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1、渠道机械化衬砌混凝土施工质量控制 河北省水利工程局“元氏1段项目部施工管理QC小组” 一． 前言 本标段位于元氏县境内，起点桩号186+900，终点桩号196+997.1，全长10.329km，其中渠道长8.724km，有大型河渠交叉建筑物3座（槐河(一)渠道倒虹吸工程、槐河(二)渠道倒虹吸、潴龙河渠道倒虹吸工程），控制性分水口1座，左岸排水建筑物3座，渠渠交叉建筑物2座，节制闸1座、退水闸1座、排冰闸1座。大小共计12座建筑物。槐河(一)渠道倒虹吸工程起始桩号187+326，终止桩号188+200，轴线长874m。由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口节制闸和出口渐变段五部分组成。
2、本标段渠道段全长8.724km，土质渠道8.17km，石质渠道0.55km。渠道设计底宽20.5～25.5 m，设计水深6.0 m，内边坡系数1.0～2.5，外边坡系数1.75～2.5。渠道过水断面型式为梯形，采用现浇混凝土衬砌。 土质渠段现浇混凝土衬砌边坡厚10cm、渠底厚8cm；河滩地段边坡、渠底厚度均为15cm，边坡厚10cm，衬砌板下铺复合土工膜加强防渗，防渗层下面铺设聚苯乙烯保温板；一级马道以上渠坡防护，土坡为混凝土框格，内植草皮。 设计桩号190+000-190+550石质渠道采用250mm钢筋混凝土衬砌。边坡防护视岩基风化破碎程度，分别采用锚杆、喷混凝土及挂钢筋网支护。设计桩
3、号190+550-190+725.7为贴坡式浆砌石挡土墙，挡墙后填土筑堤，内坡采用250mm混凝土衬砌，外坡采用干砌石护坡，下设砂砾料土工膜。 渠道衬砌采用衬砌机衬砌，对建筑物附近不能采用机械衬砌的部位采用人工衬砌。 本标段渠道长8.724公里，其中土质渠道8.17公里，石质渠道0.55公里。一般土渠段现浇混凝土衬砌边坡厚10cm、渠底厚8cm，河滩地段边坡、渠底厚度均为15cm，混凝土等级为C20W6F150。桩号190+000-190+550石质渠道采用250mm钢筋混凝土衬砌，桩号190+550-190+725.7为贴坡式浆砌石挡土墙，挡墙后填土筑堤，内坡采用250mm混凝土衬砌。衬
4、砌纵、横缝间距均取4m，采用衬砌机施工横缝每隔4m设一道半缝，每隔8m设一道通缝；渠坡自渠底向上1m处设一通缝，其余为半缝，渠底两坡脚纵缝及中间部位纵缝为通缝，渠底其余纵缝为半缝。渠道衬砌分缝均采用矩形缝，缝宽1cm，半缝为切缝；通缝缝深贯通衬砌板厚。上部2cm采用聚硫密封胶填缝，下部用聚乙烯泡沫板填充。 渠道衬砌采用衬砌机衬砌，对建筑物附近不能采用机械衬砌的部位采用人工衬砌。 衬砌混凝土拌和 对试验室出具的混凝土配合比进行试验性拌和，检验混凝土的和易性，坍落度等指标与衬砌要求的符合度，同时找出最佳的拌和时间及投料顺序。 检测骨料的含水率，依此确定和调整用水量；检测骨料的超逊径，依此调
5、整各种骨料的用量。超径时加大本级骨料用量，减少上级骨料用量。逊径时加大本级骨料用量，减少下级骨料用量；检测出机口与浇注仓面混凝土的塌落度，计算塌落度损失，确定和调整用水量。检测拌和物的实测密度、含气量，调整外加剂用量。拌合站操作人员要经常校验拌合系统的称量精度，随时检查拌合站的运转情况，确保拌合系统的稳定。 混凝土拌制人员必须严格按施工单位现场试验室提供并经监理单位批准的混凝土配合比通知单进行配料，严禁擅自更改配合比通知单。 衬砌混凝土运输 （1）运输车辆 渠道衬砌混凝土采用混凝土搅拌车运输。 (2)运输时间 混凝土拌合物从拌合站出料到运输、卸料完毕的允许最长时间参照混凝土拌合物允
