淺談水下混凝土施工工藝及注意事項(xiàng)

未山山

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都， 610091)

1 工程概況

某水電站大壩除險(xiǎn)加固工程位于黃河中游北干流上，施工基坑與原建筑物泄水閘相連，已充分利用原建筑物的導(dǎo)墻進(jìn)行分段設(shè)計(jì)來組成上游圍堰。為保證圍堰不阻斷泄水通道且不影響施工基坑的施工進(jìn)程，靠近導(dǎo)墻部位以混凝土圍堰型式施工，遠(yuǎn)離導(dǎo)墻部位以土石圍堰型式施工。根據(jù)原建筑物導(dǎo)墻前端的地形型式，圍堰結(jié)構(gòu)擬采用重力式水下混凝土型式，圍堰底部高程為722m～730m，底部最大寬度為7.8m，設(shè)計(jì)圍堰為10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)?？紤]交通需要，確定圍堰頂部高程為735.0m，最大堰高13m，迎水面以直墻式施工，背水面以臺(tái)階式施工，堰頂寬根據(jù)后期交通需要確定為6.0m；混凝土圍堰與原建筑物導(dǎo)墻平順連接，圍堰預(yù)計(jì)軸線長(zhǎng)度為45m，水下混凝土澆筑工程量約2900m3。

水下混凝土施工特點(diǎn)：

(1)水下施工難度大，工期緊。黃河河水渾濁，全憑潛水員施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行水下定位，完成水下各個(gè)項(xiàng)目施工。水下混凝土施工安排在汛前施工，黃河3月底才解凍，有效施工工期為105d，工期緊。

(2)水下施工條件差，存在較大的安全隱患。本施工區(qū)域緊靠泄洪閘進(jìn)口，庫區(qū)內(nèi)流態(tài)復(fù)雜。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料反映，3、4月份平均氣溫在7℃左右，河水溫度低，不適宜人工水下清基、 立模等工作。

(3)技術(shù)精度高，施工質(zhì)量把控難度大。該混凝土圍堰型式為混凝土重力式，要求該圍堰具有一定的成品穩(wěn)定能力、防滲作用，但由于該項(xiàng)目混凝土澆筑過程振搗困難，便以漿柱的自重壓力來實(shí)現(xiàn)自身密實(shí)效果。又因水下澆筑施工，無法直觀地觀察到澆筑現(xiàn)狀，必須在施工前做出合理的混凝土配合比，把控難度大。

2 施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)混凝土圍堰設(shè)計(jì)圖紙測(cè)放軸線控制點(diǎn)和結(jié)構(gòu)邊線，水上采用浮標(biāo)做標(biāo)記，并將相應(yīng)點(diǎn)、線延伸引至陸上。同時(shí)完成水下混凝土施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作：模板制作、浮箱準(zhǔn)備、供風(fēng)供電系統(tǒng)、專業(yè)人員與機(jī)具配備等。

2.2 水下土方開挖

水下土方開挖常規(guī)采用小型挖泥船施工，本項(xiàng)目開工前電站有兩天沖沙放水時(shí)段，庫水位降至825.0m，充分利用這一有利條件，采用PC400反鏟直接進(jìn)行淤積層開挖。

2.3 施工平臺(tái)搭設(shè)

水上作業(yè)平臺(tái)為水下作業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，施工前需搭設(shè)完畢且安全性要高。施工平臺(tái)采用浮箱拼接形成，還包括一艘工作船、一艘模板安裝船和一艘浮吊船。采用8只浮箱(浮箱尺寸6m×3m×1.5m)拼裝成澆筑船，澆筑船中間圍成長(zhǎng)12m寬8.5m空腔，作為模板安裝和混凝土澆筑的通道。1.5m3的下料斗安裝澆筑船中間處，根據(jù)混凝土圍堰澆筑倉面布置，距結(jié)構(gòu)邊線不小于1m的范圍布置下料導(dǎo)管，導(dǎo)管間距按4m控制。

2.4 基巖面清淤

開挖到基巖并且開挖范圍滿足混凝土圍堰施工要求后，由潛水員采用清於管和水槍進(jìn)行水下清理。清淤管直徑宜采用25cm的鋼管，由10m3空壓機(jī)供氣，潛水員水下用高壓水槍將基巖上的泥土全部擾動(dòng)，采用清淤管排至施工部位以外。

