南水北调中线一期工程总干渠安阳段渠道设计中首次采用5cm厚粗砂垫层结构，特别是在1：2坡比的坡面上要求其相对密度不低于0.7，国内均无先例可循。根据安阳段同时进行的其他标段渠道衬砌的工程实体，一步一步研究探索，并最终解决了此难题。
1.工程概况
安阳段总干渠渠道形式：渠道采用梯形断面，设计渠底宽度为13～18.5m，渠底内一级边坡1:2～1:3，坡长19.5～28.8m，渠道纵比降为1/28000。渠道衬砌结构自下而上为：基面渠床、强渗软式透水管及单向排水阀等渠道自排水结构布置、5cm厚粗砂滤层、2cm厚聚苯乙烯保温板、600g/m
2的复合土工膜，10cm（渠底8cm）厚砼面板。
2.渠道砂垫层（5cm厚）的技术难点
由于5cm厚砂垫层渠道结构设计在安阳段是第一次采用，没有经验可供借鉴，没有成熟的机械设备可供选择，施工方法及工艺更需要摸索。主要的技术难点可以归纳为：
2.1如何实现设计要求的平整度、坡比和厚度；
2.2如何达到设计要求的0.7相对密度指标；
2.3什么样的施工方法和工艺可以保证工程质量，并适合于推广使用。
3.粗砂垫层施工中渠道衬砌机械可应用情况说明
目前常用的大型渠道衬砌机械有两种：振动碾压式衬砌机和振动滑模式衬砌机。
振动碾压式衬砌机自动布料系统可完成砂垫层布料，螺旋摊铺机可完成均匀摊铺，振动压光辊可尝试压实砂垫层。
振动滑模式衬砌机布料系统可以完成砂垫层布料，滑模装置可以完成平整度、厚度及坡比控制，但由于砂垫层只有5cm厚，高频低幅振捣棒难以完成压实要求。
4.工程实体试验
从目前现有机械设备情况，问题的核心是如何达到设计要求的0.7相对密度指标。以此为出发点，查找相关技术资料和类似施工经验，在经过充分准备，原材料、衬砌机械安装调试、人员培训、方案讨论细化等完成后，按照以下4种方案进行工程实体试验。
4.1实施方案一：单独运用振动碾压式衬砌机直接施工
结合已有的渠道混凝土衬砌方法，用自卸汽车把粗砂堆于一级马道上，人工上料，通过振动碾压式衬砌机的自动布料系统人工喂料完成砂垫层布料，并转动螺旋完成整平和多余料的转移，用振动压光辊完成压实和收光作业。
试验过程中粗砂（机制砂）采用虚铺系数为1.30，含水率以3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、7%等逐一试验。实测粗砂垫层平整度、厚度、坡比虽能达到规程要求，但无论碾压辊怎样碾压均不能达到设计相对密度0.7的要求。
结果分析：由于5cm厚粗砂垫层太薄，压光辊和粗砂垫层接触面小，半径不够大、砂垫层较薄，振动碾压时，砂子会向辊子的两侧雍起，最终达不到预期效果。因此，该方案需优化。
4.2实施方案二:运用振动碾压式衬砌机和配置自行设计生产的平板振动器施工
对方案一实施优化，自行研制一套压实装置，悬挂于振动碾压式衬砌机的桁架结构上，替代碾压辊完成压实作业。
通过模拟和试验改装，采用0.75、1.2、1.5、2.0KW四种平板振动电机与不同面积及不同重量的自制面板进行组合，共组合出12种不同型式的平板振动器在渠坡进行振压试验。试验结果显示：以1.5KW振动电机、以60cm宽、100cm长、托盘面板厚度5mm的加筋板为最优选择，不仅能达到预期目的，而且工效快速。
从试验实施过程来看，用衬砌机的布料系统完成施工，占用大部分的衬砌机械时间，效率低，工程成本较高，不利于大面积作业。该方案需继续优化。
4.3实施方案三:人工摊铺粗砂垫层，振动碾压式衬砌机精平和预压，悬挂压实装置实现终压
继续优化方案二，采用装载机铲料到坡面上，人工直接摊铺、初平，用振动碾压式衬砌机转动螺旋完成整平和多余料的转移，悬挂的压实装置实现终压。
按确定的技术参数继续试验：粗砂虚铺系数1.30，现场摊铺按6.5cm～6.6cm控制；碾压含水率按4%～5%控制；碾压遍数（顺坡往返一次为一遍）选择两遍。试验完成的5cm厚粗砂垫层全部达到设计要求的0.7相对密度指标，平整度、厚度、坡比等指标均满足规程要求。
4.4实施方案四:人工摊铺粗砂垫层，加工一套自动行走压实装置实现压实
为加快施工进度，新引进了一台振动滑模式衬砌机，同时尝试使用天然河砂（粗砂）。由于在此机械上挂置压实装置较难，且衬砌机械较重，工程使用成本较高。综合考虑工程成本、效率因素等，采用人工直接把粗砂摊铺于基面上并挂线精平，替代振动滑模式衬砌机布料作业；单独加工一套自动压实设备，主要包括行走装置、自动控制装置、框架结构、压实装置、传力系统等，完成5cm厚粗砂压实、平整度、坡比控制等作业。
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南水北调渠道工程粗砂垫层（5cm厚）压实方案的
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