南水北调渠道底板抹平机设计

1 绪论1.1 南水北调总概况南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。我国南涝北旱，南水北调工程通过跨流域的水资源合理配置，大大缓解我国北方水资源严重短缺问题，促进南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展，分东线、中线、西线三条调水线。西线工程在最高一级的青藏高原上，地形上可以控制整个西北和华北，因长江上游水量有限，只能为黄河上中游的西北地区和华北部分地区补水。南水北调工程总体规划分为：东线、中线和西线三条主调水线路。通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局，实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。1.2 南水北调渠道工程概况南水北调工程已全面开工，主要为渠道工程，同时在途经各省、市、县、村时考虑了各种跨渠生产桥、交通桥、倒虹吸和渡槽来解决各地的出行、灌溉、防洪等问题。南水北调工程渠道工程主体设计基本为：渠道坡比为 1：2 或 1：2.5，渠底宽为 21.5m 或 23m，保温材料为 4、5的聚苯乙烯保温板或 31cm 的砂砾料，防渗材料为复合土工膜，渠坡衬砌混凝土板厚度为 10，渠底衬砌混凝土板厚 8cm，渠坡分缝为每 12m 一条通缝，12m 之间每 4m 一条半缝，通缝缝宽 2，半缝缝宽 1，渠底分缝为左右坡脚和渠底中心位置各设一条通缝，其余纵缝均为半缝，渠道在通过部分地下水位高的地段时进行渠基排水。因此渠道的修建无疑是南水北调工程中重要的一部分。根据南水北调渠底施工条件的特殊性，以混凝土入仓方式选择为重点，通过分析对比汽车运混凝土、泵送混凝土、溜槽输送混凝土、布料机运混凝土的优缺点，对渠道混凝土施工系统中的抹平机构进行初步设计。1.3 渠道修建中的抹平机构的意义在南水北调工程之前，抹平机构大多都是采用震动来实现的。后来稍微自动化一些的是通过柴油机械做移动移动的动力源，来使抹平机构更加自动化一些。然而在南水北调的渠道抹平中这样的机构是不能大规模投入使用的，首先是因为自动化程度不够高，另外，最终抹平的平整度也不是很高，也不够机械化，不能提高效率。为了提高施工效率和表面的平整度，采用了桁架带动机头进行横向和纵向的移动来进行抹平。这种机构不但提高了工作效率，同时也满足了表面平整度的要求。降低了人力的投入，从而降低了工程成本，在渠道抹平中有重要意义和可操作性。2 施工前期应做好的准备工作及注意事项2.1 准备工作 2.1.1 占地征迁由于渠道工程施工战线较长，一般标段长 68km，施工临时和永久占地面积较大，且所经之地多以农田和村庄为主，除庄稼地以外还有公路、房屋、树木、电缆、光缆、煤气管道、输水管道等设施，征迁对象涉及方方面面的人员和部门。因此，征迁工作具有点多、面广、管理层次多、征迁难度大、占用时间长等特点。为促使工程早日开工，首先应做好工程沿线的地表和地下设施调查和统计，按征迁项目的多少区分较难和较容易的区段；其次，利用施工单位特有的资源，如测量人员和设备、施工机械配合当地征迁（此项工作往往在监理入场后可签认计日工） ，可加快征迁进度；第三，积极与当地村委或相关组织取得联系，寻求他们的支持，争取在征迁较容易的区段尽早开辟作业面；第四，及时做好征迁工作的统计和上报工作，既便于建设单位协助解决征迁遗留问题，同时为工程后续索赔工作做好现场取证依据。2.1.2 土方平衡渠道工程前期施工多以土方工程为主，提前做好渠道总体土方平衡将对工程顺利开展起到十分重要的作用。首先，合同往往要求渠道回填所需土料优先利用本标自身开挖合格土料，在满足渠道回填用土对土质要求的情况下，渠道开挖土料首先需满足自身回填用土需要，否则会造成大量的回填用土缺口。其次，由于渠道施工占线长，且征迁进度不统一，如何能做到土料在场内的运输距离最短，且有利于施工组织，将是最经济的运输方案。第三，渠道开挖土量与回填土料往往不对等，需提前规划弃土场或取料场，弃土场和取料场的距离远近，也直接关系到工程成本。基于上述情况，土方工程施工前应抓紧做好以下几点：（1）原始地形测量，该项工作是校核合同土方工程量和土方工程结算的依据，必需提前完成；（2）地质调查，由于渠道回填用土往往有各项物理指标，如粘粒含量、塑限指标等，通过对渠道沿线进行地质调查，可为土方平衡分类计算工程量提供依据，同时还有利于施工设备选型，此项工作一般需连同监理和设计部门一同进行，以便后续对土方平衡进行确认。（3）沿渠开挖土料划分，根据地质调查资料，并结合原始地形测量资料及设计断面图，将渠道所有开挖土方量按不同用途分类计算，依据土料的不同用途，可分为清表土、可筑堤土、其他土等，然后结合渠道回填工程量进行土方平衡。（4）明确取、弃土场的位置，做好取、弃土面积和存储量测量，并测定运距，最后将前面所有资料汇集在一起，才能真正进行土方平衡，才能核算土方工程施工成本。往往在土方平衡确认后，可依据合同要求进行土方增运距补偿。