水下大體積混凝土施工技術(shù)

常乃波

山東中宏路橋建設(shè)有限公司 山東煙臺 264000

本公司中標(biāo)承建的江南某大橋，全長663.00m，主橋橫跨恒水河，跨度105m。主墩采用V形墩身。兩個承臺平面尺寸為20.2×14.2m,厚3.5m。每個承臺的混凝土工程量為1004m3。兩個承臺均位于水面之下，屬于“水下大體積混凝土”施工。施工的關(guān)鍵是圍堰施工、混凝土養(yǎng)護及裂縫控制。

1 關(guān)于大體積混凝土裂縫

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，一方面是由于混凝土內(nèi)部因素引起，即由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的。另一方面是由于混凝土的外部因素引起，即結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點間的約束，阻止混凝土收縮變形，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現(xiàn)裂縫[1]。產(chǎn)生裂縫的具體原因為：

1.1 水泥水化熱

大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，使混凝土內(nèi)外溫差增大。

1.2 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度會受外界氣溫變化影響。特別是氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差。

1.3 混凝土的收縮

混凝土中多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮。

2 主要施工技術(shù)方法

2.1 筑島圍堰明挖法施工

采用筑島圍堰明挖法施工，其施工要點如下：

（1）基坑內(nèi)邊坡為1：0.75，圍堰外邊坡為1：1.75。鉆孔樁完成后，依據(jù)開挖放坡的需要，設(shè)計好圍堰的尺寸，用粘土填筑，出水后要分層填筑并壓實。臨水坡面用塑料膜覆蓋，以增強止水效果。圍堰頂堆碼兩排砂袋，中間填粘土并壓實，寬度不小于2m。圍堰頂高程達52.5m?；觾?nèi)的出土填在島的四周，并加土袋防護。

（2）基坑下挖3.5m深時，在內(nèi)邊坡打兩排長6m的鋼板樁，樁間用5cm厚的木板進行支擋。

（3）挖到設(shè)計深度后，人工清底，進行基底檢查，堵涌和排水，澆筑封底混凝土。堵涌、排水，是封底工序質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

（4）精確放線后，在承臺邊緣澆筑厚40cm，高1m～2m的混凝土墻，以阻水和擋土。

（5）鑿除樁頭后，進行樁質(zhì)量檢測，超聲波檢測，綁扎承臺鋼筋，安裝冷卻管等預(yù)埋件，安裝承臺模板。

2.2 大體積混凝土澆筑

根據(jù)結(jié)構(gòu)物尺寸和混凝土的供應(yīng)量等情況，選用全斷面分層澆筑法，其施工要點如下：

（1）每層澆筑布料實施先遠后近原則，布料厚度小于40cm或小于振動棒長的3/4，保證振動棒能插入下層混凝土中振搗。布料厚度與時限要求相適應(yīng)，混凝土供應(yīng)量與布料、振搗能力相適應(yīng)。澆筑施工前進行分析測算。

（2）用移動布料法，避免混凝土離析和拌合物成堆而轉(zhuǎn)堆困難。

（3）布料口垂直向下，規(guī)范振搗，切勿觸動鋼筋和冷卻管等預(yù)埋件。

（4）上一層應(yīng)在下一層混凝土凝結(jié)前澆筑完畢。當(dāng)氣溫低于250C時，其時限為210分鐘，當(dāng)氣溫高于250C時，其時限為180分鐘。

（5）混凝土上表面澆筑完成后進行二次以上的抹面，以清除裂縫。

（6）因水量較大，且施工時正處于洪水期，水位變化較大，在填土圍堰后，在基坑內(nèi)增設(shè)混凝土圍堰。施工程序為：①先澆筑四周封底混凝土，有漏滲水的位置用PVC管引流；②澆筑下部混凝土圍堰，預(yù)埋出一段鋼筋，作為上部圍堰模板支撐用；③澆筑上部混凝土圍堰；④澆筑完封底混凝土。

