002年定额）。沉砂池主体部分边坡一共42个仓号，共节约成本约17.2万元。
4 经验总结
4.1 取得经验
沉砂池边坡衬砌采用以上所述的施工方法，一方面外观质量容易得到保证，一方面大大提高施工效率，最终取得较好的经济效益。
4.2 参考价值
本文所述的施工方法可以应用到各类渠道、堤防等工程边坡混凝土衬砌施工中，其工艺操作难度不大，易于掌握，实施起来比较容易。而高程控制轨不仅可以应用到边坡混凝土浇筑上面，它也可以应用到大面积混凝土底板施工上，稍加改进甚至可以应用到曲面混凝土浇筑上，如：泄流坝段的流道等，它能够非常有效的提高混凝土收面的平整度。
论文作者:雷春华1,王春会2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/14
标签：混凝土论文; 高程论文; 底板论文; 方法论文; 钢筋论文; 坡度论文; 伸缩缝论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;