层状砂土混凝土施工论文

【摘要】本文针对水泥混凝土路面的施工管理和养护管理两个方面，从设计指标、配合比试验、施工质量控制和检验、施工过程、病害成因、养护与维修技术等方面，讨论了如何对水泥混凝土路面施工质量和养护质量进行有效控制和管理。以下是小编精心整理的《层状砂土混凝土施工论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

层状砂土混凝土施工论文 篇1：

复杂水闸施工技术中的高效工程管理研究

摘 要：复杂水闸的施工是一个复杂的水力学、振动力学等多学科交叉性课题，研究水闸施工技术中的高效工程管理具有重要意义。本文提出一种基于水闸基底应力附加固结法和层状砂土桩基混凝土施工的复杂水闸施工设计和管理技术，首先分析水闸施工的技术要点，然后分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型，进行水循环特性分析，结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案，根据其工作特点进行结构计算，以改善水闸施工的效能，提高工程管理质量，最后设计了水闸施工图纸，进行系统实验。试验结果表明，采用本文设计的施工管理模型，在相同项目中有效节省了工程的成本开销，提高了复杂水闸施工工程施工的质量。

关键词：水闸；施工技术；工程管理

水闸是通过关闭闸门和开启闸门的方式实现河流的拦洪、挡潮、蓄水等功能的水利工程。通过关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，达到对洪涝灾害的泄洪处理；通过开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙，实现对河流的清淤和通航，以满足上游取水或通航的需要。而今，以水闸为代表的水利工程在长江、黄河和运河等水道中应用广泛，水闸多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区。目前，我国的水闸施工工程处于一个成熟阶段。中国修建水闸的历史悠久，常见的水闸工程有长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程、三峡大坝工程和钱塘江挡潮闸工程等。其中，长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程最为典型，是中国最大的水闸工程，其最大泄量为84000km3/s，高53m，闸身净长3km，被誉为海上长城，该水闸的规模位居中国首位。随着现代施工技术的不断发展和进步，水闸施工正向形式多样化、结构轻型化、 施工装配化发展和进步，复杂水闸的施工是一个复杂的水力学、振动力学等多学科交叉性课题，水利水电系统会因为水闸门失事而遭受损失，因此研究水闸施工技术中的高效工程管理具有重要意义[1-3]。

在复杂水闸工程施工过程中，需要考虑基层吸水及供水能力和混凝土水闸面板湿度场数值模拟等因素的影响，制约因素较多。根据水闸的承担任务不同，可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等。不同的水闸施工有不同的管理模型和施工方案，因此难以形成一个有效的施工管理方案。研究复杂水闸施工的高效工程管理模型成为提高水闸施工效益的重要环节[4]。世界上很多发达国家对水闸施工工程管理应用都形成了较为完善的体系，但我国还处于起步阶段，实际工程中多以经验模式进行施工建设，没有形成系统化的理论体系。传统的水闸施工工程管理模型采用共振致密机理模型和概率分析模型进行复杂水闸施工过程中的水流性能变形性状测试[5]，对水闸的孔隙率、位移、孔隙水压力的变化情况进行分析，对水闸施工过程中的基地应力分布都是简单假设为均布荷载分布，对下游用水的需要调节流量不够精确，导致对水闸施工过程中的工程管理方法滞后，影响水闸施工的可靠性，降低水闸的工程质量[6]。

针对传统方法出现的问题，本文研究了一种基于水闸基底应力附加固结法和层状砂土桩基混凝土施工的复杂水闸施工设计和管理技术并进行了模型设计和试验分析，以提高水闸施工的质量，实现高效的工程管理。本文首先分析水闸施工的技术要点，然后分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型，进行水循环特性分析，改善水闸施工的效能，提高工程管理质量，最后设计了水闸施工图纸，进行系统实验。通过对本文的设计模型进行实验验证，展示了本文设计模型的有效性和优越性。

1 基础知识描述及水闸物理力学模型构建

1.1水闸的施工设计及基本构造

为了更好实现对水闸施工的工程管理，需要首先分析水闸的基本知识。水闸在开关闸门过程中，根据下游用水的需要调节流量，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位。水闸的分类主要有按照用途分类和按照结构分类。其中，按照用途，水闸分为节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等；按闸室的结构形式，可分为开敞式、胸墙式和涵洞式等[7]。为了形象说明水闸的构建，现给出典型的长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程，如图1所示。

图1中的长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程闸高53m，闸身净长3km，被誉为海上长城，属于开敞式排水闸，采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门。通常水闸在河床设置防冲槽、护底及铺盖，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位[8] 。通过上述分析，结合实践，给出水闸的施工设计过程中的基本构造模型如图2所示。

图1 长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程

图2 水闸的施工设计基本构造

图2中，水闸的施工环境多位于层状砂土之上。层状砂土的组成主要为粘土、砾砂、淤泥质土夹层、圆砾和卵石。天然含水量[ω]=38.9%，塑性指数[Ip=15]，塑限[Wp]=22%，渗透系数[Kw=1.31×10-3] cm/s。在水闸顶部，设计墙和护坡，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷。当前水闸的建设，正向形式多样化、结构轻型化发展，为了满足上述要求，要提高复杂水闸施工过程中的工程管理能力。根据运用要求和地质条件，选定闸室结构和闸门形式，妥善布置闸室上部结构。要根据水闸运用方式和过闸水流形态，按水力学公式计算过流能力，确定闸孔总净宽度，进行数学建模和分析。

