摘要：根據(jù)南水北調(diào)渠底施工條件的特殊性，以混凝土入倉方式選擇為重點，通過分析對比汽車運混凝土、泵送混凝土、溜槽輸送混凝土、布料機運混凝土的優(yōu)缺點，對渠底混凝土施工系統(tǒng)中的布料方式進行初步設計；介紹融混凝土輸送、布料、攤鋪、振搗、壓面為一體的渠底混凝土機械化施工方法、使用注意事項及應用效果。
　　關鍵詞：渠道混凝土,布料,襯砌,機械化施工
　　
　　1 引言
　　
　　南水北調(diào)中線京石段應急供水工程（石家莊至北拒馬河段）直管或代建項目第二施工標，渠線總長8020m，其中渠道長7001m。標段進口樁號214+210～214+589.6段明渠底寬7.0m，樁號214+800.6～222+230段明渠底寬7.5m，渠道內(nèi)邊坡坡比1：2.5，縱坡1/24000，渠底為C20混凝土襯砌，渠底厚8㎝或10㎝，渠底寬度7.0m或7.5m。施工中，南水北調(diào)中線局提出了“對渠道必須采取機械化混凝土襯砌”的要求，但目前渠底混凝土襯砌成套設備缺乏，各施工單位難以在建筑機械設備市場找到適合該種工程形式的成型設備。這種狀況下，本著“設備簡單、節(jié)約成本、加快進度、保證質(zhì)量”的原則，對渠底襯砌混凝土機械進行了研究。渠底混凝土襯砌施工需經(jīng)過混凝土布料和混凝土振搗兩大工序，但它又必須是融混凝土輸送、布料、攤平、振搗、壓面為一體的機械化施工。為此，渠道底板襯砌施工機械應分為混凝土輸送布料和混凝土襯砌兩大部分。
　　
　　2渠道底板混凝土輸送布料系統(tǒng)設計
　　
　　2.1入倉方式選擇
　　渠道底部混凝土襯砌首先要解決的問題是混凝土入倉方式。由于渠道底部寬度為7m～7.5m，寬度相對較小，而且襯砌混凝土下部設有聚苯乙烯泡沫塑料保溫板和復合土工膜（即渠道混凝土澆筑時倉內(nèi)鋪設有保溫板和土工膜），所以混凝土攪拌車不能在渠底倉內(nèi)行走。為此，需要根據(jù)渠道底板結(jié)構形
　　式選擇適合渠底混凝土襯砌施工的混凝土運輸布料設備。
　　現(xiàn)對混凝土泵、移動溜槽、渠底混凝土布料機三種渠底混凝土的布料方式進行對比如下：
　　混凝土輸送泵：渠底混凝土布料采用混凝土泵進行施工，其優(yōu)點是澆筑速度快澆筑量大。但混凝土泵及附屬設備安裝復雜，需要投入較多的人力（例如：混凝土導管安裝與拆除、腳手架搭設及混凝土泵移動等工作量大，還需要配備大于30kw以上的電源等）；泵送混凝土塌落度較大，與渠道襯砌常態(tài)混凝土相比和易性較差，造成渠道混凝土出面時間晚，渠道混凝土成型后容易產(chǎn)生裂縫，泵送混凝土的各項性能指標不能滿足渠道襯砌混凝土要求。
　　混凝土移動溜槽：移動溜槽設置在成型的渠坡上，溜槽底部設有橡膠輪，渠坡上設有行走軌道，溜槽經(jīng)人工推力可以沿渠坡移動。混凝土攪拌車的出料口和溜槽的頂部集料口對中下料，經(jīng)過溜槽將混凝土輸送到渠底，再由人工推腳輪車接料將混凝土推到需料的部位。溜槽結(jié)構簡單造價低廉，適合小方量混凝土澆筑而且渠道距離短的工程。溜槽行走需要人工推動，投入人力較多；溜槽輸送混凝土要求混凝土的塌落度要大，從而影響混凝土的和易性，容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。溜槽施工對渠道坡比有一定的要求，對于南水北調(diào)坡比1：2.5的渠坡，混凝土塌落度較小時，需要采用人工鐵鍬輔助將料輸送到渠底，且需要在渠底要安排人工推腳輪車進行布料，機械化程度低，混凝土輸送能力較小。
　　渠底混凝土布料機：渠底混凝土布料機源于移動的桁架與混凝土的布料帶相結(jié)合而成，根據(jù)渠道的結(jié)構形式在渠坡和渠底上均布設桁架，桁架下部設有電機驅(qū)動輪能夠沿設置好的軌道自己行走，桁架上安裝皮帶和電機滾筒用于混凝土的輸送。渠底混凝土布料機由項目部自己進行設計加工，其成本造價估算在7萬元左右。
　　2.2布料機設計方案優(yōu)化
　　2.2.1方案設計
