水利工程中水下混凝土的施工要點(diǎn)探討

于洋，張愛鋒

（1.河南省水下救助搶險(xiǎn)隊(duì)，河南 鄭州 450003；2.河南省白沙水庫管理局，河南 禹州 461600）

0 引言

水下混凝土施工長期以來都是水利工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這是因?yàn)樵谒禄炷潦┕ぶ?，不僅僅需要考慮強(qiáng)度、硬度等性能，更要考慮裂縫、滲漏、露筋等一系列質(zhì)量病害，才能更好地保證水利工程的穩(wěn)定性、安全性以及使用性能。在具體施工中，需要結(jié)合水利工程的特點(diǎn)和地質(zhì)水文條件，選擇合適的施工技術(shù)以及管理措施，才能控制各種病害，保證施工質(zhì)量。基于此，開展水利工程中水下混凝土的施工要點(diǎn)的探討分析就顯得得尤為必要。

1 工程概述

某水利工程，壩體的總長度為2 000 m，高度達(dá)到84.65 m，地質(zhì)條件比較松軟，為保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，采用了鉆孔灌注樁施工技術(shù)，對(duì)水下混凝土施工質(zhì)量有嚴(yán)格的要求。既要嚴(yán)格控制混凝土裂縫問題，以免發(fā)生滲漏，同時(shí)也要考慮混凝土的強(qiáng)度問題，以保證水利工程壩體穩(wěn)定，避免發(fā)生不均勻沉降，保證質(zhì)量。工程所在的施工位置為土石混合體，地基含水量比較大，地下水位高，鉆孔灌注樁下部超過5 m需要進(jìn)行水下混凝土施工，樁距為3 m。

2 水下混凝土施工重難點(diǎn)分析

在案例工程的水下混凝土施工中存在的重難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，受到季節(jié)的影響比較大。工程規(guī)模比較大，施工周期比較長，跨越了多個(gè)季節(jié)，在夏季枯水期，地下水水位比較高，需要綜合采取降水、排水、防水等相互結(jié)合的技術(shù)，以保障施工質(zhì)量和安全，施工總是斷斷續(xù)續(xù)地進(jìn)行，施工難度也成倍增長。

第二，水下混凝土施工施工技術(shù)復(fù)雜，施工受到環(huán)境的影響比較大，需要用到多種混凝土，在灌注孔開挖、導(dǎo)管安裝、混凝土灌注等環(huán)節(jié)需要用到大量不同的設(shè)備，以及較多的施工人員，技術(shù)落實(shí)和施工難度比較大。

第三，溫度控制難度大，在此工程水下混凝土施工中，采取了大體積混凝土施工技術(shù)，需要分塊、分層澆筑，為避免發(fā)生裂縫、凍害等質(zhì)量問題，必須做好溫度控制措，以保證施工質(zhì)量。

3 水下混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

對(duì)于地基以上的覆蓋層，需要采取抓斗挖掘，或者通過疏浚的方法進(jìn)行清除，薄層淤泥和粉土層需要通過高壓水槍、氣動(dòng)提升器來清除，而對(duì)那些沉積下來的淤泥也要通過抓斗來清除，以便為正式施工營造良好的環(huán)境。從過去施工經(jīng)驗(yàn)來看，針對(duì)水下混凝土施工，清理地基比混凝土澆筑更加重要，在混凝土澆筑前需要先對(duì)基面進(jìn)行全面清理和檢查，才能更好地控制施工質(zhì)量。

除清基之外，混凝土原材料也要做好準(zhǔn)備，為保證水利工程總體施工質(zhì)量，工程在水下混凝土施工中用到的材料包括：水泥、砂、粗骨料、外加劑等。具體的質(zhì)量檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)如下：

第一，水泥選擇普通硅酸鹽水泥，并對(duì)進(jìn)場(chǎng)的水泥進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容包括：標(biāo)號(hào)、凝結(jié)時(shí)間、安定性等，不合格的水泥，嚴(yán)禁應(yīng)用到水下混凝土施工中。

第二，砂作為水下混凝土施工的細(xì)骨料，按照每600 t抽取一定的試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，所選擇的砂必須質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好、細(xì)度模數(shù)在2.4～2.8之間。