1.2复杂水闸施工物理力学分析模型构建

在上述进行基本模型设计的基础上，通过对水闸的结构分析表明为了提高水闸施工技术水平和工程管理能力，需要对水闸的水动力和水闸体的应力作用进行数学模型偶见。为了适应必要时宣泄大流量的需要，涵洞式水闸多用于穿堤引（排）水，闸室结构为封闭的涵洞。根据水闸所负担的任务和运用要求[9]，综合考虑地形、 地质、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，采用基底应力附件固结法计算孔隙率方法与土力学中孔隙率，计算式为：

[h=12a22L22，1-X22-Y22+X21+Y21a23L23，1-X23-Y23+X21+Y21?a2nL2n，1-X2n-Y2n+X21+Y21] ①

[Ga=X2，1Y2，1a2L2，1X3，1Y3，1a3L3，1?Xn，1Yn，1anLn，1] ②

其中：

[h]— 闸室结构混凝土承载力特征值；

[Ga]— 变形模量关联度；

[a]— 水闸水动力渗透加权系数。

挡潮闸的基底压应力承压范围为：

[xi∈（xi，r-12，xi，r+12]] ③

水闸泄洪消散时间约为5～7 d，能有效满足基底的排水固结处理时间，中间位置按对称等间距原则布设监测点，计算得到基底应力的关联度[k∈[1，+∞）]，则：

[xi+1∈（xi，r-12，xi，r+32]] ④

结合闸下水位及河床地质条件，计算水闸施工的水平荷载采取位移控制加载量为：

[t=μcosα-νsinαω=μsinα+νcosα] ⑤

根据整个施工过程中基底附加应力的分布特点和变化规律，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥。分层配水管柱是实现同井分层注水的重要技术手段，主要分为固定配水管柱、活动配水管柱、偏心配水管柱、桥式偏心配水管柱。固定配水管柱主要由扩张型封隔器及配水器等构成，为保证封隔器的坐封，各级配水器的起开压力需大于0.7MPa。水闸的固定配水管柱和活动配水管柱示意图如图3所示。活动配水管柱主要由扩张式封隔器和空心配水器等构成，各级空心配水器的芯子直径是上大下小，一般分4～6层，最多可达11层，可以实现对水闸的泄洪和水流引导。

（a）固定配水管柱 （b）活动配水管柱

图3水闸的固定配水管柱和活动配水管柱示意图

闸室是水闸的主体，设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等，分别计算各单元的物理力学分析模型，得到动力学方程为：

[xk=a1xk-1+a2xk-11+x2k-1+a3cos（1.2（k-1））+wk] ⑥

其中，[a1=1/2]，[a2=25]，[a3=8]，[a4=20]，满足沿地下轮廓线的渗流平均坡降和出逸坡降在允许范围以内，以样本均值[xk=1Ni=1Nwikxik]作为超荷载下的弹性恢复延伸率，根据水闸上下游最大水位差和地基条件，进行渗透水压力和抗渗稳定性计算。通过上述分析实现了复杂水闸施工物理力学分析模型构建，提高了施工效益。

2 复杂水闸施工高效工程管理实现

2.1问题的提出和水闸基底应力附加固结法描述

本文在上述分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型的基础上，进行了水循环特性分析，改善水闸施工的效能，提高工程管理质量。根据上述分析可见，在复杂水闸工程施工过程中，需要考虑基层吸水及供水能力、混凝土水闸面板湿度场数值模拟等因素的影响，制约因素较多。传统的水闸施工工程管理模型采用共振致密机理模型和概率分析模型进行了对复杂水闸施工过程中的水流性能变形性状的测试，对水闸的孔隙率、位移、孔隙水压力的变化情况进行分析，导致水闸施工过程中的工程管理方法滞后，影响水闸施工的可靠性，降低水闸的工程质量。为了克服传统方法出现的问题和弊端，提高水闸施工的工程管理效能，本文研究了一种水闸基底应力附加固结法的层状砂土桩基混凝土施工技术，进行了模型设计和试验分析，提高水闸施工的质量，实现高效的工程管理。本文给出水闸基底应力附加固结法，描述如下：通常情况下，对固定配水管柱，配水器的水嘴是固定的，这样一来P就成为常量，此时只能通过调整水闸底部的井口压力来控制注入量。计算水流的侧向径流补给概率密度分布函数为：

[uij（k-1/k-1）=P（mi（k-1）/mj（k），zk-1） =1cjPijui（k-1）] ⑦

上式从统计学上表示为一种模型预测概率，[mi]表示通过侧向径流补给时间，通过对通过侧向径流补给，计算抵消水的黏粒控制特征，进行随机变量指数分解，水闸基底应力的特征系数为：

[?i=m2[ 1 ]i ； wi=m-1 ， i=1，2，...，m] ⑧

上式中，[wi]为地下水拦截容量，单位为[m3]，地基内部土体孔隙率随计算迭代时步的变化而变化，开敞式水闸当闸门全开时过闸水流通畅，需要对两层状砂土基桩混凝土最大荷载作用点进行合理加固，闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计，根据接触刚度越大土体的初始孔隙率越大的原理，实现闸的孔径层状砂土基桩混凝土最大荷载作用点产生沉降应力分析。

2.2复杂水闸施工设计及高效管理模型实现

在低循环疲劳情况下和超荷载情况下，本文进行复杂水闸施工设计及高效管理模型试验与设计实现。聚合物砂浆和钢绞线均系国产材料，考虑初始弹性模量，河流由于长年水含量充足，通过渗透的方法，可以不断增加水闸上下游最大水位差和地基条件，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。假设决定流体流动状态的重要参数是雷诺数Re，临界雷诺数[Rec]为