　　方案1：設計方案源于倒虹吸混凝土布料機，基本是由鋼構桁架和皮帶構成，結(jié)構形式如圖（1）。布料機桁架橫跨明渠頂部大約長度為40m，桁架本身高度為0.8m；桁架設有混凝土輸送皮帶和行人道板，端頭安裝電機滾筒；桁架底部設有電機驅(qū)動輪行走速度為4m/s，在渠底范圍寬度內(nèi)的桁架上設有混凝土垂直運輸?shù)拇�筒；總重量約為14t。
　　           
　　
　                                                                          　圖（1）：渠底混凝土布料方案1
　　方案2：設計方案源于混凝土上揚布料機，基本由鋼構桁架和皮帶機構成，結(jié)構形式如圖（2）。結(jié)構形式和混凝土上揚皮帶機相似，混凝土布料系統(tǒng)端頭位于渠頂上，桁架水平懸臂至渠道底部中間位置，在桁架中間部位設置桁架支撐于渠坡坡面上，另一端安裝配重塊保持桁架的平衡。在渠道布料機端頭和中間桁架支撐底部安裝電機驅(qū)動輪作為行走裝置，在布料機另一端頭安裝串筒作為混凝土垂直運輸。布料機桁架水平長度25m，桁架本身高度為0.8m，本身自重為8t左右。
　　
　                                                       　圖（2）：渠底混凝土布料方案2
　　
　　方案3：設計方案將水平皮帶布料機和渠坡斜皮帶布料機相結(jié)合構成，結(jié)構形式如圖（3）。在渠坡上安裝一套斜皮帶混凝土輸送機，在渠道底部安裝一套水平布料機，兩套布料系統(tǒng)之間進行鉸接構成一套混凝土輸送布料系統(tǒng)。在斜皮帶機頂部和水平皮帶機上安裝電機驅(qū)動輪裝置，其他部位安裝橡膠從動輪。渠坡斜皮帶系統(tǒng)將混凝土從渠頂輸送到渠底水平布料機上，在水平皮帶系統(tǒng)上設有下料口用于渠底混凝土布料。水平布料機長度為9.9m，斜皮帶機長度為16.8m，總重量為2.5t，行走速度為3m/s。
　　                     
　　圖（3）：渠底混凝土布料方案3
　　2.2.2三種方案對比優(yōu)化選擇
　　方案1：結(jié)構形式簡單，便于加工制作；安裝簡單，使用時行走平穩(wěn)，混凝土輸送能力較強；但是桁架跨度大、自重大安裝運輸需要大的起重設備和運輸設備；鋼構加工量大，工程成本造價高。
　　方案2：結(jié)構形式較復雜，不便于加工，安裝時難度較大；由于結(jié)構形式造成了布料機行走不穩(wěn)，易發(fā)生傾斜；混凝土輸送能力一般；由于桁架跨度減小，鋼構加工量少，工程成本造價低。
　　方案3：結(jié)構形式相對復雜，但是跨度減小使自重減輕；安裝加工相對簡單，且便于運輸操作；在施工使用時，布料機行走平穩(wěn)，混凝土輸送能力大，能夠?qū)⒒炷�土送入指定的倉內(nèi)；桁架跨度小，自重小，鋼構加工量少，工程成本造價低。
　　
　　3渠道底板混凝土施工系統(tǒng)構成
　　
　　渠道底板混凝土施工系統(tǒng)主要由三部分組成，即布料系統(tǒng)、襯砌系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)。
　　3.1渠道底板布料系統(tǒng)
　　底板混凝土布料采用自行研制的移動布料機，移動式布料機總重量約為2.5t，可分為渠坡混凝土輸送系統(tǒng)和渠底水平布料系統(tǒng)兩部分，兩者結(jié)構桁架（渠坡桁架和渠底桁架）通過鉸接連接。其行走驅(qū)動裝置為三個1.2kw的電動驅(qū)動輪，分別安裝于渠坡鋼構桁架頂部及水平鋼構桁架兩端；支撐平衡裝置為三套橡膠從動輪，安裝于斜坡段中部及水平段兩端。水平段布料系統(tǒng)分別設有四個下料口，均勻分布底板水平鋼構桁架上�；炷�土布料系統(tǒng)的行走速度為3m/s�；炷�土輸送系統(tǒng)輸送能力為25m3/h。
　　3.1.1渠坡混凝土輸送部分
