小型水利工程建设管理与运行维护
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第六节 小型水工建筑物施工

一、蓄水工程建筑物施工

(一) 沥青混凝土心墙坝施工

沥青混凝土心墙的施工过程分为四个阶段:施工准备,沥青混凝土的制备,沥青混凝土的运输,沥青混凝土的现场摊铺和碾压。

由于沥青混凝土是热施工,保证其施工质量的关键一是配料准确,二是在各个工序中严格控制温度。配料的准确性取决于制备设备中的称量器,一般采用普通的称量设备,称量准确,避免了使用各种传感器可能带来的误差,同时也节省了费用。

在沥青混凝土施工过程中,各工序中温度控制是非常重要的,这也是沥青混凝土与其他材料施工的主要区别。因此,根据沥青和沥青混凝土的特点,研究制定各工序温度控制要求 (表4 20),按规定及时检测。

1.沥青混凝土防渗心墙的铺筑技术要求

(1)一般规定。

表4 20 沥青混凝土各工序控制温度

1)沥青混凝土防渗心墙与过渡层、坝壳填筑应尽量同时上升,均衡施工,以保证施工质量,减少削坡处理工程量。

2)沥青混凝土混合料的施工机具应及时清理,保持干净,以防污染沥青混凝土混合料。

(2)模板的架设与拆除。

1)防渗心墙沥青混凝土混合料的铺筑采用定型钢制模板。

2)模板应架设牢固,拼接严密,尺寸准确。定位后的钢模板距心墙中心线的偏差小于10mm。

3)钢模板定位经检查合格后,方可填筑两侧的过渡料。

4)过渡料压实合格后,再将沥青混凝土混合料填入钢模板内铺平。在混凝土混合料碾压之前,将钢模板拔出,并及时将表面黏附物清除干净。

(3)过渡料填筑。

1)过渡料填筑前,用防雨布遮盖心墙表面,防止砂石落入模板内,遮盖宽度超出两侧模板30cm以上。

2)过渡料的填筑尺寸、填筑材料以及压实质量 (相对密度或干密度)等均应符合设计要求。

3)心墙两侧的过渡料应同时铺筑压实,防止钢模板移动。距碾压式沥青混凝土钢模板10~20cm的过渡层先不压实,待钢模板拆除后与心墙骑缝碾压。

(4)沥青混凝土混合料铺筑。

1)在已密实的心墙上继续铺筑前,应将结合面清理干净。污面用压缩空气喷吹清除(风压0.3~0.4MPa)。如果喷吹不能完全清除,可用红外线加热器加热玷污面,使其软化后铲除。

2)当沥青混凝土表面温度低于70℃时,宜采用红外线加热器加热,使温度不低于70℃。但加热时间不能过长,以防沥青老化。

3)沥青混凝土心墙的铺筑,应尽量减少横向接缝。当必须有轴向 (横向)接缝时,其结合坡度一般为1∶3,上下层横缝应相互错开,错距大于2m。若结合坡必须与陡坡相接时,此处横缝须作特殊处理。铺筑前须将热沥青砂浆铺于坡面上,厚1~2cm,然后立即人工铺筑沥青混凝土料,并使之形成一三角槽,利于人工或机械密实。此处如果处理不当,最易形成漏水通道。

4)沥青混凝土混合料采用汽车或50装载机 (安装保温层)卸入模板内,再由人工摊铺整平,铺筑厚度一般为20~30cm。必要时可在沥青混凝土混合料摊铺后静置一定时间,以预热下层冷面沥青混凝土。

5)沥青混凝土摊铺后,宜用防雨布将其覆盖,覆盖宽度应超出心墙两侧各30cm。

6)碾压式沥青混凝土混合料采用振动碾在防雨布上碾压。一般先静压两遍,再振动碾压。振动碾压的遍数按设计要求的密度通过试验确定。碾压时,要注意随时将防雨布展平,并不得突然刹车或横跨心墙行车。横向接缝处应重叠碾压30~50cm。沥青混凝土混合料的碾压温度按试验确定的温度控制。

7)心墙铺筑后,在心墙两侧4m范围内,禁止使用大型机械 (如13.5t振动碾、2.5t打夯机等)压实坝壳填筑料,以防心墙局部受震畸变或破坏。各种大型机械也不得跨越心墙。

2.沥青混凝土防渗心墙的铺筑

(1)层面冷底子油、沥青砂浆的铺筑。在沥青混凝土防渗心墙施工前,需要对底部的混凝土底座、侧面的翼墙进行处理。水泥混凝土表面采用人工用钢丝刷将水泥表面乳皮刷净,用0.6MPa左右高压吹干,局部潮湿部位用喷灯烘干。处理后涂刷冷底子油 (冷底子油配合比为沥青∶汽油为3∶7),待冷底子油中汽油挥发 (汽油挥发时间受环境温度影响较大,一般需要12h左右)后将其加热到70℃,再均匀涂刷2cm厚料温在130~150℃的沥青砂浆,陡坡部分自下而上涂抹,并拍打振实,必要时待温度降至120~130℃时再抹一次,使之与底层黏结牢固。

(2)沥青混凝土混合料的人工铺筑。为了保证人工铺筑的沥青混凝土心墙的有效厚度,宜采用钢板加工制作沥青混凝土混合料的模板,钢模板应架设方便、牢固,相邻钢模板接缝严密、尺寸准确、拆卸方便等。使用钢模板进行人工铺筑沥青混凝土混合料时,需要对钢模板进行定位,并在钢模板内表面涂刷脱模剂,定位后的钢模板距心墙中心线的误差应小于±1cm。经检查合格后,方可填筑两侧过渡料;过渡料压实后,再将沥青混凝土混合料填入钢模板铺平,在沥青混凝土混合料碾压前将钢模板拔出,并及时将表面黏附物清除干净。人工摊铺时,卸料车卸料要均匀,以减少人工劳动强度,摊平仓面时,不能用铁锹将混合料抛填,必须用锹端着料倒入仓面,最好用耙子将混合料摊平,以避免沥青混凝土混合料分离。

