羅文靈

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局,新疆 烏魯木齊 830000)

以輸水渠道為主體的水資源配置工程，是調(diào)節(jié)區(qū)域水資源供需矛盾，保障地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“生命線”工程。近年來(lái)，隨著區(qū)域水資源需求的日益增長(zhǎng)，位于北方寒冷地區(qū)的輸水工程相繼開(kāi)展了改擴(kuò)建工作，如近1000.0 km的北疆供水渠道，改擴(kuò)建方案在原有渠道基礎(chǔ)上加高至7.0 m，同時(shí)，針對(duì)渠道凍害現(xiàn)象，將梯形斷面改為弧底梯形斷面。

由于地處寒冷地區(qū)，可利用的工作時(shí)長(zhǎng)較短，在以往的渠道修復(fù)及維護(hù)工作中，受限于傳統(tǒng)混凝土制縫工藝在嚴(yán)寒地區(qū)的工作效率，渠道的維護(hù)進(jìn)程緩慢[1-3]。

在改擴(kuò)建施工過(guò)程中，襯砌制縫技術(shù)更是影響渠系工程建設(shè)速率的重要因素之一。鑒于此，研發(fā)了多功能渠道襯砌混凝土制縫機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)寒區(qū)渠道襯砌混凝土在塑性階段的分格制縫、接縫、充填過(guò)程。同時(shí)，結(jié)合渠道機(jī)械化鋪裝設(shè)備生產(chǎn)工序，以及面板接縫材料質(zhì)量需求，研發(fā)了接縫止水新材料以及渠道面板接縫充填彈性砂漿等裝備與材料，形成了一套完整的新型混凝土制縫工藝。

1 制縫設(shè)備研發(fā)

1.1 研制過(guò)程

新疆地區(qū)XSDY渠道率先采用機(jī)械化襯砌渠道，但在襯砌混凝土分縫方面依然采用的是手扶式路面切割機(jī)切割，導(dǎo)致工作效率偏低，同時(shí)存在投入人員多、對(duì)操作手水平要求高、切縫深度不好把握、美觀效果差等問(wèn)題，此外，此類設(shè)備要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到5.0 MPa后才能切割，切縫后產(chǎn)生的灰漿雜物造成襯砌混凝土表面二次污染，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。如何在快捷、高效、保質(zhì)保量的前提下解決混凝土的分縫問(wèn)題成了機(jī)械襯砌混凝土的技術(shù)難題。

根據(jù)襯砌混凝土導(dǎo)軌定向行走的原理，結(jié)合路面切縫機(jī)的行走轉(zhuǎn)速，研制出了混凝土聯(lián)合切縫機(jī)和混凝土水平切縫機(jī)，如圖1所示。通過(guò)切縫機(jī)的切縫深度、寬度、切縫時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)切縫機(jī)的行走速度。由于切縫機(jī)是在導(dǎo)軌上定向行走，切縫的外觀質(zhì)量得到了保證。進(jìn)一步地，借鑒機(jī)械襯砌混凝土的工作原理，通過(guò)對(duì)襯砌混凝土的級(jí)配、坍落度、攤鋪厚度及分縫阻力、擊振力等方面的綜合研究，設(shè)計(jì)出了一款在混凝土攤鋪完成后同步完成混凝土的振搗分縫、制縫的機(jī)械，工作原理是根據(jù)混凝土的縫寬研制出一款類似冰刀的工具將剛攤鋪完的混凝土強(qiáng)行分開(kāi)，同時(shí)將團(tuán)孔板、止水橡皮置入混凝土中。

圖1 北疆高寒區(qū)渠道多功能混凝土制縫機(jī)

1.2 設(shè)備特點(diǎn)

混凝土嵌入式制縫技術(shù)實(shí)現(xiàn)將原有大面積薄壁現(xiàn)澆混凝土板塊的切縫、清縫和預(yù)埋防滲材料三道工序一次性完成。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：混凝土嵌入式制縫機(jī)包括用以開(kāi)縫的開(kāi)縫殼體，開(kāi)縫殼體相鄰兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)有進(jìn)帶口和出帶口，進(jìn)帶口與固定儲(chǔ)帶盤(pán)或隨動(dòng)儲(chǔ)帶盤(pán)的儲(chǔ)帶盤(pán)出帶口連通，開(kāi)縫殼體中心設(shè)置有空心軸，在空心軸內(nèi)固定有震動(dòng)泵，在空心軸外套接有可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)套于開(kāi)縫殼體內(nèi)，兩者間形成走帶空間。