　　渠坡混凝土輸送部分主要由桁架、皮帶、皮帶托輥、電機滾筒、從動滾筒、行走驅(qū)動輪及從動輪一套。桁架高度為0.80m，總長度為16.8m；皮帶寬度為0.6m，總長為34m。在桁架的端頭底部設置1.5kw電機滾筒，作為混凝土輸送系統(tǒng)的驅(qū)動裝置；在桁架頂端的下部設置電機1.2kw電機驅(qū)動輪，并在桁架的中部設置從動輪作為布料系統(tǒng)的平衡裝置。
　　3.1.2渠底水平布料部分
　　渠底水平布料部分主要由桁架、皮帶、皮帶托輥、下料口、電機滾筒、從動滾筒、行走驅(qū)動輪及從動輪兩套。渠底桁架高度為1.3m，長度為9.9m，長度7.5m；輸送皮帶寬度為0.6m，總長為15m。在鋼構桁架的端頭設置1.5kw電機滾筒作為布料皮帶的驅(qū)動裝置，從動滾筒設在斜桁架和水平桁架的鉸接處。在水平桁架上均勻布設四個混凝土下料口，在桁架的兩端設置1.2kw電機驅(qū)動輪，并設從動輪以保持布料機行走時的平衡。
　　3.2渠道底板混凝土襯砌系統(tǒng)
　　為做到機械化攤鋪、振搗和壓面，對渠底混凝土襯砌的施工借鑒了公路混凝土路面施工機械和施工方法。底板混凝土襯砌機根據(jù)公路混凝土路面施工攤鋪機結(jié)構原理研制，主要由結(jié)構桁架、混凝土螺旋找平裝置、混凝土振搗輥、混凝土壓面輥、驅(qū)動系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)構成。
　　3.3電路控制系統(tǒng)
　　輸送布料系統(tǒng)在水平段一端設有配電箱（布料機電路控制系統(tǒng)），其中包括布料機行走與制動控制系統(tǒng)、斜皮帶運行控制系統(tǒng)、水平段控制系統(tǒng)、電鈴控制系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等。
　　
　　4渠底混凝土機械襯砌施工
　　
　　4.1行走軌道安裝及系統(tǒng)調(diào)試
　　混凝土布料機行走軌道采用方管制作而成。待行走軌道安裝完畢后，檢查軌道承載力能否滿足要求及其位置高程偏差，采用汽車吊將襯砌機吊裝就位。調(diào)試襯砌機的各項性能是否達到運行標準，調(diào)試的項目有：襯砌機行走、混凝土輸送布料、混凝土的攤平振搗碾面等。
　　4.2混凝土的輸送及攤鋪
　　混凝土攪拌車將混凝土運至施工現(xiàn)場，經(jīng)過布料機的輸送皮帶將混凝土輸送到水平布料機上，再經(jīng)過下料口將混凝土垂直輸送到倉內(nèi)。布料機完成混凝土布料后向前行走繼續(xù)混凝土的輸送布料，隨后進行混凝土的攤鋪振搗。混凝土底板攤鋪振搗系統(tǒng)行走驅(qū)動主要依靠壓漿輥的轉(zhuǎn)動，行走方向可以向前或向后（行走軌道由混凝土倉內(nèi)兩側(cè)的8cm×8cm方管構成，方鋼與方管對接要平整，前后高差應小于±3mm）。底板襯砌機驅(qū)動向前行走，螺旋找平裝置啟動運行，對混凝土進行攤鋪找平，攤鋪高度略高于兩側(cè)行走軌道2cm，以保證混凝土振搗密實。當倉內(nèi)布料出現(xiàn)以下兩種不均勻現(xiàn)象時，解決對策有兩個：一是襯砌機前面缺料時，此時襯砌機可向前行走，螺旋找平器將混凝土攤鋪，將缺料處部分攤平。二是襯砌機后面缺料時，襯砌機可向后行走，螺旋找平器將混凝土攤鋪，將缺料處攤平。
　　對于機器攤鋪不到位的部位，進行人工攤料找平，并使填平后高度高于軌道2cm。
　　4.3混凝土振搗及出面
　　在混凝土鋪料攤平的同時進行混凝土的振搗�；炷�土振搗輥內(nèi)設偏心裝置，運行方式可以前后反復進行振搗，使內(nèi)部混凝土密實表面出漿，以便于進行下一步工序�；炷�土振搗同時進行表面壓漿，襯砌機設有前后兩個壓漿輥，壓漿輥直徑為25cm，由電機帶動鏈條傳動。壓漿輥可進行正向及反向旋轉(zhuǎn)，在襯砌機振搗的同時對泛漿表面進行壓漿找平。
　　
　　參考文獻
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