6、许最长运输时间表： 施工温度（℃） 允许最长运输时间（h） 5～18 1.75 19～28 1. 5 29～33 1.25 注：施工温度指日平均气温 衬砌混凝土施工一般规定 渠道边坡衬砌混凝土施工分渠道边坡机械化衬砌施工、岩基滑模施工和建筑物与渠道交叉部位人工衬砌施工等类型。渠道衬砌先衬砌两侧渠坡，再进行渠底衬砌。总干渠渠坡衬砌混凝土浇筑示意图10-11，总干渠渠底衬砌混凝土浇筑示意图如图10-12所示。 渠道边坡机械化衬砌施工 1、衬砌机选型 渠道衬砌采用河北省水利工程局研制的排振滑模式坡面砌筑机（PHQZJ）进行渠道衬砌施工。 2、生产性施工检验 在衬砌
7、混凝土机械化施工时先进行生产性施工检验，检验段长度取100m。通过衬砌试验检验衬砌机械化施工系统的机械性能和生产能力，检验与实际生产能力相匹配的配套机械性能，确定衬砌机的适宜工作参数（包括衬砌工作速度、振捣时间、抹面压光的适宜时间和遍数、切缝时间），确定施工组织形式和人员配置，确定辅助机械、机具的种类和数量，使用各种机械、机具的劳动力数量，制定施工组织方案和施工工艺流程。检验新拌混凝土的坍落度、含气量、泌水量、水胶比等适应衬砌机械化施工的情况。 3、边坡机械化衬砌施工 （1） 衬砌设备安装及调试 衬砌机要严格按照说明书的要求组装，初次安装时应有设备生产厂家的技术人员在场指导；安装遵循“先
8、主体后附件，先机械后电器”的原则。衬砌设备的安装调试与检查验收应符合《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（NSBD5-2006）的要求。 （2）衬砌设备轨道 1）轨道规格宜于衬砌机型式相匹配。2）衬砌机、抹面机、工作台车宜轨道共用，并具有自行走功能。3）衬砌机轨道平行于渠道中心线，根据衬砌机的类型、衬砌混凝土的几何尺寸，上轨道宜在上模板以外0.5m处，下轨道位置宜在下模板以外1.0m处。钢轨宜铺设在枕木或垫板上，枕木和垫板的间距一般控制在0.8m，当基础承载力不能满足要求时，垫板的数量要适当增加。衬砌机安装完毕应在轨道上反复行走几遍，使轨道处于压实状态。 （3）衬砌设备安装 1）联结紧
9、固件的安装必须达到说明书要求的拧紧力矩；2）设备有清洁度要求的部位，不应因现场的情况而降低要求。 （4）衬砌设备调试 1）试运行应遵循“先分动，后联动；先空载，后负荷；先慢速，后快速”的原则；2）检查电控柜的接线是否正确，有无松动，接地线是否接地正常；3）设备调试前应检查联结件是否紧固，各润滑处是否按要求注油；4）试运行时应分别调试上下行走装置的伺服系统或频率使其同向、同步；5）试运行前，检查振捣系统能否正常工作。 4、 模板支立 根据衬砌机的衬砌速度结合设计图纸渠道伸缩缝间距要求，分缝模板的位置与通缝重合。渠道横向通缝模板宜采用与衬砌混凝土厚度相同相互连接为整体的槽钢作为侧模，齿槽和
10、坡肩模板优先采用定型钢模板，并与坡面槽钢相连。采用压设砂袋或预制块等固定方法进行加固模板。混凝土衬砌施工过程中测量人员须适时对模板进行校核，保证衬砌的质量。 5、 混凝土布料 渠坡衬砌主要采用机械化作业，施工程序为衬砌机布料摊铺整平振捣、提浆整平、压光、工作台车人工收面。 （1）安排专人负责指挥布料。布料前质检员对混凝土拌合物进行坍落度和含气量的检测；并按有关规范，应在浇筑地点按机口取样数量的10%留取抗压、抗冻试件。 （2）混凝土搅拌运输车（以下称运输车）就位后卸料前，为便于卸料，卸料人员可用少许水湿润运输车的下料槽和布料机输送带。运输车辆卸料时，自由下落高度不应大于1.5m。 （
11、3）采用螺旋布料器布料时，混凝土经输送带运至布料机接料口，进入集料箱，开动螺旋输料器均匀布置。开动振动器和纵向行走开关，边输料边振动，边行走。布料混凝土较多时，开动反转功能，将混凝土料收回。布料宽度达到2～3m时，开动成型机，启动工作部分开始二次振捣、提浆、整平。施工时料位的正常高度应在螺旋布料器叶片最高点以下，不应缺料。 （4）采用皮带输送机布料时，衬砌机的侧面设有分仓料斗，自行式滑动刮刀分料。施工中应设专人监视各分仓料斗内混凝土数量，及时补充，保持各料仓的料量均匀，防止欠料。 （5）坡肩、坡脚齿槽和周边模板位置须人工辅助布料。 （6）应控制布料厚度，松铺系数根据坍落度大小由试铺确定。