由于碾压成型后的沥青混凝土与其两侧的过渡料结合面为犬牙交错形,振动碾碾压时行走的线路不可能是一条完全笔直的直线,为防止因机械操作误差而造成沥青混凝土的局部断面尺寸小于设计断面尺寸,保证沥青混凝土的最小断面宽度满足设计断面宽度要求,施工前模板的宽带调整应略大于设计宽度2~3cm。

(3)沥青混凝土防渗心墙的碾压施工。人工摊铺的沥青混凝土混合料,当铺料厚度确定后,采用现场使用的振动碾对不同温度的沥青混凝土混合料进行不同碾压遍数的碾压试验,一般先静压两遍,再按设计要求的密度进行振动碾压,以确定沥青混凝土混合料的最佳碾压温度和碾压遍数。

沥青混凝土混合料碾压应严格控制沥青混凝土混合料碾压温度,既做到沥青混凝土混合料不粘碾、陷碾,又确保沥青混凝土混合料经压实后满足沥青混凝土质量要求。沥青混凝土混合料的碾压温度宜控制在140~160℃。由于过渡料的压实系数高于沥青混凝土混合料压实系数,因此,当采用贴缝碾压时,过渡料的摊铺厚度要略高于沥青混凝土混合料2~3cm;当沥青混凝土心墙宽度小于振动碾轮宽时,沥青混凝土心墙采用骑缝碾压的施工方法。由于骑缝碾压时过渡料会对振动碾碾轮起到一定的支撑作用而降低沥青混凝土混合料的压实效果,为保证骑缝碾压施工沥青混凝土混合料的压实质量,过渡料的摊铺厚度应略低于沥青混凝土混合料的摊铺厚度2~3cm。心墙铺筑后,在心墙两侧2m范围内,禁止使用大型机械压实坝壳填筑料,以防心墙局部受震畸变或破坏。各种机械不得直接跨越心墙,沥青混凝土混合料和过渡料的碾压施工设备一般不得混用。

对碾压不合格或因故停歇时间过长、温度损失过大,未经压实而受雨、浸水的沥青混凝土混合料应清除、废弃。在清除、废弃时,不得损害下层已铺筑好的沥青混凝土。

沥青混凝土混合料在摊铺过程中遇雨时应及时停止摊铺,并用事先准备好的防雨布立即覆盖已摊铺的沥青混凝土混合料,采用铺防雨布碾压沥青混凝土混合料,避免雨水落入热沥青混凝土混合料中形成汽化气泡,造成沥青混凝土混合料损失,导致沥青混凝土混合料难以碾压密实。

在低温季节施工,沥青混凝土混合料在施工过程中的热量损失随着作业时间的加长而迅速增大。因此,要做到及时拌和、运输、摊铺、碾压,尽量缩短作业时间,并做好降温、降雪或大风等的防护和停工安排。根据作业场所的环境温度和运输距离,在运输设备上适当增加具有良好保温效果的保温设施,如在车厢或料罐四周和底部架设保温层,上部则可用防雨布或棉毛毡覆盖等,使运到现场的沥青混凝土混合料温度 (在表面5cm深度内)在160℃以上。

(4)沥青混凝土防渗心墙的施工质量检测。

1)原材料的检验与控制。在沥青混凝土施工工程中,沥青混凝土原材料的供货厂家应提供运至工地材料 (如沥青、骨料、填料)的质量检测报告,到货后施工单位应进行复验。检测项目和检测频率见表4 21。

表4 21 原材料的检验与控制参数

续表

2)沥青混凝土混合料制备质量的检验与控制。沥青混凝土混合料制备质量的检验与控制包括原材料质量控制、工艺控制、温度控制、施工配合比控制等,具体检测项目与控制标准见表4 22。

表4 22 沥青混凝土混合料制备质量的检验与控制参数

续表

(二) 水闸施工

一般水闸工程的施工内容有导流工程、基坑开挖、基础处理、混凝土工程、砌石工程、回填土工程、闸门与启闭机安装、围堰拆除等。这里重点介绍闸室工程的施工。

水闸混凝土工程的施工应以闸室为中心,按照 “先深后浅,先重后轻、先高后低、先主后次”的原则进行。

闸室混凝土施工是根据沉陷缝、温度缝和施工缝分块分层进行的。

1.底板施工

闸室地基处理后,对于软基应铺素混凝土垫层8~10cm,以保护地基,找平基面。垫层养护7d后即在其上放出底板的样线。

首先进行扎筋和立模。距样线隔混凝土保护层厚度放置样筋,在样筋上分别画出分布筋和受力筋的位置并用粉笔标记,然后依次摆上设计要求的钢筋,检查无误后用丝扎扎好,最后垫上事先预制好的保护层垫块以控制保护层厚度。上层钢筋是通过绑扎好的下层钢筋上焊上三脚架后固定的,齿墙部位弯曲钢筋是在下层钢筋绑扎好后焊在下层钢筋上的,在上层钢筋固定好后再焊在上层钢筋上。立模作业可与扎筋同时进行,底板模板一般采用组合钢模,模板上口应高出混凝土面10~20cm,模板固定应稳定可靠。模板立好后标出混凝土面的位置,便于浇筑时控制浇筑高程。

