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南水北調中線干線工程起于丹江口水庫陶岔渠首,縱貫河南、河北、北京、天津四省(直轄市),全長1432km,包括渠道、倒虹吸、渡槽、暗涵等多種建筑物類型,其中渠道工程總長1103km,占工程總長的77%。因此,渠道工程施工質量的管理,對整個工程質量的控制有著至關重要的作用。但由于渠道與水利工程建筑物相比施工較為簡單而更容易被忽視,因此渠道工程更容易出現質量問題。
1工程建設背景
南水北調中線干線工程作為世界上最大的調水工程,施工環境特殊,有別于一般的樞紐工程,線型工程布置的特點,以及其前期工作的特殊性,使其管理層次增多,管理難度也加大。
工程分為直管、代建和委托三種建設管理模式。其中直管項目是由項目法人直接派駐建管部負責工程現場的建設管理;代建項目是由項目法人通過公開招標選定代建單位承擔工程現場的建設管理;委托項目則由項目法人通過與省(直轄市)建管單位簽訂委托建設管理合同,委托其承擔對工程現場的建設管理工作,但委托項目建管單位的組建及人員管理等則由省(直轄市)南水北調辦具體負責。
南水北調中線干線工程質量管理滲透于工程建設管理的各個角落,原材料和中間產品的檢測、施工人員與施工設備的優劣,施工工藝的控制、施工質量的檢查評定與驗收,以及各個單位之間的配合與協調等一系列的工作,任何一個地方出現疏漏,都有可能給工程的施工質量帶來巨大的危害。
2渠道工程施工質量重點控制部位
南水北調中線干線渠道工程主要由全挖、全填和半挖半填土質渠道組成。其中,全填方渠道(見圖1)長62.55km,占渠線總長度的5.2%;半挖半填渠道(見圖2)長571.72km,占渠線總長度的47.8%。填方段渠道的填筑高度一般為6~15m,最大填筑高度為23.2m。因此,填方渠段的施工質量對工程的安全運行尤為重要,應當作為施工質量控制的重點部位進行控制。
工程全線共有穿堤建筑物477座,其中,位于全填方渠段的69座,位于半挖半填渠段的337座,位于全挖方渠段的71座。穿堤建筑物的主要型式有排水倒虹吸、排水涵洞、渠渠倒虹吸等。由于穿堤建筑物需要在建筑物混凝土澆筑完成后再回填至輸水斷面,建筑物的兩側回填質量、不均勻沉降等對該處渠道安全將產生較大影響,因此,穿堤部位是渠道的薄弱環節,也是質量控制的重點。
全線渠道采用混凝土襯砌板減糙設計。土渠段渠道邊坡混凝土板厚度10cm,渠底8cm;石渠段渠道邊坡混凝土板厚度15cm,底板15cm。渠道襯砌一般要求采用機械化施工,混凝土襯砌施工設備與施工工藝等尚不成熟,受人為因素影響比較大,因此,渠道混凝土機械化襯砌的施工質量控制需要引起注意。
此外,工程全線膨脹土(巖)渠段累計長約352.3km。由于膨脹土(巖)多裂隙并具有顯著脹縮性的特點,此類渠段的施工質量也需重點關注。
3施工質量控制關鍵環節
3.1高填方渠段質量控制
高填方渠段質量控制需要重點關注堤身填筑材料質量、填筑質量、合理的沉降期、堤身防滲措施以及必要的安全監測設施等。
3.1.1填筑材料質量
嚴格按照設計要求控制填筑材料質量。首先,招標文件及合同中已確定的料場,未經設計單位和監理單位同意,不得隨意更換。如因施工現場條件限制或其他原因確需變更料場或增加料源時,必須由設計單位或地質勘探單位對新增料源進行地質勘探,符合要求后,才可使用。其次,在渠堤填筑前,要做好對選用料源含水率的檢測,當土料的含水率低于最優含水率時,在料源采用布點灌水法增加土料的含水率;當土料的含水率高于最優含水率時,在料源地對土料進行翻曬處理。若施工過程中遇降雨導致填筑材料含水率過高時,亦應進行翻曬處理,防止冬季受凍土體膨脹導致渠道素混凝土板發生凍脹損壞。