12、当坍落度为4～6cm时松铺系数宜为1.1～1.15之间。 （7）衬砌机宜匀速连续工作，布料应与振动碾压速度相适应。 6、衬砌机操作及混凝土振捣 （1）衬砌机宜匀速连续工作。对于振动碾压衬砌机振动碾压小车行走速度宜为3～6m/min。 （2）选用的衬砌机械化施工设备，均应具备良好的振捣系统。施工中严格按照生产性施工检验所确定振捣时间、工作速度等参数执行，做到混凝土不过振、漏振或欠振，达到混凝土深层振捣和表面提浆的效果，利于混凝土表面抹面和整平。 （3）衬砌施工中经常检查振捣棒的工作状况，若发现衬砌后的板面上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉裂等现象，须停机检查、修理或更换振捣棒，并对已浇筑混
13、凝土进行处理；初凝前的混凝土进行补振，初凝后的混凝土进行清除，并采取填补原浆混凝土，重新振捣。 （4）渠坡衬砌的顶部出现缺料、漏振时，应及时人工补料，并采用振捣棒和平板振捣器辅助振捣。 （5）当衬砌机行走前移时混凝土表面出现带状隆起，表明振动碾压小车高度设置有误，应及时调整，并重新碾压。 （6）进入弯道施工时，由于渐变段的上下轨道弧长不一致，要进行上下轨道行进速度调整，保证衬砌机始终与渠道上口线保持垂直工作状态。 （7）齿槽和贴近模板部位采用插入式振捣棒人工辅助振捣。 7、衬砌施工过程中停机中断施工时，进行以下操作： （1）停机同时应解除自动跟踪控制，升起机架，将衬砌机驶离工作面，
14、清理粘附的混凝土，整修停机衬砌段面，同时对衬砌机进行保养； （2）当衬砌机出现故障时，立即通知拌合站停止生产，在故障排除时间内衬砌机内混凝土尚未初凝，允许继续衬砌。停机时间超过2h，应将衬砌机驶离工作面，及时清理仓内混凝土，故障出现后浇筑的混凝土衬砌需进行严格的质量检查，并清除分缝位置以外的浇筑物，为恢复衬砌作业作好准备。 8、坡肩、坡脚和周边施工 坡肩、坡脚和周边的施工设专人负责。采用人工辅助布料，小型振捣棒或手提式平板振动器进行振捣，坡脚处要分两次布料、振捣。插入式振捣棒振捣模板边角部位时，行走不宜过快。对坡肩及坡脚的折线部分，应以靠尺定型，以使折角整齐，外观美观。对已经拆模的混凝
15、土要注意成品的保护，防止边角破坏。 渠道是南水北调中线总干渠的重要组成，也是我标段一个主要单位工程，衬砌混凝土的施工质量的好坏关系重大，因此是“元氏1段项目部施工管理QC小组”的关注重点。 二． 小组概况 （一） 注册登记 表1 “元氏1段项目部施工管理QC小组”概况表 小组名称 元氏1段项目部施工管理QC小组 成立时间 2010年6月18日 本年注册号 2010-06-02 课题名称 渠道机械化衬砌混凝土施工质量控制 立题时间 2010年6月18日 注册登记号 2010-06-02 小组组长 马建超 课题
16、类型 管理型 活动时间 2010年9月～2010年12月 活动次数 预计8次，平均出勤率95％ 人均TQC知识培训20小时 （二） 小组成员 表2 小组主要成员和分工情况表 序号 姓名 性别 学历 年龄 技术职称 QC小组分工 1 马建超 男 本科 45 教授级高工 组长，小组活动总负责 2 赵井文 男 本科 38 高级工程师 副组长，小组活动总协调 3 郜文英 女 本科 37 工程师 组员，活动工作布置
17、4 胡士卿 男 本科 34 高级工程师 组员，小组活动总实施 5 杨士国 男 本科 30 工程师 组员，小组活动质量控制 6 许玉梅 女 中专 35 高级工 组员，负责试验检测 三． 选题理由 本小组经过讨论，确定小组课题为《渠道机械化衬砌混凝土施工质量控制》，理由如下： 选题理由 实现质量目标标 主要单位工程 项目施工难度 主要单位工程必须优良，单元工程优良率85%以上 对项目的施工质量和施工管理水平的要求非常严格。 机械化一体施工，质量标准高，施工难度较大。 渠道机械化衬砌混凝土施工质量控制