[Rec=ρυcdμ=υcdν] ⑨

式中：[ρ]为流体的密度；[μ]为流体的粘度；d为圆柱管的直径。经过技术经济比较选定，闸址一般设于水流平顺处。从统计学上表示为一种模型预测概率，[mi]表示通过侧向径流补给时间，地下水的整体流向控制总体模型[W]，采用高斯分布密度的积分得到局部最大荷载作用点的应力分析结果，分析作用于水闸上的荷载及其组合，进行闸室和翼墙等的抗滑稳定计算、地基应力和沉陷计算，实现对水闸施工的优化设计，设计图纸如图4所示。

图4 对水闸施工的优化设计

3 试验及结果分析

为了测试本文设计的复杂水闸施工技术在工程管理模型的节省工程开销、提高水闸的质量方面的性能，进行试验分析和研究，进行施工实现和性能测试。采用本文设计的基底应力附加固结法得到作用在砂土桩基混凝土施工基底沉降的不同时刻模型的应力结构，参数设计中，设定河流的过水量[ω]=38.9%，塑性指数[Ip=15]，塑限[Wp]=22%，渗透系数[Kw=1.31×10-3] cm/s，稳定水位在面下 8.5 m。水闸施工设计中，首先进行闸槛高程的选定，确定闸址和闸槛高程，用以引导出闸水流向下游均匀扩散，减缓流速，消除过闸水流剩余动能，防止水流对河床及两岸的冲刷。结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案，对组成水闸的各部建筑物（包括闸门）根据其工作特点进行结构计算。以工程成本开销为测试指标，得到采用本文模型和传统模型的水闸施工开销结构如图5所示。结合工程实践经验，确定地下轮廓线（即由防渗设施与不透水底板共同组成渗流区域的上部不透水边界）布置，须满足沿地下轮廓线的渗流平均坡降和出逸坡降在允许范围以内的条件，计算得到水闸的应力荷载水平测试结果如图6所示。

图5 复杂水闸施工工程开销测试结果对比

图6 水闸的应力荷载水平测试结果

从上图分析结果可见，采用本文设计的施工管理模型，在相同项目中有效节省了工程的成本开销，提高了工程施工的质量，通过水闸优化施工设计，安全地将渗水排至下游，展示了本文设计的复杂水闸施工技术的高效工程管理特性。

结论

在复杂水闸工程施工过程中，需要考虑基层吸水及供水能力、混凝土水闸面板湿度场数值模拟等因素的影响，制约因素较多，且根据水闸的承担任务不同，可分为节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等。不同的水闸施工有不同的管理模型和施工方案，因此难以形成一个有效的施工管理方案，研究复杂水闸施工的高效工程管理模型成为提高水闸施工效益的重要环节。本文研究了一种基于水闸基底应力附加固结法和层状砂土桩基混凝土施工的复杂水闸施工设计和管理技术，进行了模型设计和试验分析，旨在提高水闸施工的质量，实现高效的工程管理。本文首先分析水闸施工的技术要点，然后分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型，进行水循环特性分析，结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案，对组成水闸的各部建筑物（包括闸门）根据其工作特点进行结构计算，以改善水闸施工的效能，提高工程管理质量，最后设计了水闸施工图纸，进行系统实验。研究得出，采用本文设计的施工管理模型，在相同项目中有效节省了工程的成本开销，提高了工程施工的质量。

参考文献

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[9] 王钧，邬丹，郑文忠. 预应力H 型钢混凝土简支梁正截面受力性能试验[J]. 哈尔滨工业大学学报， 2009， 41（6）： 22-27.

作者：刘云虎

层状砂土混凝土施工论文 篇2：

水泥混凝土路面的施工管理与养护管理

【摘 要】本文针对水泥混凝土路面的施工管理和养护管理两个方面，从设计指标、配合比试验、施工质量控制和检验、施工过程、病害成因、养护与维修技术等方面，讨论了如何对水泥混凝土路面施工质量和养护质量进行有效控制和管理。

【关键词】水泥混凝土路面；施工管理；养护管理

Construction Management and Concrete Pavement Maintenance Management

Deng Yong-fang

（Liulin County， Shanxi Province， Luliang City Traffic Construction Project Quality Supervision Station Lvliang Shanxi 033000）

【

【Key words】Cement concrete pavement；Construction management；Maintenance management

1. 概述

（1）水泥混凝土路面是指水泥混凝土面板和基（垫）层所组成的路面亦称刚性路面，它包括普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土、钢纤维混凝土、连续配筋混凝土等。

水泥混凝土路面是一种刚性高级路面，它具有强度高、稳定性好、耐疲劳、抗冲击、抗滑和环境适应性好等特点。因此，水泥混凝土路面在国外被广泛应用在高等级路面。国内外对水泥混凝土路面的修筑都非常重视，使水泥混凝土路面得到了很好的发展，特别是在高等级公路重载交通路面得到了更广泛的使用。

（2）虽然水泥混凝土路面有这些优点，我国水泥混凝土路面发展也十分迅速，但水泥混凝土路面在高速公路和一级公路中仅占25%左右，在二级以下公路所占比重较大，原因是水泥混凝土路面施工技术要求高，所以在水泥混凝土路面施工过程中的施工管理和养护管理显得尤为重要。现从水泥混凝土路面的施工管理和养护管理这两个方面探讨如下。