一般中小型水闸采用手推车或机动翻斗车等运输工具运送混凝土入仓,须在仓面设脚手架。脚手架由预制混凝土撑柱、钢管、脚手板等构成。支柱断面一般为15cm×15cm,配4根直径6mm架立筋,高度略低于底板厚度,其上预留三个孔,其中孔1内插短钢筋头和底层钢筋焊在一起,孔2内插短钢筋头和上层钢筋焊在一起增加稳定性,孔3内穿铁丝绑扎在其上的脚手钢管上。撑柱间的纵横间距应根据底板厚度、脚手架布置和钢筋架立等因素通过计算确定。撑柱的混凝土强度等级应与浇筑部位相同,在达到设计强度后使用;断裂、残缺者不得使用;柱表面应凿毛并冲洗干净。

底板仓面的面积较大,采用平层浇筑法易产生冷缝,一般采用斜层浇筑法,这时应控制混凝土坍落度在4cm以下。为避免进料口的上层钢筋被砸变形,一般开始浇筑混凝土时,该处上层钢筋可暂不绑扎,待混凝土浇筑面将要到达上层钢筋位置时,再进行绑扎,以免因校正钢筋变形而延误浇筑时间。

为方便施工,一般穿插安排底板与消力池的混凝土浇筑。由于闸室部分重量大,沉陷量也大,而相邻的消力池重量较轻,沉陷量也小。如两者同时浇筑,较大的不均匀沉陷会将止水片撕裂,为此一般在消力池靠近底板处留一道施工缝,将消力池分成大小两部分。当闸室已有足够沉陷后即浇筑消力池二期混凝土,在浇筑消力池二期混凝土前,施工缝应注意进行凿毛冲洗等处理。

2.闸墩施工

水闸闸墩的特点是高度大、厚度薄、模板安装困难,工程面狭窄,施工不便,在门槽部位,钢筋密,预埋件多,干扰大。当采用整浇底板时,两沉陷缝之间的闸墩应对称同时浇筑,以免产生不均匀沉陷。

立模时,先立闸墩一侧平面模板,然后按设计图纸安装绑扎钢筋,再立另一侧的模板,最后再立前后的圆头模板。闸墩立模要求保证闸墩的厚度和垂直度。闸墩平面部分一般采用组合钢模,通过纵横围囹、木枋和对拉螺栓固定,内撑竹管保证浇筑厚度。

对拉螺栓一般用直径16~20mm的光面钢筋两头套丝制成,木枋断面尺寸为15cm×15cm,长度2m左右,两头钻孔便于穿对拉螺栓。安装顺序是先用纵向横钢管围囹固定好钢模后,调整模板垂直度,然后用斜撑加固保证横向稳定,最后自下而上加对拉螺栓和木枋加固。注意脚手钢管与模板围囹或支撑钢管不能用扣件连接起来,以免脚手架的振动影响模板。最后进行闸墩圆头模板的构造和架立。

闸墩模板立好后,即开始清仓工作。用水冲洗模板内侧和闸墩底面,冲洗污水由底层模板上预留的孔眼流走。清仓后即将孔眼堵住,经隐蔽工程验收合格后即可浇筑混凝土。

为保证新浇混凝土与底板混凝土结合可靠,首先应浇2~3cm厚的水泥砂浆。混凝土一般采用漏斗下挂溜筒下料,漏斗的容积应和运输工具的容积相匹配,避免在仓面二次转运,溜筒的间距为2~3m。一般划分成几个区段,每区内固定浇捣工人,不要往来走动,振动器可以两区合用一台,在相邻区内移动。混凝土入仓时,应注意平均分配给各区,使每层混凝土的厚度均匀、平衡上升,不单独浇高,以使整个浇筑面大致水平。每层混凝土的铺料厚度应控制在30cm左右。

3.接缝止水施工

一般中小型水闸接缝止水采用止水片或沥青井止水,缝内充填填料。止水片可用紫铜片、镀锌铁片或塑料止水带。紫铜止水片常用的形状有两种,如图4 47所示。其中铜片厚度为1.2~1.55mm,鼻高30~40mm。U 形止水片下料宽度500mm,计算宽度400mm;V形下料宽度460mm,计算宽度300mm。

紫铜片使用前应进行退火处理,以增加其延伸率,便于加工和焊接。一般用柴火退火,空气自然冷却。退火后其延伸率可从10%提高至41.7%。接头按规范要求用搭接或折叠咬接双面焊,搭焊长度大于20mm。止水片安装一般采用两次成型就位法,如图4 48所示,它可以提高立模、拆模速度,止水片伸缩段易对中。U形鼻子内应填塞沥青膏或油浸麻绳。

图4-47 紫铜止水片形状

图4-48 止水片两次成型示意

1—止水片;2—模板;3—铁钉;4—贴角木条;5—接缝填料

沥青井一般用于垂直止水,沥青井缝内2~3mm的空隙一般采用沥青油毡、沥青杉木板、沥青砂板及塑料泡沫板作填料填充。沥青砂板是将粗砂和小石炒热后浇入热沥青而成的,在一侧混凝土拆模后用钢钉或树脂胶将填料板材固定在其上,再浇另一侧混凝土即可。

4.闸门槽施工

中、小型水闸闸门槽施工可采用预埋一次成型法或先留槽后浇二期混凝土两种方法。一次成型法是将导轨事先钻孔,然后预埋在门槽模板的内侧。闸墩浇筑时,导轨即浇入混凝土中。二期混凝土法是在浇第一期混凝土时,在门槽位置留出一个较门槽宽的槽位,在槽内预埋一些开脚螺栓或锚筋,作为安装导轨时的固定点;待一期混凝土达到一定强度后,用螺栓或电焊将导轨位置固定,调整无误后,再用二期混凝土回填预留槽。