2.1.3 施工规划施工前期做好总体规划将给后续施工带来极大的帮助，良好的施工布置，不仅能给施工人员生活和施工带来方便，而且可减少不必要的资源浪费。首先，应做好临时设施布置，施工营区宜布置在标段的中间部位，如战线较长，可考虑两个营区，拌合站和加工场可靠近营区布置，既兼顾了材料的运输距离，同时施工用水、用电、现场看护可一并解决；由于渠道沿线均涉及到混凝土衬砌和防护施工，适宜在沿线架设施工低压线路，既可满足渠道工程连续施工，而且可兼顾沿渠小型建筑物施工。其次，应做好施工进度安排，由于渠道工程沿线会涉及到排水建筑物和交通桥等交叉建筑物施工，工程前期应将上述建筑物施工优先安排完成，既可早日实现工程安全度汛，又可缓解渠道贯通时桥梁通车压力。第三，考虑冬季和汛期对部分工程影响，应合理安排施工任务，使工程有条不紊开展，同时，如有必要，还应给受征迁影响未能按时施工的项目留足赶工时间，并制定详细的赶工措施。2.2 施工过程中应注意事项2.2.1 主材控制渠道工程施工最主要的材料通常是钢筋、水泥、粉煤灰、砂石骨料，还包括渠道保温和防渗所需的保温板、复合土工膜、聚硫密封胶等，后者通常由建设单位在招标文件上指定，前者则通常在工区所在地就近取材。由于渠道工程施工战线长的特性，工程往往分标段同时开工，当施工掀起大干高潮时，届时势必会造成材料紧缺、物价上涨的情况，将给工程施工进度和施工成本造成严重影响。针对上述情况，提出以下几点建议：（1）提前撑握工程所需主材清单和工程量，明确合同规定和相关质量要求；（2）结合施工进度计划，提前做好材料定购储备，特别是砂石骨料，并与供货商签定中长期供货合同；（3）多选择几家合格供货商，通过市场竞争来减少成本；（4）做好主材的资金储备，在市场货源比较紧俏时，通常现金支付材料价格会相对便宜，当项目资金紧张时，可考虑向业主申请材料预付款。2.2.2 资金分配管理项目资金管理决定着项目能否正常运转。结合南水北调工程的特性，前期施工主要以土方工程为主，相应每个月所完成工程产值会相对较高，工程利润也会相对较好，而后续渠道工程施工和沿渠交叉建筑物施工，虽工程量较大，但作业面分散，单日工效较低，材料和设备成本支出较高，而且结算产值往往较施工产值滞后。针对上述情况，在资金总体分配管理上应注意以下几点：（1）结合施工总体进度安排来合理安排资金使用计划，重点保障工程重要部位的资金投入；（2）提前做好资金使用计划，充分应对市场各种不利因素对工程的不利影响； （3）受南水北调工程大部分实行委托代建制的影响，建设方往往在处理工程变更及索赔结算时步伐会较慢，为避免因工程变更而占压资金，工程变更后，现场施工应与变更单价审批、完工工程量上报同步，争取早日拿到变更部分的工程结算款，否则，应采取预结算等其它方式，缓解工程资金压力。2.2.3 施工人员管理首先我们要认识到人性化管理的重要性，这既是国家提倡和谐社会的重要组成部分，同时也是企业调动广大职工积极性的重要手段。施工过程中，在核算项目成本的情况下，要从职工待遇、劳动安全保障、职工生活等方便给予充分考虑，让职工处于良好心态的氛围下从事施工劳动。其次，作为劳务雇佣单位，应认识到广大农民工的法律意识在不断增强，受信息传播方式多样化及传播便捷等条件影响，大家逐步开始学法、并懂法，因此，应随时做好农民工工资发放、农民工安全保障等相关事宜，做好详细记录，并与当地劳动部门建立良好关系，防止农民工上访、举报等事件发生给企业造成不良影响。2.2.4 抓好工程重点工程开工前，首先应结合工程的难易程度，分析施工过程技术质量应控制的重点，以便采取有针对性的措施予以应对，并加以落实解决。结合南水北调工程的特点，渠基回填、复合土工膜焊接防渗、桥梁施工应作为质量监控重点。当渠道基础回填和渠道防渗出现质量问题时，将影响到工程安全运行及设计性能的正常发挥；当桥梁施工质量发生问题时，轻则影响到桥梁的正常运行，重则影响到人民财产和生命安全，将酿成重大安全责任事故。因此，施工过程中应对重要部位进行严格质量把关，不得出现任何质量问题，要通过有效的技术手段、质量保证措施、施工管理方法来杜绝各类事故发生，确保工程又好又快开展。2.2.5 做好安全、文明施工安全文明施工是检验一个施工企业施工管理能力的重要窗口，它将直接联系到企业制度建立是否健全，企业安全投入是否到位，企业安全文明监管执行力是否有效，企业职工综合素质是否达标等。因此，施工过程中要加强职工安全文明施工意识培训教育，通过各种有效手段，让大家争做安全文明施工的带头人，从而给现场施工营造一个良好的施工环境。3 渠道施工方案概述3.1 渠道开挖施工（1）渠线控制测量应满足三等平面控制测量和三等水准测量精度。（2）渠道开挖底高程偏差值土渠不超过2cm，渠道开挖边线偏差值土渠不超过2cm，渠底及内边坡平整度（用 2m 直尺检查）偏差值土渠不超过 2cm。(3)根据渠道控制点坐标及弯道参数确定渠道中心线，放好开挖边线，报送监理工程师复核批准后方可进行基础开挖。(4)渠道开挖前，先清除表层 30cm 厚腐植土，并用于渠道弃土区的复耕回填。(5)开挖由上而下分层分段依次进行，同时应经常校核测量开挖平面轮廓、位置、水平标高、控制桩号和边坡坡度是否符合施工图纸的要求。