第三，粗骨料的最大粒徑不應(yīng)超過鋼筋籠鋼筋間隔的2/3，不同粒徑的碎石要分塊堆放，絕不可混合使用。

第四，外加劑的合理使用可有效改善混凝土的和易性，提升混凝土的整體性能，尤其是在水利工程施工中對(duì)混凝土的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求比較高，就必須要加入適量的外加劑，如減水劑、膨脹劑等。但在所選擇外加劑時(shí)，需要和已經(jīng)選擇好的水泥做好相容試驗(yàn)，保證所選擇的外加劑能夠滿足水利工程水下混凝土施工要求，并通過多次配合比，合理確定外加劑的添加量。

工程水下混凝土施工中對(duì)配料數(shù)量的要求非常嚴(yán)格，具體情況如表1所示。

表1 混凝土配合料數(shù)量允許偏差表

3.2 水下混凝土澆筑施工

按照此工程施工所選擇的骨料形狀及大小，導(dǎo)管要選擇150～230 mm之間的導(dǎo)管。如果骨料粒徑為40 mm左右的圓形骨料，則需要選擇直徑為200 mm的導(dǎo)管，導(dǎo)管長度可結(jié)合鉆孔灌注樁的深度合理選擇，有1、2、4、6 m等長度不等的導(dǎo)管可供選擇，以便實(shí)現(xiàn)快速安裝和拆卸，并要有合理的防水接縫，料斗的容積不能低于整根導(dǎo)管的容積，以保證混凝土灌注的連續(xù)性，工程水下混凝土施工示意圖如圖1所示。

圖1 水下混凝土施工示意圖

圖1中a為裝一斗混凝土，b為排走導(dǎo)管中的水和混凝土，c為混凝土逐步向上推進(jìn)。1為隔水塞，2為導(dǎo)管，3為接頭，4為混凝土。

在混凝土正式灌注之前，需要提前架設(shè)導(dǎo)管，保證導(dǎo)管底部安設(shè)在槽孔底部，并在導(dǎo)管中塞進(jìn)一個(gè)浮力比較大管塞，再將配制好的混凝土管注入到管內(nèi)。管塞在混凝土自重的作用下，會(huì)逐步向?qū)Ч艿撞恳苿?dòng)，將到導(dǎo)管中的泥漿擠出。在水下混凝土施工中管塞是否有效，直接決定了整個(gè)施工的成敗，因此，在布設(shè)管塞時(shí)，需要綜合考慮導(dǎo)管底部是否埋入到已經(jīng)澆筑的混凝土中，并在導(dǎo)管中控制好混凝土柱的高度。

工程水下混凝土施工采取了導(dǎo)管灌注法，導(dǎo)管分節(jié)安裝，在導(dǎo)管上部布設(shè)供料斗，保證供料斗的高度始終高于水面，在豐水季和枯水期需要適當(dāng)調(diào)整供料斗的高度。導(dǎo)管下端則插入到新澆筑的混凝土中，在整個(gè)水下混凝土施工中，導(dǎo)管必須始終保持在新澆筑混凝土表面以下。

在混凝土灌注時(shí)，導(dǎo)管間距需要控制在2～3 m之間，依次注滿每根導(dǎo)管之后，底部混凝土面會(huì)不斷上升，這就需要導(dǎo)管采用抬架支承方式，以保證各導(dǎo)管上升的垂直度，避免發(fā)生側(cè)向偏移，影響施工質(zhì)量。在一些不適合架設(shè)支撐架的位置，可通過起重機(jī)將導(dǎo)管快速提升和下落，特別是在一些比較重要的地段施工中，必須保證混凝土供應(yīng)的連續(xù)，避免混凝土分層，影響樁基的強(qiáng)度和承載力。如果采取了預(yù)拌混凝土，也需要保證混凝土灌注的連續(xù)性，拌合料的供應(yīng)強(qiáng)度必須保證在混凝土面的最小上升速度在0.30～0.50 m/h之間，在具體實(shí)施過程中，為保證施工的方便性，此工程采取了水泥含量比較大的混凝土，控制水泥含量不低于350 kg/m3，而且坍落度不能小于150 mm。