混凝土嵌入式制縫機(jī)的應(yīng)用，包括用于在堤壩坡面移動(dòng)的桁架，在桁架一側(cè)設(shè)置有上下排布的上、下軌道，在上、下軌道間滑動(dòng)連接有用以開(kāi)設(shè)縱向分隔縫的移動(dòng)制縫機(jī)和與其對(duì)應(yīng)的隨動(dòng)儲(chǔ)帶盤(pán)，在所述桁架另一側(cè)設(shè)置有用以開(kāi)設(shè)橫向誘導(dǎo)縫的固定制縫機(jī)，以及與固定制縫機(jī)對(duì)應(yīng)的固定儲(chǔ)帶盤(pán)。

混凝土嵌入式制縫技術(shù)改變了傳統(tǒng)的混凝土分隔縫施工理念，分縫提前至塑性階段，并把混凝土現(xiàn)澆后“分隔縫切割—防滲材料埋設(shè)—灌前清縫”三道工序整合一次完成，避免了切割分縫的嚴(yán)重噪聲污染以及切割刀片損壞頻繁更換。采用混凝土嵌入式制縫技術(shù)制縫時(shí)，因混凝土具有良好的塑性，且制縫機(jī)嵌入深度彈性可調(diào)，確保了制縫能直達(dá)混凝土底部的防滲土工膜，同時(shí)因一次性完成澆筑和制縫，在進(jìn)入封閉養(yǎng)護(hù)期后無(wú)穿插工序，使得混凝土貫通裂縫、干縮裂縫的控制得到改變。聚乙烯閉孔泡沫塑料板在嵌縫時(shí)置入混凝土內(nèi)部，能夠與混凝土充分貼合，加之材料本身防水，在混凝土分隔縫處形成了不透水帶，進(jìn)一步提高了渠道的防滲抗?jié)B能力。以往混凝土襯砌速度受限于切縫的進(jìn)度，現(xiàn)在攤鋪造縫一次完成，可最大限度地發(fā)揮襯砌機(jī)的功效，推進(jìn)整體工程進(jìn)展和施工速度。同時(shí)混凝土嵌入式制縫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在混凝土結(jié)構(gòu)縫內(nèi)的不同部位可以同時(shí)置入性能各異、形狀各異的制縫材料。

1.3 制縫施工工藝

依托改擴(kuò)建工程對(duì)自主研發(fā)的多功能混凝土制縫機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上形成了渠道襯砌混凝土制縫施工工藝。

(1)縱向誘導(dǎo)縫平行渠道軸線方向，按設(shè)計(jì)要求布置。橫向伸縮縫應(yīng)每3.0 m設(shè)置一道?；炷翑備佂瓿珊箝_(kāi)啟制縫機(jī)進(jìn)行縱縫施工，縱縫施工完成后再進(jìn)行橫縫施工。縱縫、橫縫呈十字交叉型式布置。

(2)縱縫嵌縫材料宜使用高壓閉孔板(規(guī)格50.0 mm×5.0 mm)，橫縫嵌縫材料宜由高壓閉孔板和橡皮止水帶組成。

(3)制縫時(shí)，操作制縫機(jī)升降控制系統(tǒng)裝置，使臺(tái)車(chē)刀架向混凝土表面方向移動(dòng)，落位后開(kāi)啟振動(dòng)電機(jī)，制縫刀將分縫材料嵌入到混凝土內(nèi)部設(shè)計(jì)深度。開(kāi)動(dòng)制縫機(jī)，向誘導(dǎo)縫布設(shè)方向移動(dòng)，分縫材料連續(xù)不斷被置入混凝土內(nèi)部，制縫臺(tái)車(chē)的熨平板聯(lián)同刀架同時(shí)振動(dòng)，將分縫材料周邊的混凝土振動(dòng)密實(shí)、表面恢復(fù)成型。制縫機(jī)行進(jìn)至襯砌斷面末端時(shí)，人工剪斷高壓閉孔板，待高壓閉孔板全部嵌入完畢后設(shè)備停止行走，制縫臺(tái)車(chē)停機(jī)。

(4)縱縫施工完成后，將制縫機(jī)縫臺(tái)車(chē)刀旋轉(zhuǎn)90°，開(kāi)啟制縫機(jī)行走裝置，移動(dòng)制縫機(jī)至伸縮縫制縫起點(diǎn)處，整機(jī)定位。開(kāi)啟制縫機(jī)升降控制系統(tǒng)，將制縫臺(tái)車(chē)刀頭嵌入混凝土底部，開(kāi)啟制縫臺(tái)車(chē)振動(dòng)電機(jī)將分縫止水材料嵌入混凝土內(nèi)部。制縫臺(tái)車(chē)的熨平板聯(lián)同臺(tái)車(chē)刀架同時(shí)振動(dòng)，將分縫材料周邊的混凝土振動(dòng)密實(shí)、表面恢復(fù)成型。制縫臺(tái)車(chē)行進(jìn)至混凝土斷面末端時(shí)，限位裝置會(huì)使臺(tái)車(chē)及時(shí)停車(chē)，一道伸縮縫制縫工序完成。操控升降系統(tǒng)提起制縫臺(tái)車(chē)，開(kāi)啟制縫機(jī)行駛至下道伸縮縫位置，重復(fù)上述操作步驟，完成下一道伸縮縫嵌縫施工。