(6)渠道开挖后，若实际地质情况不满足设计要求，须由设计单位确定地基处理措施。(7)根据经验，在后续工作能顺利衔接的情况下，渠道开挖一定要一次开挖成型，由于开挖留下的尾工，清除起来特别费时费工。3.2 边坡修整(1)机械进行削坡前，先进行测量放样，放样时要注意采用定桩控制，长线控制短线，先整体后局部的形式放线。(2)人工削坡时必须放样垂直于渠道轴线的坡面线，高程用水准仪测量后挂线，根据施工经验，此线采用成型混凝土坡面线比较方便，工人在削坡过程中，用铁锨印记随时进行控制。(3)由于该段渠道坡降很小，较难控制，要求削坡放样标准高，工人在操作过程中要经常检查，严格要求。(4)由于坡长较大，渠道放样时建议在坡面中间位置加桩，防止因工程线下垂导致的削坡不到位。(5)挂线间距以 5m 为宜，便于平行渠道轴线坡面的控制。(6)各桩的高程测量要有详细的测量记录和简单的示意图，桩面最好标示桩号和高程，便于过程控制。(7)削坡完成经过自检合格后，校核桩面，准备测量验收等资料。3.3 无砂混凝土管的铺设(1)盲沟开挖按设计要求走向顺直，底部平整，挖深达到设计要求，开挖好的盲沟经自检和现场监理检查合格后再进行下一步的施工。(2)铺设无砂混凝土管时，先将盲沟内铺垫厚 20cm 砂砾料，然后铺土工布，把无砂混凝土管逐根放入靠紧，用土工布将无砂混凝土管包裹起来，土工布平行于轴线方向搭接长度为 25cm，垂直于管轴线方向搭接长度为 40cm，并每隔 30cm 用 20 号铁丝扎进，然后进行砂砾料回填，并分层进行夯实。(3)无砂混凝土管采用平接口方式，要求管口对齐。(4)渠坡纵横向无砂混凝土管采用 PVC 三通（DN200）连接。连接处用土工布包裹扎实。(5)渠底纵横向暗管采用连接井连接，暗管与连接井连接处用砂浆抹实，土工布嵌入连接井壁 10cm。(6)根据实际情况，渠道必须分段施工，对已经安装好无砂混凝土管的渠段，为防止污泥水从管口流入，要用土工布把管口进行包裹。3.4 砂砾料铺设（1）渠道各段砂砾料设计厚度如表 1。（2）坡上砂砾料从一级马道运输至铺设部位后，由装载机或挖掘机配合卸料至相应的坡面，在卸料之前，要根据该段铺设厚度计算卸料密度。（3）对于渠底砂砾料，如果仓面及运输道路具备条件，可直接运输至渠底，再由装载机或挖掘机配合平料。如果上述条件暂时不具备，在铺设坡面砂砾料时，根据具体情况，在左岸或右岸坡面将渠底砂砾料备足，待渠底验收后，用挖掘机从坡面倒运砂砾料至渠底。表 1各渠段砂砾料设计厚度桩号 331+300331+400 331+400334+200 334+200335+500位置左岸渠底右岸左岸渠底右岸左岸渠底右岸厚度（ cm） 26 34 44 20 37 48 26 34 44（4）根据经验，坡面砂砾料摊铺用人工配合挖掘机既经济又省时，碾压用推土机或挖掘机都可以。对铺设厚度为 2026cm 的砂砾料，一次铺设碾压成型；对铺设厚度为 3448cm 的砂砾料，分两层进行铺设，分层进行碾压。（5）碾压时，推土机或挖掘机的链轨宽度搭接 1/2 宽即可满足压实要求。机械碾压后要进行收面以达到要求的平整度，收面用平板夯或铁碾子。根据经验，用铁碾子收面时，将卷扬机固定在小手扶拖拉机上比较方便。（6）无论是在碾压还是收面的过程中，都要大量的对砂砾料面进行洒水。实际经验，碾压砂砾料时，水洒的越多越容易压实。（7）砂砾料铺设强度经验值：40m/d(铺设厚度 3448cm)，52 m/d(铺设厚度2026cm)，资源：1 台挖机，一套碾压设备，20 名壮工。该经验值根据每段渠道具体设计结构、地质情况、地下水位以及现场施工道路等实际情况会略有不同。3.5 土工膜铺设布料都是由混凝土运输车通过上料皮带传输至运输皮带，运输皮带通过下料斗在桁架上行走将混凝土摊铺至渠坡坡面，混凝土入仓塌落度控制在 56cm，单趟铺料时间为 240”，下料小车行走速度控制在 3.5m/min。在摊铺混凝土的过程中用挡板将混凝土刮平并由后面的 3 台振捣棒进行初步振捣，振捣时间为 20”，在混凝土布料时随时检查混凝土摊铺厚度，摊铺厚度必须比设计厚度厚 34cm，有利于复振，在局部摊铺不均匀的部位人工铺料找平。 河南生产的衬砌机振捣主要是在布料完成后将衬砌机行走至铺料段，从下至上用安装在衬砌机上的高频平板振捣器或振动棒进行振捣，平板振捣器安装高差为 2，上高下低，上部振捣器振捣后的混凝土高度要比下部振捣器面板高 2cm，利用混凝土与振捣器的高差进行挤压振捣，从而提高混凝土的密实度，振捣设备行走速度控制在 5.8m/min，根据坡面长度在适当增加振捣时间。振动小车从坡顶行驶至坡脚时，及时调整衬砌机高度，向下行走时不进行振捣，振捣工序重复 2-3 遍，振捣完成后将衬砌机行驶至下一段进行铺料、振捣循环作业；山东衬砌机振捣主要是靠衬砌机本身的自重和四周箱体内的振捣棒进行振捣，整个施工工序都要不河南衬砌机要快。