在進(jìn)行水下混凝土施工中，需要盡量對(duì)拌合料少擾動(dòng)或者不進(jìn)行擾動(dòng)，將混凝土逐步澆筑到最終的位置。為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要在混凝土澆筑中無需借助其他措施，就能流動(dòng)到需要澆筑的位置。針對(duì)那些結(jié)果斷面比較小的鉆孔灌注樁，就需要適當(dāng)減少混凝土拌合物的坍落度。但由于混凝土中加入了大量的水，水泥漿皮比較多，泥漿量比較大，這就要求在新澆筑混凝土之前，必須先清除泥皮和泥漿。

工程在混凝土澆筑中，采取導(dǎo)管法澆筑，對(duì)澆筑的連續(xù)性有很高的要求，以求規(guī)避施工縫。從類似工程使用的角度來看，在水下混凝土澆筑時(shí)，可采取袋裝、水底敞口料斗、導(dǎo)管法進(jìn)行澆筑，但從應(yīng)用效果的角度來看，導(dǎo)管澆筑法效果最佳。在整個(gè)澆筑過程中，必須嚴(yán)格控制地導(dǎo)管提升速度，在提升導(dǎo)管時(shí)，要適當(dāng)提升混凝土的供應(yīng)量。而在導(dǎo)管下降時(shí)，需要適當(dāng)減少混凝土的供應(yīng)量或者直接停止供應(yīng)混凝土。無論何種情況下，都不能將導(dǎo)管提出混凝土表面，如果導(dǎo)管中的混凝土已經(jīng)從澆筑完成混凝土之外流出，并且有水進(jìn)入到導(dǎo)管中，必須立即停止?jié)仓?，等混凝土凝固之后，在清除表面上不合格的混凝土，再重新繼續(xù)澆筑。

3.3 合理使用鋼筋

通常情況下在水下混凝土施工時(shí)要盡量合理使用擇斷面比較大的鋼筋，且相互之間的間距要適當(dāng)提升，不能阻礙混凝土的正常澆筑，在進(jìn)行鋼筋綁扎和鋼筋籠焊接時(shí)，必須嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，組成一個(gè)單元自后再下設(shè)到設(shè)計(jì)位置。包裹在鋼筋之外的混凝土必須具有良好的密實(shí)度，以保證鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度不小于80 mm。

3.4 模板施工

水下混凝土施工技術(shù)對(duì)模板施工質(zhì)量有極高的要求，不僅僅需要具有足夠的強(qiáng)度，還要具有良好的穩(wěn)定性、平整度，且拼縫必須嚴(yán)密，以便能夠很好地承受水下混凝土灌注時(shí)的壓力和荷載，以免水進(jìn)入到模板內(nèi)部，影響水下混凝土灌注質(zhì)量。要充分選擇和水下混凝土結(jié)構(gòu)、特征、施工條件、澆筑方法相互適應(yīng)的大模板。且模板支架的材料，必須選擇鋼材，豎向模板和內(nèi)傾模板需要設(shè)置內(nèi)部撐桿和外部欄桿，以保證模板的穩(wěn)定性。如果模板的支撐安裝在基土之上，則基土需要進(jìn)行合理處理，以保證具有足夠的強(qiáng)度，并加墊上支撐模板，做好模板接縫處理。在雨季施工時(shí)還要布設(shè)完善的排水系統(tǒng)。在混凝土澆筑前，要將模板內(nèi)的雜物清理干凈。

3.5 拆模和養(yǎng)護(hù)

為避免鋼筋與混凝土之間的粘接力的損失，上部混凝土初凝時(shí)應(yīng)解除對(duì)鋼筋籠的固定。在混凝土強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)值的25%后，拆除護(hù)筒或模版。鑿除多余混凝土?xí)r應(yīng)采用手工操作，不得使用爆破或其他影響其質(zhì)量的方法，否則將會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。混凝土剛筑好之后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以使用蓄水養(yǎng)護(hù)方法?；炷翝仓瓿珊蟮膬商靸?nèi)，要保持混凝土處于潮濕環(huán)境中。如果說混凝土澆筑面積大，那么還需要借助相關(guān)養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 水下混凝土施工中常見的問題和解決方法