2 渠道面板接縫充填彈性砂漿試驗(yàn)研究

結(jié)合渠道自動(dòng)化鋪裝設(shè)備生產(chǎn)工序和面板接縫材料質(zhì)量需求，以工作性能和力學(xué)性能為基礎(chǔ)，從提高抗裂性、增加耐久性、增加抗變形性能等角度，開(kāi)展室內(nèi)面板接縫材料模擬試驗(yàn)。鋪裝混凝土配合比及性能如表1所示。

表1 鋪裝混凝土配合比及性能

用木板做2個(gè)內(nèi)部尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為120.0 cm、120.0 cm、10.0 cm的長(zhǎng)方體，底部木板和四周木板的內(nèi)表面用磨平機(jī)打磨粗糙，增大混凝土與木模的摩擦力。

具體原材料如下：水泥(P·O 42.5)、粉煤灰(Ⅱ級(jí)灰)、減水劑(聚羧酸高效減水劑)、細(xì)骨料(河沙)及粗骨料(5.0～20.0 mm連續(xù)級(jí)配)。

接縫材料選用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、高抗裂性、高耐久性材料彈性砂漿，用于鋪裝面板的彈性砂漿性能如表2所示。

表2 接縫材料彈性砂漿性能

兩塊模板分別為A板和B板，A模板混凝土及接縫材料澆筑厚度為10.0 cm，B模板混凝土及接縫材料澆筑厚度為7.0 cm。

澆筑工序?yàn)椋喊寻柚坪玫幕炷翝仓肽０鍍?nèi)，達(dá)到相應(yīng)厚度后，用振搗器將表面振搗密實(shí)，中間切開(kāi)寬5.0～7.0 cm縫，在縫中澆筑彈性砂漿，澆筑完成后用抹刀壓平密實(shí)。

養(yǎng)護(hù)方式：A模板成型后放室外開(kāi)闊處，無(wú)其他防護(hù)措施，溫濕度隨大氣環(huán)境變化而變化；B模板放室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，溫度范圍為20～25 ℃，相對(duì)濕度變化范圍為：55%～75%。

試件澆筑完畢后，每天觀察試件接縫處是否有裂縫，經(jīng)過(guò)連續(xù)近一個(gè)月觀察，試件表面平整完好無(wú)任何裂縫，彈性砂漿與混凝土連接良好，交接處無(wú)裂縫, 如圖2所示。

進(jìn)一步的，為了考察渠道面板接縫止水新型彈性砂漿的工作性質(zhì)，進(jìn)行了兩次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，具體過(guò)程如圖3、圖4所示。

由室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可知，利用彈性砂漿良好的抗變形性能和抗裂性能，在面板間充填彈性砂漿，可起到很好的充填與連接作用。由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可知，彈性體改性砂漿與混凝土粘接良好。

圖2 A、B兩塊模板養(yǎng)護(hù)

圖3 第一次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

圖4 第二次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

3 結(jié) 論

(1)在混凝土抗壓強(qiáng)度、含氣量、坍落度等基本相同的情況下，單摻礦渣微粉沒(méi)有復(fù)摻(礦粉+粉煤灰)抵抗硫酸鹽侵蝕好；粉煤灰對(duì)硫酸鹽的抵抗侵蝕能力優(yōu)于礦渣微粉；無(wú)論是硫酸鹽侵蝕還是氯鹽侵蝕，優(yōu)先在混凝土中摻加粉煤灰，其次是粉煤灰+礦渣微粉。認(rèn)為自主配比研制的接縫止水新材料適用于嚴(yán)寒地區(qū)輸水工程。

(2)利用彈性砂漿良好的抗變形性能和抗裂性能，在面板間充填彈性砂漿，可起到很好的充填與連接作用，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果較好地佐證了這一點(diǎn)。故認(rèn)為彈性砂漿可滿足嚴(yán)寒地區(qū)水利工程渠道面板的接縫充填。

(3)研發(fā)了多功能渠道襯砌混凝土制縫機(jī)、接縫止水新材料、以及渠道面板接縫充填彈性砂漿等裝備與材料，形成了一套完整的新型混凝土制縫工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)寒區(qū)渠道襯砌混凝土的分格制縫、接縫、充填過(guò)程，對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)輸水工程的建設(shè)、改造和維護(hù)具有重大的意義。