2. 施工管理

2.1 设计阶段。

水泥混凝土路面设计应根据公路交通量及公路的使用任务、性质，并结合当地气候、水文、土质、材料、实践经验以及施工和养生条件，通过经济比较，做出符合使用要求并与环境条件相适应的经济合理的路面设计。设计内容包括混凝土路面结构构造与组合设计，板厚设计，板的平面尺寸设计和接缝构造设计，水泥混凝土混合料设计等。设计人员一方面要了解设计规范的精神实质，正确、灵活地运用规范条文规定，另一方面要根据当地具体情况，吸取国内外新的技术和经验，保证并不断提高混凝土路面的设计水平。配合比的设计：普通（水泥）混凝土的配合比，应首先因地制宜选好粗、细骨料，了解拌合水和环境对混凝土的影响。并根据混凝土强度等级、施工条件和使用环境，选好水泥品种及标号（水泥强度等级）、水灰比，辅以减水剂和掺合料。

（1）混凝土配合设计的基本要求：要满足混凝土结构设计（及施工要求）的强度等级和混凝土配制强度；要使混凝土拌合物具有足够的坍落度、良好的和易性（可塑性、不易产生离析）；要满足工程使用环境及气候条件所要求的（抗渗、抗冻、耐腐蚀等）耐久性；在保证工程质量的前提下，能尽量节约水泥，合理使用材料，降低工程成本。

（2）配合比的设计方法：混凝土配合比设计，应遵照“普通混凝土配合比设计规程JGJ/T 55”中的有关条文设计。 配合比中最大水灰比、最小水泥用量对混凝土的强度性质和耐久性起了决定作用，应遵照相应的规范来选用。

2.2 施工质量控制。

水泥混凝土路面施工质量应符合设计和施工规范要求。施工前对水泥、水、粗细集料、外加剂、钢材及接缝材料等原材料应进行严格检查，施工中若材料来源或规格发生变化时，应及时进行检查；材料的堆放和储存必须满足要求，对于合格的材料，可进一步设计达到要求强度的配比。施工过程中应对每一道工序进行严格的质量检查和控制。

（1）土基完成后应检查其密实度，基层完成后检查其强度、均匀性、平整度和路拱横坡。

（2）按规定要求验收水泥、砂和碎石；测定砂石的含水量，以调整用水量；测定坍落度，必要时调整配合比。

（3）检查磅的准确性，抽查材料配量的准确性。

（4）检验模板的位置和高程，检查传力杆的定位。

（5）冬期和夏季施工时，应测定混凝土拌和和摊铺时的温度。

（6）观察混凝土拌和、运送、振捣、修整和接缝等工序的质量。

（7）每铺筑400m3混凝土，同时制作两组抗折试件，龄期分别为7天和28天，每铺筑1000～2000m3混凝土增做一组试件，龄期为90天或更长，备作验收或检查后期强度时用，抗压试件可利用抗折试验的断头进行试验，抗压验收数量与抗折数量相对应。试件在现场与路面相同的条件下进行湿治养生。

2.3 施工过程控制。

2.3.1 施工准备。

（1）选择合适的混凝土拌和场地，要求运送混合料的运距最短，接近水、电源，有足够面积的场地，以供堆放砂石材料和搭建水泥库房等。

（2）进行原材料试验和混凝土配合比设计。

（3）基层的检查与整修。混凝土摊铺前，对基层进行整修，检测基层的宽度、路拱、标高、平整度、强度和压实度等均须符合要求方可施工，如有不合格之处应予以整修、补强等。混凝土摊铺前，基层表面应洒水润湿，以免混凝土底部水分被干燥基层吸去，变得疏松以致产生细裂缝。

2.3.2 路面施工。

（1）测量放样 根据设计图纸放出路线中心线及路面边线；在路线两旁布设临时水准点，以便施工时就近对路面进行标高复核。混凝土摊铺过程中，要做到勤测、勤校、及时纠偏。

（2）边模的安装 在摊铺混凝土前，应先安装两侧模板，如果采用手工摊铺，则边模的作用仅在于支撑混凝土，可采用厚约4～8cm的木模板，在弯道和交叉口路缘处，应采用1.5～3cm厚的薄模板，以便完成弧形，条件许可时宜用钢模，这不仅节约木材，而且保证工程质量。模板按预定位置安放在基层上，两侧用铁钎打入基层以固定位置，模板顶面用水准仪核查其标高，不符合时予以调整，施工时必须经常校验，严格控制模板标高和平面位置。支立好的模板要与基层紧贴，并且牢固，经得起振动梁的振动而不走样，如果模板底部与基层间有空隙，应把模板垫衬起，把间隙填塞，以免混凝土振捣时漏浆。支立好模板后，应再检查一次模板高度和板间宽度是否正确。为便于拆模，立好的模板在浇捣混凝土之前，其内侧应涂隔离剂或铺上一层农用塑料薄膜，铺薄膜可防止漏水、漏浆，使混凝土板侧更加平整美观，无蜂窝，保证了水泥混凝土板边和板角的强度、密实度。

（3）混凝土混合料的制备 拌制混凝土时，要准确掌握配合比，特别要严格控制用水量。每天拌制前，要根据天气变化情况，测量砂、石材料的含水量，调整拌制时的实际用水量。每拌所用材料均应过秤。可采用两种形式： 在工地由拌和机拌制， 在中心厂集中制备，而后用汽车运送到工地。

2.3.3 混合料运输。

最基本的要求是：运送到摊铺机前的拌合物必须适宜摊铺。混凝土运输用手推车、翻斗车或自卸汽车运送前，应清净厢罐，晒水润壁，排干积水。装料时，自卸车应挪动车文，防止离析。装载混凝土不要过满，天热时为防止混凝土中水分蒸发，车厢上可加盖帐布，运输时间通常夏季不宜超过30～40分钟，冬季不宜超过60～90分钟，必要时采取保温措施。出料及铺筑时的卸料高度不应大于1.5米，运送用的车厢必须在每天工作结束后，用水冲洗干净。