平整度平整度一般先从人工修坡工艺进行控制，再就是保温板铺设时用砂土或细砂找平进行控制，最难控制也是最容易出现问题的就是混凝土衬砌时的平整度控制，混凝土衬砌完成 20min 后抹光机进行工作，抹光机在坡面上的行走主要是靠渠顶绞车慢速绞动行走，绞动速度控制在 3m/min，抹光机完成抹面后进行人工抹面。混凝土厚度混凝土厚度直接关系到施工质量和项目成本，主要取决于坡面开挖时是否存在欠挖现象和衬砌机工作时的工况，据统计，目前 90的衬砌混凝土施工中混凝土损耗约占 1015的比例，是一个很惊人的数据，为能把损耗减低到最小程度，在混凝土施工过程中安排一个专人在混凝土趟铺时用对混凝土的厚度量测，若发现超浇部分及时在要求误差范围之内进行衬砌机高度的调整。由于衬砌机上下行走系统控制整个衬砌混凝土坡面的控制，因此衬砌行走系统对于控制衬砌厚度起到至关重要的作用，经过衬砌经验，衬砌机行走系统在衬砌过程中并不是一次调整就一劳永逸的，衬砌机在行走过程中会产生垂直于坡面的压力，该压力不仅使衬砌坡面混凝土的厚度发生变化，并且会使衬砌机上下导轨发生位移，将改变衬砌坡面上口和下口的位置。因此在施工过程中测量人员必须全程跟踪，每衬砌 12m 测量人员校核一次衬砌高程、衬砌坡面上下口的位置和衬砌导轨的高程、位置，以保证衬砌坡面的厚度和衬砌位置满足设计要求。随着渠道衬砌长度的延伸，渠道混凝土的养护工作也很关键。混凝土的养护是保证和提高混凝土质量的重要环节，特别是混凝土衬砌结构壁薄，外露面积大的特点，养护工作尤为重要。必须安排专人负责。最常用的养护方法在混凝土的表面覆盖塑料布和湿草帘。一般正常气温下，混凝土浇筑后 618 小时即可养护，根据实用水泥的不同和气温的不同养护的时间也不同，养护要勤洒水，始终保持混凝土表面湿润状态。此外，还在混凝土表面覆盖塑料薄膜，为混凝土提供温湿的环境，从而使混凝土充分得到养护。塑料薄膜必须将混凝土面全部包裹严密，以保证塑料薄膜内的凝结水不被蒸发。渠道养护工作应分为两个阶段进行，首先是在衬砌混凝土完成后但还没有初凝前，将塑料薄膜铺设在衬砌混凝土面上，保证混凝土表面的水分不会因为大风和高温而迅速的蒸发掉，而内部混凝土还没有凝固，铺设薄膜 5 小时后可将薄膜去掉，覆盖草帘子，每隔 2 小时洒水养护一次。由于渠道混凝土薄，夏季温度较高，容易产生裂缝，因此及时的割缝是避免混凝土施工产生裂缝的最有效的办法，温度不同使混凝土初凝时间不一致，因此对于割缝的时间采取现场监测，混凝土初凝后立即割缝。结合衬砌机施工方法，将闭孔泡沫板加工时定做符合通缝尺寸的形状，在泡沫板上钉上木条，在衬砌施工过程中预埋在混凝土里，混凝土初凝后将木条取出即可填缝。（1）铺设土工膜从渠顶到渠底进行作业，展开前按预定的长度裁剪，铺设过程中特别注意膜与膜之间的平行走向，保证搭接宽度。（2）为便于接缝，复合土工膜两侧预留 10cm 宽光膜面（10cm 宽一布一膜，两侧膜面相反） ，垂直于水流方向铺设，接缝宽度 10cm，上游边压下游边，土工膜采用热熔焊接法拼接。（3）土工膜展开后，应做到大面平整，无褶皱和突起。复合土工膜与砂砾料之间应压平紧贴，避免架空，清除气泡以保证安全。（4）缝合土工膜时，注意搭接长度，在缝合机具行走方向前 2040cm 范围内，提前进行接缝搭拼，保证搭接宽度和机具顺利行走。采用双焊缝搭焊，双焊缝宽度宜采用 210mm，焊缝处 PE 土工膜应熔接为一个整体，不得出现虚焊、漏焊和超量焊。（5）土工膜焊接必须有专职人员作业，焊接时温度控制在 200250，注意把握焊机行走速度，防止焊瘤和焊洞，保证焊接质量。(6)在坡面安设人行踏板，便于作业人员行走，土工膜铺设后除必须作业人员外不得入内，保证膜面的清洁，在渠道衬砌作业区内，严禁抽烟。(7)复合土工膜完成铺设和拼接后，应及时进行适当保护，防止长时间阳光暴晒使土工膜受损。3.6 渠坡混凝土衬砌(1)导轨铺设时注意测量轨顶高程，上下轨定保持一定的高差，轨中心至混凝土边缘距离一致，由于混凝土罐车在一级马道行走，为保证轨道不下降，铺轨时必须对基础进行夯实。(2)轨道按要求铺设完成后，即可进行混凝土衬砌机的坡面校核，采用水准仪测量上下拐点的高差，用 30m 尺丈量衬砌机下缘斜坡长度，根据 1：2.5 坡面的三角函数进行验算，调整至正确的坡度。(3)衬砌机校验完成后，在上下支撑架上或旁边参照物上进行标示，便于行走运行过程中的检查。(4)衬砌机必须于轨道保持平行，走斜时采取人工转动电机进行调整，直至平行为止。(5)衬砌混凝土现场要求坍落度 46cm, 严禁不合格料入仓。(6)起始布料时衬砌机停机位置为平板振动器与模板边缘基本对齐，仓内留螺旋宽度。(7)建议布料小车起始运行位置位于坡角处，对齿槽部位适当多布料，便于振动密实时不缺料。(8)小车上行时必须有专人负责在平板振动器前缺料时及时加料，保证板前有适当的雍料，振动方可密实。(9)当罐车出料不连续时，操作手必须及时观察卸料情况，当皮带缺料时要及时停止小车运行，保证坡面的均匀布料。(10)衬砌过程中，注意目测压光后的混凝土面，出现缺料、不密实和表面坑洞时及时补料。(11)操作人员运行过程中要灵活控制小车上下运行，以防出现雍料和缺料。(12)衬砌机于混凝土罐车运行要协调，防止出现碰撞等事故。