南水北調(diào)中線一期工程總干渠安陽段渠道設(shè)計(jì)中首次采用5cm厚粗砂墊層結(jié)構(gòu)，特別是在1：2坡比的坡面上要求其相對(duì)密度不低于0.7，國內(nèi)均無先例可循。根據(jù)安陽段同時(shí)進(jìn)行的其他標(biāo)段渠道襯砌的工程實(shí)體，一步一步研究探索，并最終解決了此難題。
1.工程概況
安陽段總干渠渠道形式：渠道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)渠底寬度為13～18.5m，渠底內(nèi)一級(jí)邊坡1:2～1:3，坡長(zhǎng)19.5～28.8m，渠道縱比降為1/28000。渠道襯砌結(jié)構(gòu)自下而上為：基面渠床、強(qiáng)滲軟式透水管及單向排水閥等渠道自排水結(jié)構(gòu)布置、5cm厚粗砂濾層、2cm厚聚苯乙烯保溫板、600g/m²的復(fù)合土工膜，10cm（渠底8cm）厚砼面板。
2.渠道砂墊層（5cm厚）的技術(shù)難點(diǎn)
由于5cm厚砂墊層渠道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安陽段是第一次采用，沒有經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，沒有成熟的機(jī)械設(shè)備可供選擇，施工方法及工藝更需要摸索。主要的技術(shù)難點(diǎn)可以歸納為：
2.1如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的平整度、坡比和厚度；
2.2如何達(dá)到設(shè)計(jì)要求的0.7相對(duì)密度指標(biāo)；
2.3什么樣的施工方法和工藝可以保證工程質(zhì)量，并適合于推廣使用。
3.粗砂墊層施工中渠道襯砌機(jī)械可應(yīng)用情況說明
目前常用的大型渠道襯砌機(jī)械有兩種：振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)和振動(dòng)滑模式襯砌機(jī)。
振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)自動(dòng)布料系統(tǒng)可完成砂墊層布料，螺旋攤鋪機(jī)可完成均勻攤鋪，振動(dòng)壓光輥可嘗試壓實(shí)砂墊層。
振動(dòng)滑模式襯砌機(jī)布料系統(tǒng)可以完成砂墊層布料，滑模裝置可以完成平整度、厚度及坡比控制，但由于砂墊層只有5cm厚，高頻低幅振搗棒難以完成壓實(shí)要求。
4.工程實(shí)體試驗(yàn)
從目前現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備情況，問題的核心是如何達(dá)到設(shè)計(jì)要求的0.7相對(duì)密度指標(biāo)。以此為出發(fā)點(diǎn)，查找相關(guān)技術(shù)資料和類似施工經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)過充分準(zhǔn)備，原材料、襯砌機(jī)械安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)、方案討論細(xì)化等完成后，按照以下4種方案進(jìn)行工程實(shí)體試驗(yàn)。
4.1實(shí)施方案一：?jiǎn)为?dú)運(yùn)用振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)直接施工
結(jié)合已有的渠道混凝土襯砌方法，用自卸汽車把粗砂堆于一級(jí)馬道上，人工上料，通過振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)的自動(dòng)布料系統(tǒng)人工喂料完成砂墊層布料，并轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋完成整平和多余料的轉(zhuǎn)移，用振動(dòng)壓光輥完成壓實(shí)和收光作業(yè)。
試驗(yàn)過程中粗砂（機(jī)制砂）采用虛鋪系數(shù)為1.30，含水率以3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、7%等逐一試驗(yàn)。實(shí)測(cè)粗砂墊層平整度、厚度、坡比雖能達(dá)到規(guī)程要求，但無論碾壓輥怎樣碾壓均不能達(dá)到設(shè)計(jì)相對(duì)密度0.7的要求。
結(jié)果分析：由于5cm厚粗砂墊層太薄，壓光輥和粗砂墊層接觸面小，半徑不夠大、砂墊層較薄，振動(dòng)碾壓時(shí)，砂子會(huì)向輥?zhàn)拥膬蓚?cè)雍起，最終達(dá)不到預(yù)期效果。因此，該方案需優(yōu)化。
4.2實(shí)施方案二:運(yùn)用振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)和配置自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的平板振動(dòng)器施工
對(duì)方案一實(shí)施優(yōu)化，自行研制一套壓實(shí)裝置，懸掛于振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)的桁架結(jié)構(gòu)上，替代碾壓輥完成壓實(shí)作業(yè)。
通過模擬和試驗(yàn)改裝，采用0.75、1.2、1.5、2.0KW四種平板振動(dòng)電機(jī)與不同面積及不同重量的自制面板進(jìn)行組合，共組合出12種不同型式的平板振動(dòng)器在渠坡進(jìn)行振壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：以1.5KW振動(dòng)電機(jī)、以60cm寬、100cm長(zhǎng)、托盤面板厚度5mm的加筋板為最優(yōu)選擇，不僅能達(dá)到預(yù)期目的，而且工效快速。
從試驗(yàn)實(shí)施過程來看，用襯砌機(jī)的布料系統(tǒng)完成施工，占用大部分的襯砌機(jī)械時(shí)間，效率低，工程成本較高，不利于大面積作業(yè)。該方案需繼續(xù)優(yōu)化。
4.3實(shí)施方案三:人工攤鋪粗砂墊層，振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)精平和預(yù)壓，懸掛壓實(shí)裝置實(shí)現(xiàn)終壓
繼續(xù)優(yōu)化方案二，采用裝載機(jī)鏟料到坡面上，人工直接攤鋪、初平，用振動(dòng)碾壓式襯砌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋完成整平和多余料的轉(zhuǎn)移，懸掛的壓實(shí)裝置實(shí)現(xiàn)終壓。
按確定的技術(shù)參數(shù)繼續(xù)試驗(yàn)：粗砂虛鋪系數(shù)1.30，現(xiàn)場(chǎng)攤鋪按6.5cm～6.6cm控制；碾壓含水率按4%～5%控制；碾壓遍數(shù)（順坡往返一次為一遍）選擇兩遍。試驗(yàn)完成的5cm厚粗砂墊層全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求的0.7相對(duì)密度指標(biāo)，平整度、厚度、坡比等指標(biāo)均滿足規(guī)程要求。
4.4實(shí)施方案四:人工攤鋪粗砂墊層，加工一套自動(dòng)行走壓實(shí)裝置實(shí)現(xiàn)壓實(shí)
為加快施工進(jìn)度，新引進(jìn)了一臺(tái)振動(dòng)滑模式襯砌機(jī)，同時(shí)嘗試使用天然河砂（粗砂）。由于在此機(jī)械上掛置壓實(shí)裝置較難，且襯砌機(jī)械較重，工程使用成本較高。綜合考慮工程成本、效率因素等，采用人工直接把粗砂攤鋪于基面上并掛線精平，替代振動(dòng)滑模式襯砌機(jī)布料作業(yè)；單獨(dú)加工一套自動(dòng)壓實(shí)設(shè)備，主要包括行走裝置、自動(dòng)控制裝置、框架結(jié)構(gòu)、壓實(shí)裝置、傳力系統(tǒng)等，完成5cm厚粗砂壓實(shí)、平整度、坡比控制等作業(yè)。