2.4 摊铺混凝土。

运至浇筑现场的混合料，一般直接倒向安装好侧模的路槽内，并用人工找补均匀，有明显离析时应重新拌匀。摊铺时应用大铁钯子把混合料钯散，然后用铲子、刮子把料钯散、铺平，在模板附近，需用方铲用扣铲法撒铺混合料并插入捣几次，使砂浆捣出，以免发生空洞蜂窝现象。摊铺时的松散混凝土应略高过模板顶面设计高度的10%左右。施工间歇时间不得过长，一般不应超过1小时，因故停工在1小时以内，可将已捣实的混凝土表面用麻袋覆盖，恢复工作时将此混凝土耙松，再继续铺筑；如停工1小时以上时，应作施工缝处理。施工时应搭好事先备好的活动雨棚架，如在中途遇雨时，一面停止铺筑，设置施工缝，一面操作人员可继续在棚下进行抹面等工作。

2.5 混凝土振捣。

对于厚度不大于22cm的混凝土板，靠边角先用插入式振捣棒振捣，再用功率不小于2.2Kw的平板振捣器纵横交错全面振捣，且振捣时应重叠10～20cm，然后用振动梁振捣拖平，有钢筋的部位，振捣时防止钢筋变位。 振捣器在第一位置振捣的持续时间应以拌和物停止下沉、不再冒气泡并泛出水泥砂浆为止，不宜过振，也不宜少振，用平板式振捣器振捣时，不宜少于30S，插入式不宜小于20S。 当混凝土板较厚时，先插入振捣，再用平板振捣，以免出现蜂窝现象。分二次摊铺时，振捣上层混混凝土拌合物时，插入式振捣器应插入下层混凝土5cm，上层混凝土拌合物的振捣必须在下层混凝土初凝前完成，插入式振捣器的移动间距不宜大于其使用半径的0.5倍，并应避免碰撞模板和钢筋。 振捣时应辅以人工找平，并应及时检查模板，如有下沉、变形或松动应及时纠正。对混凝土拌合物整平时，填补板面选用碎（砾）石较细的混凝土拌和物，严禁用纯砂浆。设有路拱时，应使用路拱成型板整平。用振捣梁振捣时，其两端应搁在两侧纵向模板上或搁在已浇好的水泥板上，作为控制路线标高的依据，振捣梁一般要在混凝土面上来回各振捣一次。在振捣过程中，多余的混凝土应随着振捣梁的行走前进而刮去，低陷处应补足振实。为了使混凝土表面更加平整密实，用铁滚筒再进一步整平，效果更好，并能起到收水抹面的效果。

2.6 接缝施工。

（1）胀缝 先浇筑胀缝一侧混凝土，取走胀缝模板后，再浇另一侧混凝土，钢筋支架浇在混凝土内。压缝板条使用前应涂废机油或其它润滑油，在混凝土振捣后，先抽动一下，而后最迟在终凝前将压缝板条抽出，抽出时，用木板条压住两侧混凝土，然后轻轻抽出压缝板条，再用铁模板将两侧混凝土抹平整。

（2）横向缩缝（假缝）。

切缝法：在混凝土捣实整平后，利用振捣梁将“T”形震动刀准确地按缩缝位置震出一条槽，随后将铁制压缝板放入，并用原浆修平槽边。当混凝土收浆抹面后，再轻轻取出压缝板，并立即用专用抹子修整缝源。

锯缝法：在结硬的混凝土中用锯缝机锯割出要求深度的槽石。但要掌握好锯割时间，过迟因混凝土过硬而使锯片磨损过大且费工，过早混凝土因还未结硬，锯割时槽口边缘易产生剥落。

纵缝：筑做企口缝纵缝，模板内壁做成凸状，拆模后，混凝土板侧面即形成凹模。

2.7 收水抹面及表面拉毛（或刻纹）。

水泥混凝土路面收水抹面及拉毛操作的好坏，可直接影响到平整度、粗糙度和抗磨性能，混凝土终凝前必须收水抹面。 抹面前，先清边整缝，清除粘浆，修实掉边、缺角。 抹面一般用小型电动磨面机，先装上圆盘进行粗光，再装上细抹叶片精光。操作时来回抹平，操作人员来回抹面重叠一部分，初步抹面需在混凝土整平后10分钟进行，冬季施工还应延长时间。抹面机抹平后，有时再用拖光带横向轻轻拖拉几次。 抹面后，当用食指稍微加压按下能出现2mm左右深度的凹痕时，即为最佳拉毛时间，拉毛深度1～2mm。 拉毛时，拉纹器靠住模板，顺横坡方向进行，一次进行中，中途不得停留，这样拉毛纹理顺畅美观且形成沟通的沟槽而利于排水。

2.8 养生。

为了防止混凝土中水分蒸发过速而产生缩裂，并保证水泥水化过程的顺利进行，混凝土应及时养生。

（1）潮湿养生，混凝土抹面2h后，当表面已有相当硬度，用手指轻压不现痕迹时即开始养生。一般采用湿麻袋或草垫，或者20～30mm厚的湿砂覆盖于混凝土表面。每天均匀洒水数次，使其保持潮湿状态，至少延续14天。

（2）塑料薄膜或养护剂养生，当混凝土表面不见浮水，用手指按压无痕迹时，即均匀喷洒塑料溶液，形成不透水的薄膜粘附于表面，从而阻止混凝土中水分的蒸发，保证混凝土的水化作用。

混凝土强度必须达到设计强度的90%以上时，方能开放交通。

2.9 拆模。

拆模时先取下模板支撑、铁钎等，然后用扁头铁撬棍棒插入模板与混凝土之间，慢慢向外撬动，切勿损伤混凝土板边，拆下的模板应及时清理保养并放平堆好，防止变形，以便转移他处使用。