门槽及导轨必须铅直无误,所以在立模及浇筑过程中应随时用吊锤校正。门槽较高时,吊锤易于晃动,可在吊锤下部放一油桶,使垂球浸入黏度较大的机油中。闸门底槛设在闸底板上,在施工初期浇筑底板时,底槛往往不能及时加工供货,所以常在闸底板上留槽,以后浇二期混凝土。

二、输水建筑物施工

(一) 渠道施工

1.渠道开挖

渠道开挖的方法有人工开挖、机械开挖和爆破开挖等。开挖方法的选择取决于现有施工现场条件、土壤特性、渠道横断面尺寸、地下水位等因素。

(1)人工开挖。

1)施工排水。渠道开挖首先要解决地表水或地下水对施工的干扰问题,办法是在渠道中设置排水沟。排水沟的布置既要方便施工,又要保证排水的通畅。

2)开挖方法。人工开挖,应自渠道中心向外分层下挖,先深后宽。为方便施工,加快工程进度,边坡处可按设计坡比先挖成台阶状,待挖至设计深度时再进行削坡。开挖后的弃土应先行规划,尽量做到挖填平衡。

(a)一次到底法适用于土质较好,挖深2~3m的渠道。开挖时先将排水沟挖到低于渠底设计高程0.5m处,然后按阶梯状向下逐层开挖至渠底。

(b)分层下挖法适用于土质较软、含水量较高、渠道挖深较大的情况。可将排水沟布置在渠道中部,逐层下挖排水沟,直至渠底。当渠道较宽时,可采用翻滚排水沟法,此法施工排水沟断面小,施工安全,施工布置灵活。

(2)机械开挖。

1)推土机开挖。推土机开挖,渠道深度不宜超过1.5~2m,填筑渠堤高度不宜超过2~3m,其边坡不宜陡于1∶2。推土机还可用于平整渠底,清除腐殖土层、压实渠堤等。

2)铲运机开挖。铲运机最适宜开挖全挖方渠道或半挖半填渠道。对需要在纵向调配土方的渠道,如运距不远,也可用铲运机开挖。铲运机开行线路可布置成 “8”字形或环形。

(3)爆破开挖。采用爆破法开挖渠道时,药包可根据开挖断面的大小沿渠线布置成一排或几排。当渠底宽度大于渠道深度的2倍时,应布置2~3排药包,爆破作用指数可取为1.75~2.0。单个药包装药量及间、排距应根据爆破试验确定。

2.渠堤填筑

渠堤填筑前要进行清基,清除基础范围内的块石、树根、草皮、淤泥等杂质,并将基面略加平整,然后进行刨毛。如基础过于干燥,还应洒水湿润,然后再填筑。

渠堤填筑以土块小的湿润散土为宜,如砂质壤土或砂质黏土。要求将透水性小的土料填筑在迎水面,透水性大的填筑在背水面。土料中不得掺有杂质,并应保持一定的含水量,以利压实。冻土、淤泥、净砂、砂礓土等严禁使用。半挖半填渠道应尽量利用挖方筑堤,只有在土料不足或土质不能满足填筑要求时,才在取土坑取土。取土料的坑塘应距堤脚一定距离,表层15~20cm浮土或种植土应清除。取土开挖应分层进行,每层挖土厚度不宜超过1m,不得使用地下水位以下的土料。取土时应先远后近,合理布置运输线路,避免陡坡、急弯,上下坡线路分开。

渠堤填筑应分层进行。每层铺土厚度以20~30cm为宜,铺土要均匀,每层铺土应保证土堤断面略大于设计宽度,以免削坡后断面不足。堤顶应做成2%~4%的坡面,以利排除降水。筑堤时要考虑土堤在施工和运行过程中的沉陷,一般按5%考虑。

3.渠道衬护

渠道衬护就是用灰土、水泥土、块石、混凝土、沥青、土工织物等材料在渠道内壁铺砌一衬护层,其目的一是防止渠道受冲刷,二是减少输水时的渗漏,提高渠道输水能力,减小渠道断面尺寸,降低工程造价,便于维修、管理。

(1)灰土衬护。灰土是由石灰和土料混合而成。灰土衬护渠道,防渗效果较好,一般可减少渗漏量的85%~95%,造价较低。因其防冲能力低,输水流速大时应另设砌石防护冲层。衬护的灰土比为1∶2~1∶6(重量比),衬护厚度一般为20~40cm。灰土施工时,先将过筛后的细土和石灰粉干拌均匀,再加水拌和,然后堆放一段时间,使石灰粉充分熟化,待稍干后,即可分层铺筑夯实,拍打坡面消除裂缝。对边坡较缓的渠道,可不立模板填筑,铺料要自下而上,先渠底后边坡。渠道边坡较陡时必须立模填筑,一般模板高0.5m,分三次上料夯实。灰土夯实后应养护一段时间再通水。

(2)砌石衬护。砌石衬护有三种形式:干砌块石、干砌卵石和浆砌块石。干砌块石用于土质较好的渠道,主要起防冲作用;浆砌块石用于土质较差的渠道,起抗冲防渗的作用。

在砂砾石地区,对坡度大、渗漏较大的渠道,采用干砌卵石衬护是一种经济的抗冲防渗措施,一般可减少渗漏量40%~60%。卵石因其表面光滑、尺寸和重量较小、形状不一、稳定性差,砌筑要求较高。