18、 在选定课题后，为便于开展活动，本小组按照PDCA循环的步骤，制定了小组的活动计划，并遵照执行： 表3 本QC小组活动计划 阶段 日期 活动 项目 2010年 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 P 选题理由 ─ 现状调查 ─ 设定目标 ─ 分析原因 ─ 要因确认 ─ 制定对策 ─
19、 D 对策实施 ─ ─ ─ C 效果检查 ─ A 巩固措施 ─ 总结 ─ （注： “─”计划活动时间 “─” 实际活动时间） 四． 现状调查 小组成员对南水北调中线京石段67个渠道机械化衬砌分部工程（每1000米为一个分部）的混凝土施工情况进行了调研，绘制了常见渠道衬砌混凝土质量缺陷的统计表（表4）和饼图。 表4 渠道机械化衬砌混凝土质量缺陷统计表 序号 缺陷名称 出现次数 出现频次%
20、累计频次% 1 混凝土冻融破坏 23 34.33 34.33 2 混凝土表面裂缝削坡超挖、欠挖，平整度不够 坡脚增设诱导缝 16 23.88 58.21 3 平整度超标 12 17.91 76.12 4 蜂窝、麻面 9 13.43 89.55 5 其它振捣的方向 7 10.45 100.00 渠道机械化衬砌混凝土质量缺陷 1 2 3 4 5 从以上的统计中可以看出，渠道机械化衬砌混凝土质量缺陷中，混凝土冻融破坏和表面裂缝占到了总数的58.21％，比较严重。这些质量缺陷较
21、严重的破坏了渠道衬砌混凝土的外观质量，不仅影响了渠道的正常使用，也加大了过流面的糙率，并且其处理成本也较高。 结论：渠道机械化衬砌混凝土质量控制的难点和重点在于混凝土冻融破坏和混凝土表面裂缝的质量控制。 五． 设定目标 （一）制定目标 渠道机械化衬砌混凝土的施工不仅有质量要求，还有工期要求，因此小组经讨论后制定如下目标：在2010年12月1日前完成部分渠道混凝土施工，混凝土单元工程优良率达到100％，保证不出现表面裂缝和冻融破坏，保证渠道混凝土外观质量。 （二） 目标论证 目标论证 必要性论证 可行性论证 1． 项目部确保达到主要单位工程质量优良的目标需要； 2． 作为中线
22、重要工程，其施工质量和管理水平需起示范作用； 3． 是渠道顺利输水运行的前提； 4． 能否按时完成，影响到整个工程项目的工期。 1． 单位领导对QC小组活动的一贯重视和支持； 2． 小组成员6人中有3人具有大专以上学历，有3人具有高级以上职称，技术力量过硬，具有丰富的工程实践经验，实际操作能力和协调能力较强。 六． 原因分析 2010年6月22日，QC活动小组成员采用“头脑风暴法”，集思广益，从“人、料、机、法、环”等方面进行考虑，对影响渠道混凝土冻融破坏和裂缝质量控制的各种原因进行了分析，并绘制了原因分析树状图： 原因分析树状图
23、 渠道外观和预防出现裂缝质量控制的原因分析 人 料 机 法 环 1、现场施工管理不到位 2、技术人员、熟练工人投入不足 3、操作人员不稳定 4、混凝土原材料质量不合格 5、混凝土拌和物不合格 6、衬砌设备与施工不配套 7、设备出现故障的频次高 8、衬砌混凝土施工方案不合理 9、混凝土施工配合比不合理 10、衬砌施工参数不明确 11、温控和养护措施不到位 12、交叉作业工序多，干扰大 13、关键部位控制不严 外部降雨 七． 要因确认 小组成员对树状图揭露的13项末端原因