(13)衬砌机作业完成后，及时清理皮带、滚轮、平板振动器以及压光辊上附着的混凝土，并进行检修和保养。(14)平板振动器前行时注意搭接，搭接宽度为 1/3 的板面宽度。(15)压光机压面时注意根据坡面平整度情况进行压光，局部突出位置适当延长压光时间，防止出现严重的凹凸情况。(16)压光机运行搭接宽度为压光机面的半径。(17)人工小平板振动器在边角位置振动时，鉴于其振动力较小应该缓慢行进，每个边缘振实遍数不少于三遍，具体操作时应根据情况配合人工钢筋捣实。(18)伸缩缝位置特别注意 2cm 的缝口的预留，采用条棱控制其平整和边缘对齐。(19)渠道混凝土表面平整度控制在 5mm/2m 以内。(20)混凝土上沿的 38cm 部位必须挂线，保证棱角分明和端直。(21)压光完成后应及时进行人工收面，收面必须为原浆收面，禁止洒水湿润。(22)人工收面时必须挂线作业，严格按照线面进行收面，收面完成后无明显的凹凸不平现象，大面目观齐整。(23)人工收面次数为 34 次，每次间隔时间，以手触有印迹，但又不粘手为宜。(24)由于渠道混凝土属于薄板结构，抗裂要求较高。必须加强养护，保证湿润养护时间。采用覆盖塑料布或草帘并用洒水车从一级马道定时洒水进行养护，设专人负责，并填写养护记录。(25)为防止衬砌后混凝土裂缝，切缝宜尽早进行。切割时间控制在终凝以前，此时混凝土强度较低，切缝速度比较快，对锯片磨损小，省时省力。(26)切缝时注意在刀片前端适时加水，降低刀片温度。(27)切缝前进行严格的放样，在板面上弹墨或水线控制切割方向，保证缝的端直。(28)配置附属标志或调整刀片控制切割深度并保证切割深度。4 当前抹平机技术描述及优缺点比较4.1 手扶电动抹平机目前在比较小的工程中，比如小面积的混凝土抹平，抹平机构大多都是采用震动来实现的。现在即使在农村也常见的抹平机如图 1 所示，是小面积抹平用的抹平机，在各大小市场均可见。其特点是操作简单，方便！图 1 手扶电动抹平机后来稍微自动化一些的是通过柴油机械做移动移动的动力源，来使抹平机构更加自动化一些。其形式如图 2 所示：图 2 半自动人工操控抹平机4.2 HZB 型水泥混凝土抹平机其特点是 HZB 型水泥混凝上路面振动抹平机是温州工程机械厂根据国内水泥混凝 L 路面施工亟待解决路面平整度的一种新产品。该机具有摊铺、振实、提浆、找平功能，自动行走，操作灵活，工作作效率高等特点。利用交换振动滚轴的工作即可白动匀料、压实提浆等。4.2.1 工作原理HZB 型水泥混凝上路而振动整平机由动力源经变速器驱动中间振动滚轴。再带动左振动带轴或右振动滚轴，靠电器开关控制，改变来回行走方向与控制振动力。4.2.2 产品结构HZB 型水泥混凝上路而振动整平机结构如图 3 所示：图 3 HZB 型水泥混凝土抹平机4.3 三轴整平机4.3.1 结构组成及工作原理如图 4 所示，三轴整平机的驱动辊轴 2 和支撑辊轴 3 架在结实的钢模板上。工作时，水泥混凝土由人工用铁铲初步平整，然后启动摊铺提浆辊轴 4,使其逆时针高速转动。摊铺提浆辊轴为偏心布置，在其带动下，混凝土料表面的骨料下沉，砂浆上浮，起到提浆作用。随着整平机向前运动，混凝土料被向前推移将低洼地段填平;整平机后退时，实行静滚压，消除摊铺提浆辊轴击打混凝土料时留下的波纹。由于三轴整平机摊铺提浆辊轴的振动频率较低，一般振动深度为 1518 cm，超过 18 cm时其施工振实质量主要靠配套的排式振捣器来保证。为达到理想平整效果，三轴整平机需要 3 到 4 遍往返作业，人工配合整修填补铲刮。图 4 三轴整平机示意图4.3.2 主要优缺点三轴整平机设备结构简单，造价低，可以根据路面不同宽度定制机器工作宽度，施工工艺易掌握，易于操作。三轴整平机的使用大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率及质量，但存在如下不足:1)每台设备辊轴长度确定后不能再加长或缩短，只能整体更换，限制了摊铺宽度;2)摊铺宽度不超过 10 m，无法满足目前高速公路上桥隧调平层的施工要求(一般要求施工宽度在 11 一 15 m);3)辊轴不能弯曲，不能满足水泥混凝土路面的坡度要求；4)对钢模板的要求高，每次移动必须使用吊车，不利于频繁移动;5)使用电动机提供动力，野外施工时必须外带发电机。4.4 滚轴式水泥握凝土摊铺抹平机滚轴式水泥握凝土摊铺整平机是铺筑水泥混凝土路面的专用设备。其主要作用是摊铺、振实和整平水泥混凝土，使铺筑后的水泥棍凝土路面达到适度的密实度和很禽的平整度。该摊平机于 1996 年通过技术鉴定，经国内有关公路施工部门使用，效果良好，是一种曾经适合我国国情水泥棍凝土施工机械。4.4.1 结构外形及特点摊平机外形如图 5 所示。主要由机架、发动机(电机)、行走辊、振实辊、传动系及操纵机构等组成。其工作原理是由振实发动机(电机)和行走发动机(电机)输出的动力通过传动系，分别传递给振实辊和行走辊，靠振实辊的偏心作用高速击打压实混凝土，靠 2 个行走辊与模板接触的附着力为整机前、后行走提供驱动力，达到使整部机器自动行走的目的。该机使用时，行走辊放于模板上，靠与模板的附着力而前进。