2.5 水下鋼筋錨桿

水下錨固的錨桿起到焊接拉條并且加固模板的作用。采用HPR20294型液壓動(dòng)力鉆鉆孔，鉆孔尺寸45mm，再用高壓水槍沖擊空洞以達(dá)到清理孔內(nèi)殘?jiān)淖饔?，后需檢查孔深度是否滿足要求、孔內(nèi)清理殘?jiān)欠駶M足施工要求，最后進(jìn)行錨固劑填充、插鋼筋桿施工工序。藥卷式水下錨固劑作為該項(xiàng)目的主要錨固劑，該錨固劑進(jìn)場(chǎng)后需被抽樣檢查，合格后方能進(jìn)行施工。

2.6 模板施工

水下模板采用可拆卸的組合鋼模板，根據(jù)倉面尺寸，在澆筑船上采用螺栓連接拼裝，由澆筑船運(yùn)送到施工部位再整體吊入水中。吊裝拼模板采用簡(jiǎn)易型三角支架配合手動(dòng)葫蘆，安裝前在模板四周設(shè)置定位纜繩。整體型鋼模板水平位置的調(diào)整，由澆筑平臺(tái)上的纜繩控制，定位測(cè)量采用交會(huì)法進(jìn)行，采用測(cè)距儀和經(jīng)偉儀測(cè)量控制，模板垂直度測(cè)量采用掛重球直接檢查。

測(cè)量方法：在鋼模板的中心預(yù)先電焊一根豎向圓鋼(φ12mm×1.5m)并涂上紅白油漆作為鋼模板中心標(biāo)志，此標(biāo)志垂直于鋼模板平面，岸上一臺(tái)儀器對(duì)準(zhǔn)軸線，另一臺(tái)儀器對(duì)準(zhǔn)中心，由專人負(fù)責(zé)指揮安裝。

安裝整體模板時(shí)，為保證模板的平整度，在模板制作過程中，四周采用法蘭螺栓做可調(diào)支撐，安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)整，模板底部打定位樁，四面打斜撐撐牢固定，底部有縫隙的部位，用模板封堵。模板拉條采用不小于φ16的圓鋼，對(duì)穿拉條按1.0m×1.0m梅花型間隔布置，為確?；炷羾叩恼w穩(wěn)定，在垂直圍堰軸線的施工縫上設(shè)置梯形鍵槽。

2.7 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑工序?yàn)椋合劝惭b平臺(tái)及導(dǎo)管，再放置砂包作業(yè)，后將攪拌的混凝土料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，然后水下下料澆筑混凝土。水下圍堰混凝土施工完成后，將導(dǎo)管提出放置到堆放處，再進(jìn)行水下混凝土檢測(cè)，合格后施工完成。

混凝土材料選用C20泵送混凝土，二級(jí)配，坍落度控制在18cm左右，坍落擴(kuò)度大于45cm。水下混凝土的施工質(zhì)量首先取決于配合比的設(shè)計(jì)，結(jié)合多個(gè)工程的經(jīng)驗(yàn)，水下混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，膠凝材料必須大于420kg，才能滿足流動(dòng)性需要。

水下混凝土用導(dǎo)管法澆筑施工，導(dǎo)管直徑為25mm，橫向布置兩個(gè)導(dǎo)管，間距4m，縱向布置3根，間距4m。澆筑時(shí)，導(dǎo)管輪流進(jìn)行，不得留施工縫，一次澆筑完畢。導(dǎo)管長(zhǎng)度選用2m和0.5m，每套導(dǎo)管長(zhǎng)、短導(dǎo)管相互搭配，便于提升導(dǎo)管過程中拆卸。提升導(dǎo)管采用簡(jiǎn)易三腳架配合手動(dòng)葫蘆，根據(jù)下料量和導(dǎo)管提升長(zhǎng)度判斷埋深，由人工手動(dòng)提升。