2.10 夏季施工。

在气温超过25℃时施工，应防止混凝土的温度超过30℃，以免混凝土中水分蒸发过快，致使混凝土干缩而出现裂缝，必要时可采取下列措施。

（1）对湿混合料，在运输途中要加以遮盖。

（2）各道工序应紧凑衔接，尽量缩短工期。

（3）搭设临时性的遮光挡风设备，避免混凝土遭到烈日暴晒并降低吹到混凝土表面的风速，减少水分蒸发。

2.11 冬季施工。

混凝土强度的增长主要依靠水泥的水化作用，温度高，水化作用迅速完成，强度增长快；温度低，水化作用慢，强度增长慢，并且严重受冻的混凝土可以形成一堆互相作用的混和物。因此，尽可能在气温高于+5℃时进行施工，并且掺加早强剂。气温低于5℃时非施工不可时，可采用高标号快凝水泥，或加热水；砼表面覆盖蓄热保温材料等措施。

2.12 施工质量检验。

施工中应及时测定7天龄期的试件强度，检查其是否已达到28天强度的70%（普通水泥混凝土路面），否则应查明原因，立即采取措施，务必使继续浇筑的混凝土强度达到设计要求。在以上各项目中，凡属于质量中间检查的，均应做好施工记录并予保存。

混凝土路面竣工验收的主要项目包括：

（1）外观上不能有蜂窝、麻面、裂缝、脱皮、石子外露和缺边掉角现象。

（2）路缘石应直顺，曲线应圆滑。

混凝土拉毛施工完毕，应按随机取样的方法选择测点进行检验，检查段应不少于3个，每段长为1Km，其质量验收和允许偏差应符合表中的规定。

3. 养护管理

水泥混凝土路面在行车荷载与自然因素作用下，可以因混凝土板、接缝和基层、土基的缺陷产生各种类型的损坏，其中既有设计的原因，也有施工质量的问题，以及人为外界的因素，有时则是各种因素相互影响所造成的。水泥混凝土路面在良好的条件下，其使用年限要比其他路面长，但一旦开始损坏，则会引起破损的迅速发展。因此，必须做好预防性、经常性的养护，通过日常的观察，及早发现缺陷，查明原因，及时采取相应的处治措施，使路面保持完好的状态。

3.1 路面常见的破损类型。

包括裂缝、接缝材料破损、边角碎裂、拱起、错台、板块沉陷、坑洞、表面裂纹与层状剥落等。

3.2 路面的保养。

水泥混凝土路面必须经常清扫，保持路容整洁，清除路面泥土污物。如有小石块应随时扫除，以免车辆碾压而破坏路面表面。冬季应及时清除冰雪。水泥混凝土路面保养的重点在接缝，使接缝保持完好，表面平顺，行车不致产生颠跳。当气温下降按接缝扩大而有空隙时，应在当地气温较低时进行灌缝填隙；当气温上升填缝料挤出缝口时，应予铲除，并防止砂土、泥土压入接缝内，影响板的正常伸缩。填缝料一般每隔2～3年更换一次。

3.3 路面的修理。

3.3.1 接缝的修理 包括清缝和填缝两种。（1）清缝为用小扁凿凿除或清缝机具清除旧填缝料和其他杂物，露出缝壁，用吹尘器吹净缝内尘土。（2）填缝为填缝材料有接缝板和填缝料两类：接缝板用于胀缝下部，填缝料用做填灌胀缝上部和缩缝的缝隙。

3.3.2 裂缝的修理。（1）对于缝宽小于3mm的初期裂缝，可采用粘结剂直接灌缝进行处理；（2）对于冬季修补通车路段局部性裂缝，可采用喷嘴灌浆法。（3）对于贯通板厚的中、重程度的横向裂缝，可采用条带罩面法修理。

3.4 路面的大修与加铺。

3.4.1 根据路面使用质量评价的结果，当确定水泥混凝土路面需要进行大修时，可按其大修的面积及土基、面层与交通量等情况，分别选用路面结构。混凝土路面大修的设计与施工分别按照有关设计、施工规范进行。应注意：（1）开凿破碎原路面时，应以一块路面板为最小单位；（2）重浇的混凝土路面板与相邻一侧原有混凝土路面板相接的纵缝要设置拉杆；（3）大修与新建不同，大修工程作业范围分散，不便进行整段机械化施工。

3.4.2 加铺层的厚度应按《公路水泥混凝土路面设计规范》规定的方法计算确定。加铺层的最小厚度，当采用普通混凝土时，结合式加铺层不宜小于10cm，直接式加铺层不应小于14cm，分离式加铺层不应小于18cm；当采用钢钎维混凝土时，结合式加铺层不宜小于5cm，直接式加铺层不应小于8cm，分离式家加铺层不应小于10cm。

3.4.3 结合式和直接式加铺层的接缝应与旧混凝土板的接缝完全对齐一致，但一般可不设拉杆或传力杆。分离式加铺层的接缝，可分别按普通水泥混凝土路面或钢钎维水泥混凝土路面的规定要求设置。

4. 结束语

公路建设是一项基础建设，是我国经济发展的标志之一，我们作为一个有施工理论和实践的技术人员，应该在修好每条路的同时也要对公路进行养护，对已经出现和形成的病害，对症处理，同时，路政管理对超载等人为的因素进行管理，综合治理，延长混凝土路面使用寿命，只有施工与养护同步才能保证“质量”，才算是优质工程。

参考文献

[1] 《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）.

[2] 《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）.

[3] 尤晓晖等.现代道路路基路面工程.第2版.北京.清华大学出版社和北京交通大学出版社，2008.