为了使左右模板上的附着力相同，整机的整体布置尽量保持机器左、右两侧的重量相同，分别将振实发动机(电机)与行走发动机(电机)布置在机器的两侧;振实发动机(电机)在机器的右侧，行走发动机(电机)在机器的左侧。由于行走辊的转速远远低于振实辊的转速，因此，行走发动机(电机)输出的转速必须要经过较大的减速比传递到行走辊，故传动系中在机器左侧直接布置了一个减速比较大的换向减速器，将操纵部分安装于右机架上。振实辊与行走辊由优质无缝钢管制造。振实辊的偏心靠一个中间的偏心连接器来实现，偏心连接器选用最优质材料加工而成。这种结构比辊中加偏心块起振的结构制造工艺简单，故障率低，维修方便。 发动机、传动系、振实辊和行走辊放置于机架上。机架由钢板与型钢焊接而成，制造简便。行走辊与振实辊用带顶丝外球面向心球轴承支承，这种轴承的外圈与轴承座的配合面是球面，轴承可在轴承座圈内转动一定的角度，可自动调心、自动润滑，当左、右机架上的轴承座不同心时，用此轴承可自动调心，弥补制造及装配带来的误差。操纵机构设计有振实辊操作手柄，左、右两个方向的控制柄等。4.4.2 技术特点该摊平机是我国水泥混凝土摊铺机械中的一种新机型，在施工中与以往的施工方法和其它摊铺机比较，具有以下特点:(1)工作连续以 3 根前后排列的滚轴为工作装置连续工作，摊铺整平后路面光滑平整。 (2）振实效果好前滚轴为振实轴，由于它一面振动，一面高速击打混凝土，因此能使混凝土表面及底层都具有较高的密实度，振实效果好，可铺筑低坍落度混凝土，还可免去以往的真空吸水工序。图 5(3)行走自行，摊铺质量好 2 个行走辊可使摊平机实现前、后自行。在使用中可根据需要反复向前、向后摊铺和整平，因而使密实度和平整度达到理想的要求。(4)操作方便左、右转向控制柄能控制摊平机在工作时始终和模板的方向保持一致。振实辊操作手柄可控制振实辊的起落，实现机器的工作与停止。另外，由于各操纵手柄均集中在机器一端.因此，机器的前进、后退和中止只需 1 个人操作。(5)摊铺宽度自定摊铺不同宽度的路面只需更换 3 根滚轴，其它部分不需变动，适用于不同宽度的路面、提高了摊平机的使用效率。 (6)摊铺效率高摊铺速度为11 耐 lain，按摊铺有效宽度 5. 5m,摊铺厚度 12crn、二次成型计算，摊铺效率可达145m3/h。(7)适应性强适应于所有水泥混凝土作业面，如高等级公路、一般公路、城市道路、机场、斜坡道等工程，对于木模板、钢模板、两边己铺的水泥混凝土路面均适用。(8)运输移位方便该机配有为它专门设计的自动装载拖车，装车与卸车仅需 2 分钟。小翻斗车、拖拉机、汽车均可拖挂，运行速度可达 3ULu-n/lx，运行平稳，运输移位非常方便。(9)配有两种机型一种是以发动机作为动力源，满足施工时不具备电源条件的用户;另一种是以电机作为动力源，满足施工时具备电源条件的用户。然而在南水北调的渠道抹平中这样的机构是不能大规模投入使用的，首先是因为自动化程度不够高，另外，最终抹平的平整度也不是很高，也不够机械化，不能提高效率。为了提高施工效率和表面的平整度，采用了桁架带动机头进行横向和纵向的移动来进行抹平。这种机构不但提高了工作效率，同时也满足了表面平整度的要求。降低了人力的投入，从而降低了工程成本，在渠道抹平中有重要意义和可操作性。5 抹平机方案设计概述。我国的抹平机生产起步较晚，20 世纪 90 年代初才开始研制，主要结构形式有两种：一是由三滚轴式汽油装置而构成平板类抹平机，其结构主要在动力装置的带动下工作，适用于中等强度以下混凝士路面的抹平；二是圆盘类抹平机，其结构多采用蜗轮蜗杆传动动力。近两年有了一定的发展，主要机型的使用性能已完全能满足国内的技术要求，良好的性能价格比与国外进口产品相比也有较大的竞争优势，但在高速运转的平稳性、使用寿命、品种规格、技术水平及配套件等方面仍存在较大的差距。为了使方案尽可能简单，大部分材料我们都是用的型钢，有槽钢和角钢。通过槽钢的焊接及螺栓连接构建起桁架，使其满足一定的结构要求。纵向的移动通过轨道和行走轮实现，由电机带动。横向的移动通过滑动轮在槽钢的槽里移动实现；竖直方向的调节是通过桁架两端的螺旋升降机的调节实现，微调是通过与抹平机头相连的螺旋千斤顶来实现的。6 结构基本形式及要求 6.1 结构基本形式图6 抹平机结构形式抹平机结构如图6所示。主要由桁架、行走装置、升降装置、抹平机头、传动装置等组成，可实现的施工尺寸是21米，通过左右的传感器感应来控制和工作的。6.2 抹平机技术要求抹平机的技术要求主要有：（1）能够实现抹平的宽度要求，21米。（2）能够实现在纵向和横向的的抹平装置的移动。（3）满足一定的结构要求，如刚度、强度、稳定性等。（4）尽可能的满足机构方面自动程度的要求。7 结构原理7.1 纵向移动装置图7 纵向移动如图7 所示，纵向移动主要通过行走轮在轨道上行走实现，由电机产生动力，经过转速装置，带动行走轮纵向移动。7.2 横向移动装置横向移动是通过卷扬机的正反转实现的，由缠绕在卷扬机卷筒上的钢丝绳拖动机头（抹平装置）进行横向移动，横向移动的左右边界是由传感器控制的，当传感器接触到挡板时，卷扬机自动反转。