4.1 氣泡

引起混凝土澆筑的氣泡的主要原因所選擇的砂子太細(xì)，或者引氣劑的用量不足，致使混凝土中的氣泡無法及時(shí)排除。為科學(xué)有效的控制氣泡，在選擇原材料時(shí)，所選擇的砂必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，并通過多次配比試驗(yàn)來確定使用量，以選擇合適的引氣劑，能夠?qū)⒒炷林械臍馀菁皶r(shí)排除，以免形成麻面，影響水下混凝土施工的總體質(zhì)量。如果已經(jīng)出現(xiàn)了氣泡，需要用毛刷去除表面雜物，再用清水潤濕一遍，使用相同強(qiáng)度的水泥砂漿進(jìn)行壓光處理，并及時(shí)進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。

4.2 裂縫

在水下混凝土施工中裂縫的控制是重中之重，溫度是引起裂縫的主要原因，水下混凝土澆筑時(shí)需要大量的混凝土，形成的水化熱量也比較大，致使混凝土內(nèi)部溫度比較高，而外部混凝土受到水的降溫影響溫度比較低，就形成了溫度差，相互之間就會(huì)形成溫度應(yīng)力，形成裂縫。為控制裂縫，需要切實(shí)做好配合比試驗(yàn)，尋找最佳的配合比，在保證水利工程對(duì)混凝土強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，盡量減少水泥用量，可用一些粉煤灰來代替水泥，但需要保證水膠比在合適的范圍中。此外，在水利工程水下混凝土澆筑時(shí)需要做好保溫處理，以免溫差過高，形成裂縫。

4.3 孔洞殘留

混凝土孔洞處理?？锥词侵附Y(jié)構(gòu)內(nèi)部有空腔，局部沒有混凝土或蜂窩缺陷過多，大部分孔洞是指超過鋼筋保護(hù)層厚度，但不超過物件截面尺寸1/3的缺陷。孔洞使結(jié)構(gòu)物斷面減少，降低結(jié)構(gòu)物承載能力，蓄水結(jié)構(gòu)物還可能形成滲漏通道。預(yù)防措施：混凝土拌和物應(yīng)均勻，混凝土和易性好，分層攤鋪、振搗、平倉及時(shí)，振搗均勻，不漏振，模板縫隙密合，模板支撐牢固。

4.4 露筋

露筋是指混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的主筋、架立筋、箍筋等沒有混凝土包裹而外露的缺陷。舊建筑物的露筋是由于混凝土表面腐蝕、浸蝕、凍融破壞，使混凝土保護(hù)層脫落或受到各種意外撞擊所致。露筋不處理，可使鋼筋產(chǎn)生銹蝕破壞，影響結(jié)構(gòu)物受力或形成滲水通道。處理方法：是澆注混凝土，應(yīng)保證鋼筋位置和保護(hù)層厚度正確，并加強(qiáng)檢查，發(fā)現(xiàn)偏差，及時(shí)糾正。鋼筋密集時(shí)，應(yīng)選用適當(dāng)粒徑的石子，石子最大顆粒尺寸不得超過結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時(shí)不得大于鋼筋凈距的3/4。截面較小鋼筋較密的部位，宜用細(xì)石混凝土澆筑。

5 結(jié)語

綜合工程實(shí)例，分析了水利工程水下混凝土施工的要點(diǎn)，分析結(jié)果表明，水下混凝土施工是水利工程施工的關(guān)鍵工序和技術(shù)，其施工質(zhì)量，直接關(guān)系到整個(gè)水利工程的總體質(zhì)量。但水下混凝土施工的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地面施工，具有很多不可控的因素，這就需要施工單位能夠結(jié)合水下混凝土施工的特點(diǎn)，嚴(yán)格把控好每個(gè)細(xì)節(jié)，明確施工要點(diǎn)，以保證各項(xiàng)技術(shù)和措施能夠落實(shí)到實(shí)處，提升水利工程的總體質(zhì)量。