作者：邓永芳

层状砂土混凝土施工论文 篇3：

堤防CT成像的数值模拟研究

摘 要：简述以射线理论为基础的地震CT的基本原理、数学方法、图像重构技术、ART算法和SIRT算法，在现有井间地震CT的基础上研究堤防CT，利用MATLAB编程对堤防进行地震断面CT的数值模拟，通过ART和SIRT重建方法进行反演，分析得出二者在堤防CT应用中的优缺点及适用条件。结果表明：ART算法和SIRT算法都得出了较好的反演结果，提高了探测效率和精度，较好地验证了堤防CT成像技术的正确性和可行性。

关键词：堤防;地震CT;ART算法;SIRT算法

Key words： embankment; seismic CT; ART algorithm; SIRT algorithm

1 引 言

長久以来，每到汛期，洪灾威胁对两岸居民的安全和生活造成了严重的影响。抵御洪水泛滥、保护人民生活和工农业的生产，堤防已经成为一道重要的屏障。我国江河堤防质量良莠不齐，为了有效防控洪水，堤防隐患探测工作已经变得十分重要。如何高效、准确地确定隐患的分布位置和大小，已经成为堤防隐患探测迫切需要解决的问题 [1]。

20世纪80年代以来，我国开始采用物探方法[2]开展堤防隐患探测的研究工作，如高密度电法[3]、地质雷达法[4]、瞬变电磁法[5]等。物探方法是根据堤防土体与隐患之间的地球物理特性差异来判断是否存在堤防隐患，在堤防质量检测中起到了重要的作用。

目前，地震CT技术[6]已经被多次应用于地球物理勘探的不同工况中[7]。阎生存等[8]对大坝进行ART算法成像研究，推动了CT技术在大坝隐患检测中的发展[9];胡明顺等[10]提出井地地震CT探测的方法;李世民等[11]运用地震CT技术对隧道前方地质情况进行超前预报;靳洪晓等[12]运用地面地震CT技术对浅层地质情况进行勘探研究。但是目前地震CT技术应用在堤防上的案例较少，堤防CT和一般的井间地震CT不同，堤防是一个近似规则的梯形结构[13]，两边均有一定坡度，分为迎水面和背水面。因此，堤防CT模型应该是一个梯形模型。

堤防模型的建立，除了考虑近似于梯形结构的地形影响外，还需要考虑堤防的构筑材料对波速的影响。堤防主要有土堤、钢筋混凝土堤、土石混合堤等，其中土堤最为常见，在某些缺乏土料的地区常采用土石混合堤。堤防的上层一般是不透水覆盖层，下层一般为透水的砂砾石层和细砂层。堤防的土一般为壤土类土和黏土类土[14]，其中可能夹杂着少量的砂土。这些堤防中的不同构筑材料都对波速有着不同程度的影响。

堤防的迎水面和背水面工作条件较好，在采用地震CT进行堤防隐患探测时，容易实现地震波的激发和接收。本文利用基于MATLAB编写的程序进行堤防CT的数值模拟，反演堤防中隐患的位置和大小，从而验证在堤防上进行地震CT的准确性和可行性。

2 堤防CT基本原理

2.1 离散图像重建原理

如图1所示，在Y方向沿梯形左侧（迎水面）安置系列震源、Y方向沿梯形右侧（背水面）安置系列检波器。

震源产生的地震波被检波器采集后，以电信号的形式传输至主机。通过拾取地震波初至时间，可实现反演这个梯形剖面的速度v（x，y）或慢度f（x，y）=1/v（x，y）。设第i个地震波的走时为τi，传播路径的长度为Li，则

式（1）中df代表弧长微元，速度和传播路径都是未知条件，而时间τi是试验采集到的数据，为已知的。在堤防中地下介质近似相同，速度场可以看作是不变的，射线的路径Li看作近似直线。但是，在实际的堤防中地下介质情况是不同的，射线路径也往往是弯曲的。假设图像重建区的网格数目为M，单元格的慢度依次为f1、f2、…、fM。第i条射线的传播时间为

通过式（3）计算得出一个速度场的分布矩阵，根据获得的数据进行反演成像。在计算反演矩阵A时往往是没有规则的，且其中的射线只通过了反演区域的一部分。在实际工程应用中常用迭代法求解式（3），重建探测区域的速度场。

2.2 ART算法

目前，反演的方法很多，主要有以下几种：矩阵法、付氏变换法、卷积反投影法、代数重建法（简称ART法）[15]。ART算法[16]适用性较广，直射线和弯曲射线均能使用。

ART算法的基本思想是先给反演区域中的每个像元都赋予一个初始时间值tij，一般为0;然后将投影结果沿射线方向反投影回原像元，同时不断地对反演区域进行修正;最终在满足要求时停止修正。假设fq，ij为第q轮迭代时第i条射线上对于第j像元的慢度（估计值），则第i条射线的理论走时可以表示为

所有射线修正完后，若计算得出走时差的模ΔTq<ε（ε为给定允许误差），则停止迭代;否则，再进行第q+1轮的迭代，从i=1开始。

2.3 SIRT算法

SIRT算法[17]是由Gilbert首先提出的。該算法与ART算法不同，典型的ART算法用第j条射线的修改值来计算第j+1条射线的修改值，而SIRT算法是把第k轮迭代的所有射线的修改值保存到一个指定空间，在这一轮结束后求得某种平均修改值Δf-，然后再对每个像元的慢度进行修正，即f（k+1）=f（k）+Δf-，并用于下一轮迭代。