3.1.2填筑質量
渠堤填筑前,應根據選用的填筑材料和施工所采用的碾壓設備進行碾壓試驗,通過試驗確定該渠段的施工碾壓參數:每層的填土厚度、碾壓遍數等。施工過程中應嚴格按照試驗參數進行施工,相鄰碾壓軌跡之間的搭接寬度應符合規范要求。對已碾壓好的層面按規定的檢測數量進行檢測,確保填筑材料的相對壓實度滿足設計要求。填料的相對壓實度不滿足設計要求或出現橡皮土等現象時,應返工處理。
3.1.3合理的沉降期
根據工程施工進度要求,對填方段渠道應盡早安排填筑施工,盡早完成渠堤填筑工作,以保證回填土體在澆筑混凝土面板前留有6個月以上的沉降期,減少混凝土面板澆筑后因土體沉降而變形。
3.1.4防滲措施
該工程主要采用復合土工膜防滲。首先應保證原材料質量符合設計要求,不合格產品不進入工地現場。要重視土工膜焊接的質量控制,施工人員實行實名追溯制,對土工膜每條接縫的位置、焊接時間、施工人員、檢查結果等信息都應詳細記錄備案;監理工程師對土工膜焊接實行旁站及100%跟蹤檢測。在填方段應注意根據情況在渠堤外坡腳采取相應的反濾排水措施,防止坡腳發生滲漏時帶走筑堤材料。
3.1.5安全監測
在重點渠段(包括穿堤建筑物部位)設置監測斷面,安裝滲壓計、測壓管和沉降觀測點等,監控渠堤的沉降變形及滲漏情況。安全監測施工與數據采集應盡可能選擇專業隊伍承擔。如施工單位讓不具有安裝能力的人員進行施工,導致儀器成活率較低或數據采集錯誤,或施工單位讓儀器廠家來負責安裝,則很難保證施工后的數據采集。
3.2穿堤建筑物質量控制
穿堤建筑物是兩種不同的介質臨界面,更易發生不均勻沉降導致質量問題,因此,施工質量應從地基處理、混凝土澆筑、穿堤建筑物兩側及頂部土體回填、合理沉降期等環節進行控制。
3.2.1地基處理
根據地基的不同地質條件確定相應的基礎處理方法,嚴格按照設計技術要求進行施工,提高地基承載力,防止建筑物出現不均勻沉降。地基處理檢測合格后方可進行實體混凝土澆筑。
3.2.2混凝土澆筑
根據設計的混凝土強度等級和擬選用的水泥、粉煤灰等原材料進行配合比設計,審查合格后方可使用。嚴格按相關要求及檢測頻次對原材料進行檢測。施工過程中,對止水材料的安裝、止水周邊的混凝土振搗、施工縫面的鑿毛處理等關鍵工序實施實名制及監理旁站制,確保混凝土實體質量。
3.2.3土體回填
穿堤建筑物兩側按設計要求采用碎石土回填。根據不同的回填部位,施工應選取不同的設備進行碾壓、夯實試驗,再進行穿堤建筑物兩側的回填施工。距建筑物50cm范圍內填筑時應采用夯具夯實,距建筑物50cm以外根據不同的部位采用相應的碾壓、夯實設備。在回填時,先將建筑物管涵兩側表面濕潤,邊涂泥漿、邊鋪土、邊碾壓夯實。建筑物兩側回填要保持均衡上升。監理工程師應旁站監理。
3.2.4合理的沉降期
對于穿堤建筑物附近的回填土體,應盡量預留足夠的沉降期,使其得到充分沉降,防止由于沉降期不夠產生不均勻沉降,造成上部混凝土襯砌板斷裂或復合土工膜撕裂,發生滲漏。
3.3混凝土機械化襯砌質量控制
機械化襯砌質量控制應重點從混凝土配合比與原材料的選擇以及施工工藝等方面重點關注,而在施工工藝中,襯砌機的選擇與使用則是混凝土機械化襯砌質量控制的重點。
3.3.1混凝土配合比與原材料選擇
3.3.1.1水膠比與砂率的選擇