干砌卵石施工时,应按设计要求铺设垫层,然后再砌卵石。砌筑卵石以外形稍带扁平而大小均匀的为好。砌筑时应采用直砌法,即要求卵石的长边垂直于边坡或渠底,并砌紧、砌平、错缝,且坐落在垫层上。坡面砌筑时,要挂线自上而下分层砌筑,渠道边坡最好为1∶1.5左右,太陡会使卵石不稳,易被水流冲刷,太缓则会减少卵石之间的挤压力,增加渗漏损失。为了防止砌筑面局部冲毁而扩大渗漏,每隔10~20m距离用较大卵石干砌或浆砌一道隔墙,隔墙深60~80cm,宽40~50cm,以增加渠底和边坡的稳定性。渠底隔墙可做成拱形,其拱顶迎向水流,以提高抗冲能力。

砌筑顺序应遵循 “先渠底,后边坡”的原则。砌筑质量要达到 “横成排、三角缝、六面靠、踢不动、拔不掉”的要求。

砌筑完后还应进行灌缝和卡缝。灌缝是用较大的石子灌进砌缝;卡缝是用木榔头或手锤将小片石轻轻砸入砌缝中。最后在砌体面扬铺一层砂砾,放少量水进行放淤,一边放水,一边投入砂砾石碎土,直至砌缝被泥沙填实为止。这样既可保证渠道运行安全,又可提高防渗效果。

(3)混凝土衬护。混凝土衬护具有强度高、糙率小、防渗性能好 (可减少渗漏90%以上)、适用性条件好和维护工作量小等优点,因而被广泛采用。混凝土衬护分为现浇式、预制装配式和喷混凝土等几种形式。

1)现浇式混凝土衬护。大型渠道的混凝土衬护多采用现浇施工。在渠道开挖和压实后,先设置排水、铺设垫层,然后浇筑混凝土。浇筑时按结构缝分段,一般段长为10m左右,先浇渠底,后浇坡面。混凝土浇筑宜采用跳仓浇筑法,溜槽送混凝土入仓,面板式振捣器或直径30~50mm振捣棒振捣。为方便施工,坡面模板可边浇筑边安装。结构缝应根据设计要求埋设止水,安装填缝板,在混凝土凝固拆模后,灌筑填缝材料。

2)预制装配式混凝土衬护。装配式混凝土衬护,是在预制厂制作混凝土衬护板,运至现场后进行安装,然后灌筑填缝材料。混凝土预制板的尺寸应与起吊、运输设备的能力相适应,人工安装时,单块预制板的面积一般为0.4~1.0m2。铺砌时应将预制板四周刷净,并铺于已夯实的垫层上。砌筑时,横缝可以砌成通缝,但纵缝必须错开。装配式混凝土预制板衬护,施工受气候条件影响小,施工质量易于保证,但接缝较多,防渗、抗冻性能较差,适用于中小型渠道工程。

3)喷混凝土衬护。喷混凝土衬护前,应将砌石渠道砌筑面冲洗干净,对土质渠道应进行修整。喷混凝土时,原则上一次成渠,达到平整光滑。喷混凝土要分块,按顺序一块一块地喷。喷射每块从渠道底向两边对称进行,喷射枪口与喷射面应尽量保持垂直,距离一般为0.6~1.0m,喷射机的工作风压在0.1~0.2MPa。喷后及时洒水养护。

(4)土工织物衬护。土工织物是用锦纶、涤纶、丙纶、维纶等高分子合成材料通过纺织、编制或无纺的方式加工出的一种新型的土工材料,广泛用于工程防渗、反滤、排水等。渠道衬护有两种形式:混凝土模袋衬护和土工膜衬护。

1)混凝土模袋衬护。先用透水不透浆的土工织物缝制成矩形模袋,把拌好的混凝土装入模袋中,再将装了混凝土的模袋铺砌在渠底或边坡 (或先将模袋铺在渠底或边坡,再将混凝土灌入模袋中),混凝土中多余的水分可从模袋中挤出,从而使水灰比迅速降低,形成高密度、高强度的混凝土衬护。衬护厚度一般为15~50cm,混凝土坍落度为20cm。利用混凝土模袋衬护渠道,衬护结构柔性好,整体性强,能适应基面变形。

2)土工膜衬护。过去,渠道防渗多采用普通塑料薄膜,因塑料薄膜容易老化,耐久性差,现已被新型防渗材料——复合防渗土工膜取代。复合土工膜是在塑料薄膜的一侧或两侧贴以土工织物,以此保护防渗薄膜不受破坏,增加土工膜与土体之间的摩擦力,防止土工膜滑移,提高铺贴稳定性。复合防渗土工膜有一布一膜、二布一膜等形式。复合土工膜具有极高的抗拉、抗撕裂能力;其良好的柔性,使因基面的凸凹不平产生的应力得以很快分散,适应变形的能力强;由于土工织物具有一定的透水性,使土工膜与土体接触面上的孔隙水压力和浮托力易于消散;土工膜有一定的保温作用,减小了土体冻胀对土工膜的破坏。为了减少阳光照射,增加其抗老化性能,土工膜要采用埋入法铺设。

施工时,先用粒径较小的砂土或黏土找平基础,然后再铺设土工膜。土工膜不要绷得太紧,两端埋入土体部分呈波纹状,最后在所铺的土工膜上用砂或黏土铺一层10cm厚的过渡层,再砌上20~30cm厚的块石或预制混凝土块作防冲保护层。施工时应防止块石直接砸在土工膜上,最好是边铺膜边进行保护层的施工。

土工膜的接缝处理是关键工序。一般接缝方式有:①搭接,一般要求搭接长度在15cm以上;②缝纫后用防水涂料处理;③热焊,用于较厚的无纺布基材;④黏接,用与土工膜配套供应的黏合剂涂在要连接的部位,在压力作用下进行粘合,使接缝达到最终强度。