水下混凝土施工需要注意：首批倒入導(dǎo)管的混凝土含量應(yīng)≥1.5m3，以確?；炷林袑?dǎo)管掩埋深度≥0.80m。

導(dǎo)管埋入最小深度：Hmin=I×Lt

式中：I——表示混凝土拌合物在倉面擴(kuò)散坡率，取0.15～0.2；

Lt——導(dǎo)管間距，取4m。

代入式中得：Hmin=0.2×4=0.8m。

考慮拌合物下落速度要求，根據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，水下澆筑水深16m左右時(shí)，最小埋深取0.8m，因此，本工程水下導(dǎo)管最小埋深取0.8m。

為確保導(dǎo)管中混凝土順暢下注，避免堵塞導(dǎo)管的現(xiàn)象發(fā)生，通過控制導(dǎo)管頂部高出澆筑時(shí)水位的最小高度：

Ha=(P-(Rc-Rw)×Hac)/Rc

式中：P——導(dǎo)管底部的最小超壓力，取7.5t/m2；

Rc——水下混凝土的容重，取2.4t/m3。

Rw——水的容重，取1t/m3。

Hac——水面至己澆筑混凝土面的高度，取最小值0m。

代入式中計(jì)算得Ha=3.1m。

根據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，為避免澆筑時(shí)出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生，Ha取3m。因此，水下澆筑平臺(tái)承料斗高度需超過水面3m。

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的布置：水下混凝土澆筑時(shí)的上升速度一般控制在0.3m/h左右，根據(jù)倉位大小計(jì)算入倉強(qiáng)度為28.8m3/h。采用2臺(tái)0.75m3攪拌機(jī)生產(chǎn)混凝土，混凝土的生產(chǎn)能力為：V=60÷3×0.75×2=30m3/h。混凝土泵選用型號(hào)為HB-60型，每小時(shí)輸送能力為60 m3/h，輸送距離可達(dá)200m，滿足混凝土澆筑強(qiáng)度。

2.8 模板拆除

在混凝土達(dá)到終凝后拆模，模板拆除采用浮吊配合人工進(jìn)行。先用浮吊吊住，潛水員采用氣焊水下割除螺桿，模板脫落后，浮吊緩緩提升。

2.9 縫面處理

水下縫面不能進(jìn)行沖毛處理，采用人工開挖鍵槽，埋設(shè)間排距1.5m的插筋，埋深1.0m，外露1.0m。

3 注意事項(xiàng)

(1)首批灌注混凝土所需的方量應(yīng)同時(shí)滿足導(dǎo)管首次埋深≥0.8m和填充導(dǎo)管底部的條件。

(2)混凝土澆筑開始后應(yīng)能確?；炷吝B續(xù)施工。

(3)澆筑過程需經(jīng)常檢查倉內(nèi)混凝土面位置，觀察調(diào)整導(dǎo)管埋置的深度。

(4)應(yīng)根據(jù)拌合樓生產(chǎn)強(qiáng)度確定倉位大小，確保在先澆筑的混凝土初凝前完成混凝土澆筑。

4 結(jié)語

水下混凝土施工工藝為特種混凝土施工工藝，其本質(zhì)為將拌制完成的高流態(tài)混凝土，運(yùn)用適合的輸送方式輸送至預(yù)定的部位，然后硬化成型的過程。水下混凝土的施工對(duì)混凝土各項(xiàng)性能要求更高，需有足夠的流動(dòng)性、穩(wěn)定的抗泌水性、穩(wěn)定的抗分離性。為了保證導(dǎo)管下注后水下混凝土的穩(wěn)定性，以防水下混凝土出現(xiàn)骨料分離現(xiàn)象，確?；炷潦┕べ|(zhì)量達(dá)到要求，應(yīng)注意以下施工方面的把控：

(1)水下混凝土由導(dǎo)管下注過程中，應(yīng)避免其與水的接觸；

(2)外加劑的添加可增強(qiáng)混凝土在水中的不分散、不離析性能；

(3)水下混凝土澆筑施工的施工隊(duì)伍要有足夠的施工經(jīng)驗(yàn)，其清理作業(yè)面、安裝模板、錨固錨桿等施工工藝與陸地施工相近。主要影響因素為水下混凝土澆筑時(shí)的混凝土配合比調(diào)配、導(dǎo)管埋置深度、混凝土面上升速度等，以上因素必須進(jìn)行專門、專業(yè)的論證。