3 软件介绍

软件基于MATLAB编写，反演方法使用ART算法和SIRT算法。MATLAB软件可以用于矩阵运算、函数和数据绘制、三维成图和创建图形用户界面等[18]，将数据进行矩阵化处理，运用MATLAB进行计算，极大地提高了工作效率。

软件主要分为两个部分，分别为规则的梯形堤防模型和有淤背区的堤防模型。有淤背区的堤防模型是在规则梯形软件的基础上设计一个淤背区。

梯形模型软件的主要功能是建立一个堤防梯形模型，对此模型进行正演和反演，得出地震波在堤防中的速度分布图，最后找出堤防隐患的位置，从而提高堤防隐患探测的效率和数据解释的可视化程度。软件的运行过程如下：第1步，建立一个网格化的梯形模型，在此模型上设置激发点和采集点;第2步，分别设置实际的背景探测速度和假设的背景探测速度，通过计算得到每条射线经过像元的长度，并计算出每条射线的理论时间和实际时间;第3步，将结果利用ART算法和SIRT算法进行反演，当满足条件时，停止迭代;第4步，计算结果成图，得出探测区速度分布图，从图中的速度分布情况可以看出隐患异常体所在的位置。

4 数值模拟

堤防观测系统具备对称性，因此建立一个梯形堤防数值模型。异常区与堤防填筑料的平均速度差对成像质量的影响很大，速度差越大，成像质量越好。地震波通过堤防时，如果遇裂缝、空洞等异常体，速度会降低。假设规则梯形探测区背景速度为1 000 m/s，模型中异常体像元的速度为900 m/s，如图2（a）所示，设计一个规则的二维梯形模型，网格区域为5×6，网格划分为1×1。梯形左侧为迎水面，右侧为背水面。激发点分布在梯形的左侧，采集点分布在梯形的右侧，设置激发点和采集点间距为0.5 m或1 m，重建区网格数为26。

淤背区对堤防工程具有重要的作用，能够增强堤防的抗渗和抗震稳定性。因此，设计重建区网格图形模型为有淤背区的堤防，右侧有一个高2 m、宽1 m的淤背区。基于MATLAB使用ART算法和SIRT算法进行反演，最大迭代次数均为20次。

采用图像距离测量值来评价图像重建效果，即归一化均方根距离测量值d、归一化平均绝对距离测量值r和最坏情况距离测量值e。d=0表示重建图像忠实地再现原始图像，d值愈大表示两者偏差愈大;r=0说明没有误差，r增大，说明误差增大;e为原始图像和重建图像之间的最大平均慢度差。建立3类模型，第1类为含低速体堤防，第2类为层状堤防，第3类为有淤背区的层状堤防，进行对比分析。

4.1 含低速体堤防模型

图2（a）为激发点和采集点的间距为1 m的含低速体模型，一共25条射线。图3（a）为激发点和采集点的间距为0.5 m的含低速体模型，一共81条射线。

图2和图3中的迭代次数均设置为20次。激发点与采集点的间距越小，经过每一个像元的射线条数越多。由表1和图3可知，在迭代10次后，SIRT算法结果趋于稳定，ART算法的图像距离测量值还在增大;迭代20次后ART算法的结果才趋于稳定。由此可见，对于堤防含低速体模型，SIRT算法比ART算法收敛速度更快，且收敛性更好。

4.2 层状堤防模型

层状堤防ART算法和SIRT反演结果见图4。图4（a）为激发点和采集点的间距为0.5 m的层状堤防模型，一共81条射线。探测区的背景速度为1 000 m/s，模型中像元（层状）的速度为900 m/s。

由图4和表2可知，SIRT算法的结果好于ART算法，且收敛速度更快。ART算法在第10次迭代后，d值还在增大，而SIRT算法d值在逐渐减小。图4中（c）和（d）迭代次数均为20次，都可以明显看出异常体的位置和大小。

4.3 有淤背区的层状堤防模型

有淤背的层状堤防模型反演结果见图5和表3。图5（a）为激发点和采集点的间距为0.5 m的有淤背区的层状堤防模型，共78条射线。探测区背景速度为1 000 m/s，异常体的速度为900 m/s，在淤背区有轻微绕射，速度为800 m/s。

由图5和表3可知，SIRT算法的收敛速度大于ART算法的，且受到淤背区的干扰较小，上下层都能明显反演出异常体的位置和大小。

5 结 语

（1）由于地震波传播实际路径并不是一条直线，因此不能完全重建出真实速度场，但根据速度场相邻区域的差异可以识别出异常体在堤防中的空间分布及形态。

（2）当迭代次数相同时，SIRT算法重建图像的距离测量值比ART算法的小。当距离测量值相近时，SIRT算法重建的迭代次数少于ART算法的。可见SIRT算法比ART算法的迭代收敛性要好，收敛速度快，而且对投影数据误差的敏感度小。

（3）震源和检波器的排布设计直接影响射线分布的密度、均匀性，从而影响图像重建的精度和清晰度。因此，在实际应用中，要选择合适的震源和检波器的排布，以获得真实可靠的重建图像。

利用MATLAB编程软件进行堤防CT的隐患探测研究，通过数值模拟，ART算法和SIRT算法反演都得出了较好的结果，验证了地震CT进行堤防隐患探测的正确性和可行性。

将地震CT方法应用在堤防隐患探测上，提高了隐患探测的效率和精度，并且减少了钻孔费用。在实际工作中，如果在观测系统设计、数据采集和数据处理三个阶段选择合适的方法，那么堤防CT成像技术将取得较好的探测结果。下一步还需要进行实际堤防隐患探测试验，与实际钻孔资料对比，进一步验证堤防CT成像技术的实用性。

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【责任编辑 许立新】

作者：潘纪顺 刘宇锋 李长征