(二) 混凝土涵管施工

混凝土涵管有三种型式:①大断面的刚结点箱涵,一般在现场浇灌;②预制管涵;③盖板涵,即用浆砌石或混凝土作好底板及边墙,最后盖上预制的钢筋混凝土盖板即成。混凝土箱涵和盖板涵的施工方法和一般混凝土工程或砌筑工程相同,这里主要介绍预制管涵的安装方法。

1.管涵的预制和验收

管涵直径一般在2m以下,一般采用预应力结构,多用卧式离心机成型。管涵养护后进行水压试验以检验其质量。一般工程量小时直接从预制厂购买合格的管涵进行安装,工程量大时可购买全套设备自行加工。

2.安装前的准备工作

管涵安装前应按施工图纸对已开挖的沟槽进行检验,确定沟槽的平面位置及高程是否符合设计要求,对松软土质要进行处理,换上砂石材料作垫层。沟槽底部高程应较管涵外皮高程约低2cm,安装前用水泥砂浆衬平。沟槽边的堆土应离沟边1m,以防雨水将散土冲入槽内或因槽壁荷载增加而引起坍塌。

施工前应确定下管方案,拟定安全措施,合理组织劳力,选择运输道路,准备施工机具。

管涵一般运至沟边,对管壁有缺口、裂缝、管端不平整的不予验收。管涵的搬运通常采取滚管法,滚管时应避免振动,以防管涵破裂,管涵转弯时在其中间部分加垫石块或木块,以使管涵支承在一个点上,这样管涵就可按需要的角度转动。管涵要沿沟分散排放,便于下管。

3.安装方法

预制管涵因重量不大,多用手动葫芦、手摇绞车、卷扬机、平板车或人工方法安装。

(1)斜坡上管涵安装。坡度较大的坡面安装管涵时,就将预制管节运至最高点,然后用卷扬机牵引平板车,逐节下放就位,承口向上,插口向下,然后从斜坡段的最下端向上逐节套接。

(2)水平管涵安装。水平管涵最好用汽车吊吊装,管节可依吊臂自沟沿直接安放到槽底,吊车的每一个着地点可安装2m长的管节3~4节。条件不具备时,也可采用以下人工方法安装:

1)贯绳下管法。用带铁钩的粗白棕绳,由管内穿出勾住管头,然后一边用人工控制白棕绳,一边滚管,将管涵缓慢送入沟槽内。

2)人工压绳法。用两根插入土层中的撬杠控制下管速度,撬杠同时承担一部分荷载。拉绳的人用脚踩住绳的一端,利用绳与地面的摩擦力将绳子固定,另一端用手拉紧,逐步放松手中的绳子,使管节平稳落入沟槽中。

3)三脚架下管法。在下管处临时铺上支撑和垫板,将管节滚至垫板上,然后支上三脚架,用手动葫芦起吊,抽去木撑和垫板,将管节缓慢下入槽内。

4)缓坡滚管法。如管涵埋深较大而又较重时,可采用缓坡滚管法安装。先将一岸削坡至1∶4~1∶5的缓坡,然后用三角木支垫管节,人站在下侧缓慢将管涵送入槽底。

管涵安装校正后,在承插口处抹上水泥砂浆进行封闭,在回填之前还要进行通水试验。

(三) 涵洞施工

1.管涵施工

管涵一般分为单孔有圬工基础、双孔有圬工基础、单孔无圬工基础、双孔无圬工基础。

水利工程中的管涵有混凝土管涵和钢筋混凝土管涵,目前我国水利工程中多采用钢筋混凝土管涵。水利管涵的施工多预制成管节,每节长度为1m,然后运往现场安装。本小节重点介绍单孔圆涵管施工,如图4 49所示。

图4-49 圆形管涵构造

(1)单孔有圬工基础。

1)挖基坑并准备修筑管涵基础的材料。

2)砌筑圬工基础或浇筑混凝土基础。

3)安装涵洞管节,修筑涵管出入口端墙、翼墙及涵底 (端墙外涵底铺装)。

4)铺设管涵防水层及修整。

5)铺设管涵顶部防水黏土 (设计需要时),填筑涵洞缺口填土及修建加固工程。

(2)单孔无圬工基础管涵。

1)挖基与备料和单孔有圬工基础管涵相同。

2)在捣固夯实的天然土表层或矿砂垫层上,修筑截面为圆弧状的管座,其深度等于管壁的厚度。

3)在圆弧管座上铺设垫层的防水层,然后安装管节,管节间接缝宜留1cm宽。

4)在管节的下侧再用天然土或砂砾垫层材料作培填料,并捣实至设计高程,再将防水层向上包裹管节,防水层外再铺设黏质土,并保证其与管节密贴。在严寒地区这部分特别填土必须填筑不冻胀土料。

5)修筑管涵出入口端墙、翼墙及两端涵底,进行整修工作。

2.箱涵施工

拱涵、盖板涵、箱涵的施工包括现场浇筑、工地预制安装,本小节主要介绍现浇。

(1)就地浇筑的拱涵。在水流不大的情况下,小桥涵施工可以用土牛拱胎代替拱架,这种方法既能节省木料,又有经济、安全的特点。拱架支立牢固、拆卸方便、纵向连接稳定、拱架外弧平顺。拱涵钢拱架如图4 50所示,木排架土拱胎如图4 51所示。

拱圈圬工强度达到设计值的340%时,拆除拱架后方可填土。拱涵拆除拱架可用木楔,拆卸拱架时应沿桥涵整个宽度上将拱架同时均匀降落,从跨径中点开始逐步向两边拆除。

图4-50 拱涵钢拱架

(2)就地浇筑的箱涵。

图4-51 木排架土拱胎

1)箱涵身和底板混凝土的浇筑。现场浇筑应连续进行,尽量避免施工缝,当涵身较长时,可沿涵长方向分段进行,每段应连续一次浇筑完成,施工缝应设在涵身沉降缝处。涵身基础如图452所示。