水膠比與砂率的選擇是渠道混凝土產生早期裂縫兩個最為重要的因素。水膠比越小,水泥用量越大,產生的水化熱越高,再加上養護不及時,容易產生溫度裂縫和干縮裂縫。砂率過大,將使振搗后的混凝土表面形成浮漿層,容易產生早期裂縫。而砂率偏小,混凝土容易出現振搗不密實、提漿困難等現象,可能導致混凝土實體質量欠佳,易發生凍融損壞。
3.3.1.2外加劑摻量
設計要求該工程混凝土抗凍等級為F150,需要摻用引氣劑,控制混凝土拌和物達到一定的有效含氣量。施工時,要注意不同等級的混凝土所需要的外加劑摻量,最好選用專門的引氣劑,以防止混凝土有效含氣量偏低,引起混凝土冬季產生凍融損壞。
3.3.1.3粉煤灰質量
嚴格控制粉煤灰質量,如果使用的粉煤灰燒失量較大,接近或超過8%上限值,將會提高用水量,降低含氣量,從而降低混凝土強度和耐久性,導致凍融的發生。
3.3.2施工工藝
3.3.2.1襯砌機的選擇與使用
a.機械振搗。襯砌機應具備內部振搗和表層提漿功能。由于混凝土襯砌板厚度只有8~10cm,因此,單純垂直坡面的振搗棒無法振搗密實,必須裝有足夠的順坡方向的插入式振搗棒,或振搗棒加振動梁或平板振搗器等,才能達到內實外光的振搗效果。為防止振搗時下部鋪設的保溫板跳動導致混凝土振搗不密實,要做到墊層找平,另外在鋪設保溫板時,可將保溫板采用木楔子或竹簽等進行固定(木楔或竹簽要釘入保溫板內,以防劃破上層土工膜),保證保溫板緊貼坡面、粘結嚴密、固定牢靠。此外,對施工縫周邊、護頂板及齒墻等機械設備振搗不到的邊角薄弱部位,應進行人工輔助振搗,以防止發生蜂窩、空洞等現象。
b.機械抹面。襯砌設備應配有抹面臺車,以提高襯砌面板的平整度和施工效率。同時,應配置人員上下坡面的行走梯,并配備相應數量的熟練工人同步進行人工收面,防止人為踩踏砂礫料墊層、保溫板和土工布等。
c.切縫。渠道襯砌機械化施工中混凝土板出現裂縫問題多由養護不到位或切縫不及時等原因造成。應根據外界氣溫高低和混凝土抗壓強度合理選擇切縫時間。按照《渠道混凝土襯砌機械化施工技術規程》的要求,切縫施工宜在襯砌混凝土抗壓強度為1~5MPa時進行。因此,應注意各工序間的協調配合,防止因連續襯砌量大而使切縫速度慢,貽誤最佳切縫時機。
d.生產性施工試驗。機械化襯砌設備在按生產廠家要求進行安裝、調試后,首先應經過生產性施工試驗。根據現場生產環境確定襯砌機工作速度、混凝土坍落度、振搗時間、碾壓遍數及切縫時間等工作參數,防止因人工補充振搗、收面、養護、切縫等環節人員、設備等跟不上,導致局部振搗不密實、表面粗糙和裂縫等質量缺陷。試驗段長度一般不小于100m。
3.3.2.2應注意的兩種施工工藝問題
a.混凝土初凝后抹面。渠道混凝土機械抹面的施工時間以初凝前為宜。超過初凝時間后,混凝土表面雖然看起來還有可塑性甚至有余漿,但是,如初凝后再采用抹面機械強行抹面、整平,勢必造成初凝混凝土受到擾動,容易導致混凝土本體與面層之間的結合能力受到損傷,形成隱性薄弱層面,一旦充水易遭受凍融損壞,產生連片起皮現象。
b.混凝土表面泌水未排除。要及時排除混凝土表面泌水,并防止終凝前混凝土受到雨水、養護水等浸泡。發生這些情況,會使混凝土表面的水灰比發生變化、混凝土表面強度降低。如果渠道混凝土底板是采用跳倉澆筑的,則可能會出現隔塊發生凍融的現象。
4結語
南水北調中線干線工程線型工程的特點,使得其質量管理受多方面因素影響,除以上重點討論的問題以外,還有許多地方在施工過程中需要認真對待,只有這樣才能使工程建設精益求精,努力保證工程質量,實現工程建成后的安全運行。