開挖到設(shè)計標(biāo)高后，河底為砂石層，出現(xiàn)明顯涌水現(xiàn)象，采用PVC管引流、匯水。涌水較強的地方預(yù)埋PVC管，封底混凝土下預(yù)留砂卵石盲溝匯水，然后將小型水泵埋入PVC管內(nèi)，不間斷抽水，確保澆筑承臺混凝土?xí)r，無明顯水量影響承臺混凝土質(zhì)量[2]。

3 主要施工控制方法

3.1 大體積混凝土的原材料控制

①選用熱膨脹系數(shù)較低的粗骨料，5mm-31.5mm碎石，連續(xù)級配，細骨料選用空隙率較小，細度模數(shù)2.8-3.1的天然河砂。②外加劑采用緩凝劑、減水劑；摻合料采用本市II級粉煤灰。③在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。④水泥選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥。⑤混凝土配合比為：水泥:細骨料:粗骨料:水:泵送劑:II級粉煤灰==1:2.40:3.45:0.48:0.02:0.27。坍落度為12cm-16cm。

3.2 大體積混凝土的溫度調(diào)控

①內(nèi)降：指利用預(yù)埋的冷卻水管，循環(huán)通水，降低混凝土內(nèi)部的溫度，以避免混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂縫。冷卻管采用ф50鋼管，水平間距為1.0m，按迂回式線路布設(shè)。上下共四層，層間距為0.8m。四層共用一個總進水管。進水管用ф200鋼管，與供水泵相連接。出水口各層分開布設(shè)，以便量測各層管的出水溫度。以承臺結(jié)構(gòu)平面的軸線交叉點為中心，均勻布設(shè)ф50的豎向測溫鋼管11根，每根長為4.5m，其間距為2.5m和3m。澆筑混凝土前，對冷卻水管進行試通水，確保水流暢通，無滲漏。自混凝土入模12h開始測溫，跟蹤觀測10天～11天。同時做好大氣溫度測量。當(dāng)測溫管測得的溫度與當(dāng)時的氣溫差超過25℃時，就應(yīng)及時加大冷卻水流量，以防止混凝土由于內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生裂縫。在通水過程中，經(jīng)常檢測進出口水溫，如溫差較大，說明冷卻效果不理想，應(yīng)加大流量。②外蓄：指利用保溫材料覆蓋于混凝土的表面和四周以保溫，減少混凝土的內(nèi)外溫差。氣溫在15℃以上，結(jié)構(gòu)物表面可用草袋等層狀材料覆蓋，也可用濕砂、鋸末等散狀材料覆蓋，也可在混凝土頂面邊緣筑埂，灌注3cm-5cm深的水來保溫。結(jié)構(gòu)物四周，在模板外再覆掛層狀保溫材料。

3.3 大體積砼溫度調(diào)控試驗數(shù)據(jù)采集

承臺設(shè)置測溫孔，由試驗室組織人員進行測溫記錄，南岸承臺5月17日凌晨3:00澆筑完畢，共持續(xù)測溫11天；北岸承臺5月27日早上7:30澆筑完畢，共持續(xù)測溫10天，到最后穩(wěn)定在28度時結(jié)束。

在混凝土澆筑完成12h以內(nèi)進行覆蓋和養(yǎng)護。澆水的次數(shù)以保證覆蓋物經(jīng)常濕潤為準(zhǔn)。澆水時間，在常溫條件下，不小于7d，本項目進行水中承臺施工時，正處于高溫季節(jié)，澆水頻率較大[3]。

4 結(jié)語

①水下大體積混凝土承臺，采用筑島圍堰明挖法施工，較采用套箱圍堰下沉，水下封底法施工，具有明顯的經(jīng)濟性和節(jié)省工時。②南北兩岸主墩承臺分別經(jīng)過10多天的溫度調(diào)控和精心養(yǎng)護，外觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)有明顯的裂縫現(xiàn)象，證實了這套冷卻措施行之有效，可較好地保證工程質(zhì)量。