防止水分侵入混凝土内,使钢筋锈蚀,缩短结构寿命。北方严寒地区的无筋混凝土结构需要设置防水层,防止侵入混凝土内的水分冻胀造成结构破坏。

图4-52 涵身基础

(a)各式钢筋混凝土涵洞 (不包括圆管涵)的洞身及端墙在基础以上被土掩埋的部分,须涂以热沥青两道,每道厚1~1.5mm,不另抹砂浆。

(b)混凝土及石砌涵洞的洞身、端墙和翼墙的被土掩埋部分,只需将圬工表面凿平,无凹入存水部分,可不设防水层。但北方严寒地区的混凝土结构仍需设防水层。

(c)钢筋混凝土盖板明涵的盖板部分表面可先涂抹热沥青两次,再于其上设2cm厚的防水水泥砂浆或4~6cm厚的防水混凝土。其上可按照设计铺设路面。

2)沉降缝。涵洞洞身、洞身与端墙、翼墙、进出水口急流槽交接处必须设置沉降缝,但无圬工基础的圆管涵仅于交接处设置沉降缝,洞身范围不设。一般采用沥青栅板嵌缝,中间空隙填以黏土。

(四) 渡槽施工

1.装配式渡槽吊装

吊装前的准备工作有以下几点:

1)制定吊装方案,编排吊装工作计划,明确吊装顺序、劳力组织、吊装方法和进度。

2)制定安全技术操作规程。对吊装方法步骤和技术要求要向施工人员详细交底。

3)检查吊装机具、器材和人员分工情况。

4)对待吊的预制构件和安装构件的墩台、支座按有关规范标准组织质量验收。不合格的应及时处理。

5)组织对起重机具的试吊和对地锚的试拉,并检验设备的稳定和制动灵敏可靠性。

6)做好吊装观测和通信联络。

2.排架吊装

(1)垂直吊插法。垂直吊插法是用吊装机具将整个排架垂直吊离地面后,再对准并插入基础预留的杯口中校正固定的吊装方法。其吊装步骤如下:

1)事先测量构件的实际长度与杯口高程,削平补齐后将排架底部打毛,清洗干净,并用墨线弹出其中轴线。

2)将吊装机具架立固定于基础附近,如使用设有旋转吊臂的扒杆,则吊钩应尽量对准基础的中心。

3)用吊索绑扎排架顶部并挂上吊钩,将控制拉索捆好,驱动吊车 (卷扬机、绞车),排架随即上升,架脚拖地缓缓滑行,当构件将要离地悬空直立时,以人力控制拉索,防止构件旋摆。当构件全部离地后,将其架脚对准基础杯口,同时刹住绞车。

4)倒车使排架徐徐下降,排架脚垂直插入杯口。

5)当排架降落刚接触杯口底部时,即刹住绞车,以钢杆撬正架脚,先使底部对位,然后以预制的混凝土楔子校正架脚位置,同时用经纬仪检测排架是否垂直,并以拉索和楔子校正。

6)当排架全部校正就位后,将杯口用楔子楔紧,即可松脱吊钩,同时用高一级强度等级的小石混凝土填充,填满捣固后再用经纬仪复测一次,如有变位,随即以拉索矫正,安装即告完毕。

(2)就地旋转立装法。就地旋转立装法是把支架当作一旋转杠杆,其旋转轴心设于架脚,并与基础铰接好,吊装时用起重机吊钩拉吊排架顶部,排架就地旋转立正于基础上。

三、堤防施工

(一) 堤基处理

堤基基面清理范围包括堤身、铺盖、压载的基面,其边界应在设计基面边线外30~50cm。堤基表层不合格土、杂物等必须清除,堤基范围内的坑、槽、沟等,应按堤身填筑要求进行回填处理。一般采用砂卵石、低标号混凝土回填。对于软弱堤基一般采用挖除软弱层换填砂、土,换填时应按设计要求用中粗砂或砂砾,锚填后及时予以压实。对于流塑态淤质软黏土地基上采用堤身自重挤淤法施工时,应放缓堤坡、减慢堤身填筑速度、分期加高,直至堤基流塑变形与堤身沉降平衡、稳定。对于软塑态淤质软黏土地基上可以采用在堤身两侧坡脚外设置压载体处理时,压载体应与堤身同步、分级、分期加载,保持施工中的堤基与堤身受力平衡。当采用抛石挤淤方法时,抛石挤淤应使用块径不小于30cm的坚硬石块,当抛石露出土面或水面时,改用较小石块填平压实,再在上面铺设反滤层并填筑堤身。此外,还可以采用排水砂井、塑料排水板、碎石桩等方法加固堤基。

如遇到强风化岩层堤基,除按设计要求清除松动岩石外,筑砌石堤或混凝土堤时基面应铺水泥砂浆,层厚宜大于30mm;筑土堤时基面应涂黏土浆,层厚宜为3mm,然后进行堤身填筑。裂缝或裂隙比较密集的基岩,应采用水泥固结灌浆或帷幕灌浆进行处理。

(二) 土堤碾压

1.铺料作业

土料或砾质土可采用进占法或后退法卸料,砂砾料宜用后退法卸料;砂砾料或砾质土卸料时如发生颗粒分离现象,应将其拌和均匀。辅料厚度和土块直径的限制尺寸,宜通过碾压试验确定;在缺乏试验资料时,可参照表4 23规定取值。