这样来实现机头的左右移动。7.3 竖直方向升降装置竖直方向的升降是通过与桁架相连的螺旋升降机的运动来完成的，调节螺旋升降机，可以实现桁架与渠道底板的竖直高度，从而达到竖直方向升降的目的。7.4 竖直方向微调装置数值方向的微调是机头部分的螺旋千斤顶的调节实现的。如图8所示图8 纵向移动机构螺旋千斤顶是微调作用，主要是用来根据已加工面的平整度，来进行合适的微调。7.5 抹平抹平部分是直径为1.4米的钢板做成的圆盘，经过旋转进行抹平，在这里不做过多介绍7.6 基本构架该渠道地板抹平机主要构架为由槽钢、角钢、螺栓等连接而成的桁架，一共可分为三段。俯视图如图9所示图9 桁架俯视图8 抹平机设计计算8.1 主桁架受力分析主桁架重 G1=15t，副桁架重 G2=7.2t，支腿总重 G3=10t，布料小车 G4=0.8t，浇筑到最内侧时，布料机皮带上承受混凝土最多，重量 G5=3.7t。主桁架自重均布力q1= G1/42=8.3kN/m，混凝土自重均布力 q2= G5/38.15=0.97kN/m，副桁架作用到主桁架上的力 R=0.5G2=36kN。抹平机主桁架受力简图如图 10 所示：图 10（1）模型建立模型建立如图 11 所示图 11 模型建立（2）施加约束后剪力图如图 12 所示图 12 施加约束后剪力图（3）变形云图图 13 变形云图（4）应力云图图 14 应力云图5）弯矩图图 15 弯矩图各杆件材料均为 Q235，强度设计值 =215MPa，安全系数取 1.5，许用应力-1=/1.5=143.3MPa。通过 ANSYS 分析可以看出：最大变形量 fmax=2.7cm，最大应力 =108MPa -1，满足要求；在结构上主桁架按照计算设计有反拱，可有效减少水平力。通过计算得：支反力 F1=184.5kN，F 2=284.6kN，F 3=261.1kN，F 4=146.47kN。8.2 轨道行走装置设计计算（1）运行静阻力计算运行静阻力计算是选择电动机功率的基础,包括运行摩擦阻力、坡道阻力、风阻力计算。cDkdGFf2式中: G设备自重 t；G=6t;k阻力系数，k= 0.5；轴承摩擦系数，=0.015；D，d车轮直径及其与轴承相配合处轴径，D=270mm，d=70mm；c偏斜运行的侧向附加阻力系数，c= 1.5；（2）坡道阻力Fr=Gsin 式中:坡道角，sin=0.003。台车总的运行阻力 Fst=Ff+Fr （3）电机功率验算台车行走共需输出扭矩M=FstD/2=5430.105Nm；电机功率 P=1.5kw，共四台，总功率 P=3kw，台车行走速度 v=5m/min，机构总效率 =0.9。Pst= Fstv/1000 =2.235kw3kw，满足要求。8.3 升降机选用8.3.1 螺 旋 升 降 机 原 理螺 旋 升 降 机 是 由 蜗 轮 蜗 杆 ， 箱 体 ， 轴 承 ， 丝 杠 等 零 部 件 组 成 。 工 作 原 理 为 ：电 机 或 者 手 动 驱 动 蜗 杆 旋 转 ， 蜗 杆 驱 动 蜗 轮 减 速 旋 转 ， 蜗 轮 内 腔 加 工 为 内 螺 纹 ，驱 动 丝 杠 上 下 移 动 ， 由 于 内 部 有 蜗 轮 蜗 杆 ， 丝 杠 的 减 速 作 用 ， 达 到 放 大 推 力 的 作用 。 8.3.2 螺 旋 升 降 机 功 能 特 点通 过 驱 动 蜗 杆 旋 转 ， 实 现 丝 杠 的 上 下 移 动 ， 达 到 推 拉 或 者 顶 升 的 作 用 。 （ 1） 自 锁 性 能 普 通 齿 丝 杠 电 动 推 杆 和 螺 旋 升 降 机 ， 由 于 综 合 传 动 效 率 低 ，大 部 分 有 绝 对 动 载 自 锁 功 能 ， 增 加 设 备 运 行 的 安 全 性 ； 滚 珠 丝 杠 电 动 推 杆 和 螺 旋升 降 机 不 自 锁 ； （ 2） 精 度 定 位 综 合 位 置 精 度 可 达 0， 1mm; 伺 服 电 动 缸 位 置 精 度 可 至 6um; （ 3） 精 确 控 制 配 置 编 码 器 ， 通 过 变 频 器 或 控 制 器 控 制 ， 实 现 闭 环 精 确 定 位 ；如 精 度 要 求 不 高 ， 可 配 备 电 位 计 实 现 在 线 控 制 。 （ 4） 同 步 性 单 减 速 电 机 通 过 机 械 联 结 同 时 驱 动 多 台 推 杆 ， 实 现 同 步 升 降 并绝 对 同 步 （ 5） 驱 动 系 统 ： 直 流 电 机 12/24V, 单 项 交 流 电 机 ， 三 相 交 流 电 机 ， 无 需 气源 /液 压 源 ； （ 6） 过 载 保 护 可 配 备 安 全 离 合 器 防 过 载 ； 也 可 配 备 过 载 压 力 传 感 器 防 过 载 （ 7） 负 载 高 推 /拉 力 可 至 250 吨 （ 8） 其 他 维 护 简 单 ， 噪 音 低 ， 可 在 高 /低 温 ， 防 腐 /防 爆 恶 劣 环 境 正 常 工 作 ，经计算桁架自重约为 5.5t。根据设计需求共需 4 台升降机，每台升降机可承受的最小负载约为 1.5t。