24、进行了归类总结并逐条分析（见表5），从中找出了影响渠道机械化衬砌冻融破坏和外观质量控制的主要原因，分别为： 1． 混凝土拌和物质量不合格； 2． 混凝土施工配合比不合理； 3． 衬砌施工参数不明确； 4． 混凝土浇筑温控和养护措施不到位； 5． 关键部位控制不严。 表5 要因确认表 序号 末端因素 要因论证 论证结果 1 现场施工管理不到位 项目部贯彻落实“三检制”，项目质检部加强现场监督，形成了一套现场质量控制机制，可以使渠道衬砌施工处于有序及受控状态。 非要因 2 技术人员、熟练工人投入不
25、足 加强岗前培训和岗位练兵，尽量安排熟练工人上岗。 非要因 3 操作人员不稳定数量工人，二次收光 尽量不随便更换重要岗位的操作工人，保持人员稳定。 非要因 4 混凝土原材料质量不合格 砂子、粉煤灰、水泥质量好坏对混凝土各项性能影响很大，严格控制进场原材料的质量。杜绝不合格材料纳入。 非要因 5 混凝土拌和物不合格 混凝土拌和物的坍落度、入仓温度对混凝土表面裂缝的形成有直接的关系，必须严格控制。 要因√ 6 衬砌设备与施工不配套 衬砌设备的性能、生产能力与施工其它方面不配套，应保证两者协调一致。 非要因 7 设备出现故障频次高 加强过程的维修、保养，
26、及时更换新设备，确保施工的需要。 非要因 8 衬砌混凝土施工方案不合理 混凝土的运输、入仓方式、振捣、分段、养护、切缝等都影响衬砌混凝土的质量，必须保证合理的施工方案。 非要因 9 混凝土施工配合比不合理 配合比对于砼的和易性、水化热温升、塌落度和干缩程度具有直接的影响，不合理的配合比，容易使砼产生裂缝。 要因√ 10 衬砌施工参数不明确 必须通过衬砌前的生产性检验获得适宜的施工参数。 要因√ 11 混凝土浇筑温控和养护措施不到位 温控措施和养护措施不到位，容易使衬砌砼产生温度和干缩裂缝。 要因√ 12 交叉作业工序多，干扰大 合理安排各工序施工。 非
27、要因 13 关键部位控制不严 切缝时间、振捣情况、出面、压面等环节控制不严。 要因√ 八． 制定对策 针对四个主要因素，小组成员认真分析了问题的根源，进行了充分的讨论和调研，按照“5W1H”方法制定了相应的对策措施（见表6 ）： 表6 对 策 表 序号 要因 对策 目标 措施 执行 时间 负责人 1 混凝土拌和物质量不合格 认真研究拌和物的指标级性能 保证混凝土拌和物质量合格 （1）研究施工环境确定合宜的拌和物； （2）通过现场试验确定合适的坍落度、含气量等； （3）确保入仓温度、坍落度。 2010.9.20 ～ 2010.
28、11.10 马建超 2 砼施工配合比不合理一级配、 研究并执行最佳砼配合比 砼配合比满足设计强度要求，砼和易性好，水化热温升低 （1）对以往工程的砼配比进行的调研，引入成功的经验； （2）进行相应的配合比试验，通过充分论证，确保最终的配合比满足各方面要求。 2010.9.1 ～ 2010.9.20 郜文英彭荣梅 3 衬砌施工参数不明确 选用符合衬砌机衬砌施工的参数 明确合适的施工参数 （1）认真做好衬砌试验，总结适宜的施工参数； （2）根据施工状况，不断调整满足施工要求的参数。 2010.9.15 ～ 2010.11.10 赵井文 4 砼浇筑温
29、控和养护措施不到位 加强温控措施和养护措施 尽量保证不出现温度裂缝和干缩裂缝 （1）骨料仓增加遮阳措施，拌和用水加冰降温，砼运输车加遮阳措施，保证砼入仓温度在22°C以下； （2）仓面采用保温被保温，后期采用双层塑料薄膜通水养护。 （3）强化科学的测温和温控措施。 2010.9.1 ～ 2010.11.1 胡士卿 5 关键部位控制不严 多做生产性的检验和试验，确定合适的施工参数 确保关键部位施工质量 （1）严格通过试验，确定出面、养护和切缝时间；（2）保证振捣、出面、抹面、切缝的质量；（3）保证土工膜、保温板的铺设质量等（4）加强过程控制和检查 2010.9.1~2010.11.15 郜文英 胡士卿 九． 对策实施和效果验证待报。
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