表4 23 铺料厚度和土块限制直径表

铺料至堤边时,应在设计边线外侧各超填一定余量:人工铺料宜为10cm,机械铺料宜为30cm。

2.压实作业

分段、分片碾压,相邻作业面的搭接碾压宽度,平行堤轴线方向不应小于0.5mm;垂直堤轴线方向不应小于3m;拖拉机带碾磙或振动碾压实作业,宜采用进退错距法,碾迹搭压宽度应大于10cm;铲运机兼作压实机械时,宜采用轮迹排压法,轮迹应搭压轮宽的1/3;机械碾压时应控制行车速度,以不超过下列规定为宜:平碾为2km/h,振动碾为2km/h,铲运机为2档。

机械碾压不到的部位,应辅以夯具夯实,夯实时应采用连环套打法,夯迹双向套压,夯压夯1/3,行压行1/3;分段、分片夯实时,夯迹搭压宽度应不小于1/3夯径。

砂砾料压实时,洒水量宜为填筑方量的20%~40%;中细砂压实的洒水量,宜按最优含水量控制;压实施工宜用履带式拖拉机带平碾、振动碾或气胎碾。

(三) 砌石堤施工

浆砌石墙 (堤)宜采用块石砌筑,如石料不规则,必要时可采用粗料石或混凝土预制块作砌体镶面;仅有卵石的地区,也可采用卵石砌筑。砌体强度均必须达到设计要求。砌筑前,应在砌体外将石料上的泥垢冲洗干净,砌筑时保持砌石表面湿润。

应采用坐浆法分层砌筑,铺浆厚宜3~5cm,随铺浆随砌石,砌缝需用砂浆填充饱满,不得无浆直按贴靠,砌缝内砂浆应采用扁铁插捣密实;严禁先堆砌石块再用砂浆灌缝。上下层砌石应错缝砌筑;砌体外露面应平整美观,外露面上的砌缝应预留约4cm深的空隙,以备勾缝处理;水平缝宽应不大于2.5cm,竖缝宽应不大于4cm。

砌筑因故停顿,砂浆已超过初凝时间,应待砂浆强度达到2.5MPa后才可继续施工;在继续砌筑前,应将原砌体表面的浮渣清除;砌筑时应避免振动下层砌体。

勾缝前必须清缝,用水冲净并保持缝糟内湿润,砂浆应分次向缝内填塞密实;勾缝砂浆标号应高于砌体砂浆;应按实有砌缝勾平缝,严禁勾假缝、凸缝;砌筑完毕后应保持砌体表面湿润做好养护。

(四) 防渗体施工

黏土防渗体施工应在清理过的无水基底上进行,与坡脚截水槽和堤身防渗体协同铺筑,并尽量减少接缝,分层铺筑时,上下层接缝应错开,每层厚以15~20cm为宜,层面间应刨毛、洒水。

土工膜防渗施工应在铺膜前将膜下基面铲平,土工膜质量也应经检验合格。大幅土工膜拼接,宜采用胶接法粘合或热元件法焊接,胶接法搭接宽度为5~7cm,热元件法焊接叠合宽度为1.0~1.5cm;土工膜铺设时应自下游侧开始,依次向上游侧平展铺设,避免土工膜打皱。已辅土工膜上的破孔应及时粘补,粘贴膜大小应超出破孔边缘10~20cm:土工膜铺完后应及时铺保护层。沥青混凝土和混凝土防渗施工,应符合 《渠道防渗工程技术规范》(GB/T50600—2010)的有关规定。

(五) 反滤、排水工程施工

铺反滤层前,应将基面用挖除法整平,对个别低洼部分,应采用与基面相同土料或反滤层第一层滤料填平。铺筑前应做好场地排水,设好样桩,备足反滤料。铺筑时应由底部向上按设计结构层要求逐层铺设,并保证层次清楚,互不混杂,不得从高处顺坡倾倒。陡于1∶1的反滤层施工时,应采用挡板支护铺筑。下雪天应停止铺筑,雪后复工时,应严防冻土、冰块和积雪混入料内。

当使用土工织物作反滤层、垫层、排水层铺设时,土工织物铺设前应进行复验,质量必须合格,有扯裂、蠕变、老化的土工织物均不得使用。铺设时,自下游侧开始依次向上游侧进行,上游侧织物应搭接在下游侧织物上或采用专用设备缝制,不宜采用搭接铺设。土工织物长边宜顺河铺设,并应避免张拉受力、折叠、打皱等情况发生。

堆石排水体应按设计要求分层实施,施工时不得破坏反滤层,靠近反滤层处用较小石料铺设,堆石上下层面应避免产生水平通缝。排水减压沟应在枯水期施工。

(六) 接缝、堤身与建筑物接合部施工

土堤碾压施工,分段间有高差的连接或新老堤相接时,垂直堤轴线方向的各种接缝,应以斜面相接,坡度可采用1∶3~1∶5,高差大时宜用缓坡。土堤与岩石岸坡相接时,岩坡削坡后不宜陡于1∶0.75,严禁出现反坡。垂直堤轴线的堤身接缝碾压时,应跨缝搭接碾压,其搭接宽度不小于3.0m。

土堤与刚性建筑物 (涵闸、堤内埋管、混凝土防渗墙等)相接时,建筑物周边回填土方,宜在建筑物强度达到设计强度50%~70%的情况下施工。填筑时,须先将建筑物表面湿润,边涂泥浆、边铺土、边夯实,涂浆高度应与铺土厚度一致,涂层厚宜为3~5mm,并应与下部涂层衔接;严禁泥浆干固后再铺土、夯实。

制备泥浆应采用塑性指数Ip大于17的黏土,泥浆的浓度可用1∶2.5~1∶3.0(土水重量比);建筑物两侧填土,应保持均衡上升;贴边填筑宜用夯具夯实,铺土层厚度宜为15~20cm。

浆砌石墙 (堤)分段施工时,相邻施工段的砌筑面高差应不大于1.0m。