故选用 SWL2.5 型升降机即可满足设备需求8.4 卷扬机选用常 见 的 卷 扬 机 吨 位 有 ： 0.3T 卷 扬 机 0.5T 卷 扬 机 1T 卷 扬 机 1.5T 卷 扬 机 2T卷 扬 机 3T 卷 扬 机 5T 卷 扬 机 6T 卷 扬 机 8T 卷 扬 机 10T 卷 扬 机 15T 卷 扬 机 20T 卷 扬 机 25T 卷 扬 机 30T 卷 扬 机从 是 否 符 合 国 家 标 准 的 角 度 ： 卷 扬 机 可 分 为 国 标 卷 扬 机 、 非 标 卷 扬 机 。 国 标 卷 扬机 指 符 合 国 家 标 准 的 卷 扬 机 ， 非 标 卷 扬 机 是 指 厂 家 自 己 定 义 标 准 的 卷 扬 机 ） 通 常只 有 具 有 生 产 证 的 厂 商 才 可 以 生 产 国 标 卷 扬 机 ， 价 格 也 比 非 标 卷 扬 机 贵 一 些 。 特 殊 型 号 的 卷 扬 机 有 ： 变 频 卷 扬 机 、 双 筒 卷 扬 机 、 手 刹 杠 杆 式 双 制 动 卷扬 机 、 带 限 位 器 卷 扬 机 、 电 控 防 爆 卷 扬 机 、 电 控 手 刹 离 合 卷 扬 机 、 大 型 双 筒 双 制动 卷 扬 机 、 大 型 外 齿 轮 卷 扬 机 、 大 型 液 压 式 卷 扬 机 、 大 型 外 齿 轮 带 排 绳 器 卷 扬 机 、双 曳 引 轮 卷 扬 机 、 大 型 液 压 双 筒 双 制 动 卷 扬 机 、 变 频 带 限 位 器 绳 槽 卷 扬 机 。卷 扬 机 包 括 建 筑 卷 扬 机 ,同 轴 卷 扬 机 主 要 产 品 有 ： JM 电 控 慢 速 大 吨 位 卷 扬机 、 JM 电 控 慢 速 卷 扬 机 、 JK 电 控 高 速 卷 扬 机 、 JKL 手 控 快 速 溜 放 卷 扬 机 、2JKL 手 控 双 快 溜 放 卷 扬 机 、 电 控 手 控 两 用 卷 扬 机 、 JT 调 速 卷 扬 机 、 KDJ 微 型 卷扬 机 等 ， 仅 能 在 地 上 使 用 ， 可 以 通 过 修 改 用 于 船 上 。 它 以 电 动 机 为 动 力 ， 经 弹 性联 轴 节 ， 三 级 封 闭 式 齿 轮 减 速 箱 ， 牙 嵌 式 联 轴 节 驱 动 卷 筒 ， 采 用 电 磁 制 动 。 该 产 品 通 用 性 高 、 结 构 紧 凑 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 起 重大 、 使 用 转 移 方 便 ， 被 广 泛 应 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 业 、 矿 山 、 码 头 等 的 物 料升 降 或 平 拖 ， 还 可 作 现 代 化 电 控 自 动 作 业 线 的 配 套 设 备 。 Jm 系 列 为 齿 轮 减 速 机传 动 卷 扬 机 。 主 要 用 于 卷 扬 、 拉 卸 、 推 、 拖 重 物 。 如 各 种 大 中 型 砼 、 钢 结 构 及 机械 设 备 的 安 装 和 拆 卸 。 适 用 于 建 筑 安 装 公 司 、 矿 区 、 工 厂 的 土 木 建 筑 及 安 装 工 程 。由 人 力 或 机 械 动 力 驱 动 卷 筒 、 卷 绕 绳 索 来 完 成 牵 引 工 作 的 装 置 。 同 轴 卷 扬 机 ： （ 又 叫 微 型 卷 扬 机 ） 电 机 与 钢 丝 绳 在 同 一 传 动 轴 上 ， 轻 便 小 巧 ，节 省 空 间 （ 其 吨 位 包 括 （ 200 公 斤 、 250 公 斤 、 300 公 斤 、 500 公 斤 、 750 公 斤 、1000 公 斤 等 ） 慢 速 卷 扬 机 ： 卷 筒 上 的 钢 丝 绳 额 定 速 度 约 712m/min 的 卷 扬 机 。 快 速 卷 扬 机 ： 卷 筒 上 的 钢 丝 绳 额 定 速 度 约 30m/min 的 卷 扬 机 。 电 动 卷 扬 机 ： 由 电 动 机 作 为 动 力 ， 通 过 驱 动 装 置 使 卷 筒 回 转 的 卷 扬 机 。 调 速 卷 扬 机 ： 速 度 控 制 可 以 调 节 的 卷 扬 机 手 摇 卷 扬 机 ： 以 人 力 作 为 动 力 ， 通 过 驱 动 装 置 使 卷 筒 回 转 的 卷 扬 机 。 大 吨 位 非 标 卷 扬 机 ： 主 要 用 于 卷 扬 、 拉 卸 、 推 、 拖 重 物 。 如 各 种 大 中 型 砼 、钢 结 构 及 机 械 设 备 的 安 装 和 拆 卸 。 其 结 构 特 点 是 钢 丝 绳 排 列 有 序 、 有 吊 安 装 可 靠 、适 用 于 码 头 、 桥 梁 、 港 口 等 路 桥 工 程 及 大 型 厂 矿 安 装 设 备 .就 是 一 种 利 用 外 力（ 例 如 电 动 机 ） 驱 动 他 运 转 ， 然 后 通 过 电 磁 制 动 器 和 抱 死 制 动 器 控 制 其 在 无 动 力 下 不 自 由 运 转 ， 同 时 经 过 电 动 机 的 带 动 减 速 后