水下混凝土施工工艺与质量控制

水上构筑物的施工，面临着水下测量、浇筑等工艺问题;水下混凝土浇筑的质量控制是关键。本文以三峡船闸下游增设靠船墩工程为例，对于水下基础浇筑的质量控制重点进行了介绍，并就影响水下混凝土施工质量的情况进行了分析，提出了相应的施工质量控制措施。1工程概况项目位于三峡船闸下游引航道，由于库区航运迅猛发展，过闸船舶单体自航船数量增多，原设计船闸下游导航墙长度难以适应整个闸次船舶待闸停靠要求，经论证在现有导航墙下游增设5座靠船墩。新增靠船墩直径8.6m、高20m圆柱状体实心混凝土结构。新建墩体自现有船闸导航墙下游方向的第一个墩柱开始，向下游120m等距布置5个墩体，新增墩体前沿与导航墙前沿面平齐。墩体与航道中心线设计距离最小为64m，最大为68.7m。2施工工艺2．1现场施工准备按设计图纸大样焊结加工水下整体钢护筒，在临近的护岸设置沉放护筒校准点(精确放样);测量施工区域水深、检查基底淤积情况;陆上焊接施工平台的;搭设浇筑供料系统。2．2吊装沉放整体钢模板制作成型后，由3000吨滚装船上运至施工水域，然后由滚装船上的100吨汽车将模板吊沉放至施工作业面。吊装模板过程中，用全站仪对模板轴线、高程进行实时监测，此过程中，确保水陆的信息通畅，转入指挥模板的沉放速度，确保其终沉位置准确。2．3水下清基模板就位后，潜水员检查其周边缝隙状况，采用钢板、模板等封堵固定。采用风泵气举法对钢护筒内淤积物进行清理，体积较大的零星块石由潜水员搬走。建基面达到设计要求后，留存水下影像资料。2．4水下浇筑(1)水下浇筑平台搭设。水下清基完成后，复核钢护筒位置无误后，进行水下浇筑平台的搭设，浇筑平台由护筒内6道内支撑，和护筒顶6组钢梁组成下平台，在位于护筒中心的钢梁桁架上搭设上部集料平台，两平台高差4米，上下平台搭设竹跳板方便人员通行操作，中心集料斗设计容量为3.5方位于上平台，底部设4个出料口采用导管与4根浇筑导管相接。水下混凝土扩散半径3.5m控制，共布置4根直径275mm导管使用前作水压水密性试验，导管用手拉葫芦挂于上平台梁。在两导管间和导管与筒壁间布置8个测深点。(2)最小浇筑深度确认。浇筑量的确定，每个靠船墩基础面积为58m2，混凝土每抬高1m需要混凝土58m3，水下浇筑强度较大，水深8.5m，变幅为0.5m。钢护筒采用0.8mm的钢板。在护筒深度方向上，每1.2m设内撑，每0.6m设加肋板，将混凝土和护筒视作整体完全固结，确保整体重力大于其所承受的浮力。浮力:F1=γ水h1A=10×3.14×4.3×4.3=580吨，现场使用的钢护筒和浇筑平台自重48吨。混凝土自重G=γ混HA=2.4×H×3.14×4.3×4.3;G+48=F1。由上述各式计算H=3.82m．考虑成型后表层混凝土清表量0.5m和底部0.2米的极限不平整，既最小浇筑深度为3.82+0.5+0.2=4.52m，则最小浇筑量为4.52×58=262m3。(3)首批混凝土方量和浇筑强度控制。混凝土设计初凝时间为13小时，浇筑4.5米混凝土为261方，且4根导管间歇时间不超过1小时。首批混凝土方量按不可压缩流体运动公式计算:V=hpπd2/4+HzπＲ2/3，H为内水面至封底混凝土底高度，此次计算按没过护筒水位8.5米算，Hy=H－Hz/3=8.5－0.7/3=7.8其中，Hy为围堰内水面至首批混凝土锥体重心的高度。Hp为导管外锥体Hz时导管内混凝土平衡高度Hp=Hy*ρ水/ρ混凝=7.8*1/2.4=3.25，d为导管半径0.15，Ｒ导管作用半径按3.5m计取，Hz为首批混凝土灌注后导管最小埋深0.5m时，锥体高度0.7m(管口离底0.2m，)确定首批混凝土浇筑量为V=9.1m3，可将混凝土管没于混凝土0.5m，混凝土供料采取30m3混凝土泵车一备一用，也可同时供料，产仓按同时供料考虑每分钟可共1方，后续混凝土供常正下，在保证锥体埋管深度达到正常值。(4)混凝土浇筑过程质量控制。混凝土的质量，是水下浇筑成功的决定性因素之一。混凝土的流动性、和易性以及坍落度直接决定混凝土浇筑的连续性以及水下流动范围。除采用双掺技术提高混凝土的和易性、流动性及稳定性外，水下混凝土其它性能指标规定如下:①混凝土强度不能小于设计强度C30;②首仓混凝土集料口坍落度18±2cm;③首仓后混凝土坍落度＞20cm;④混凝土初凝时间＞12h;⑤混凝土泌水率不小于4;⑥初始流动度不小于600mm，2h后，混凝土流动度不小于500mm;⑦混凝土满足泵送要求;⑧混凝土7d强度达到设计强度的80以上。在整个水下混凝施工过程中，必须指定专职实验人员进行拌合控制和现场调整。(5)浇筑控制。浇筑采用顶导管法浇筑，用测深锤从导管内测出导管下口与河床距离，依靠手拉葫芦调整导管底口至河床距离，按15～20cm控制。调整好导管，为保证混凝土浇筑的有序，对导管进行编号，标识导管的标高，顺时针方向依次浇筑。浇筑前利用高压风对钢护筒内沉淀物进行扰动保证细砂悬浮于水中。浇筑时利用导管平台将管内引出的沙包铅丝悬挂在承料漏斗下的导管中，沙袋深入导管内1～3m，且必须在仓位水面以上。当沙袋以上的导管及承料漏斗充满混凝土拌和物后，视水深及仓底情况剪断铁丝，使沙包随混凝土一起下滑至导管中、下部。在未剪断铅丝前，利用下放铅丝控制混凝土沿导管下滑速度。剪断后，依靠混凝土自重推动滑塞下落。完成初始浇筑后，用强光手电筒检查导管的空管部分，如未渗水，方可连续不断的浇筑混凝土。保证小料斗内灌满混凝土，同时中心集料口连续不断供料，确保完成导管封口混凝土浇注。首批压水混凝土浇注完成后，导管埋深要求0.5～1.0m。在一根导管封口完成后，进行其相邻导管压水时，先测量待封导管底口处的混凝土顶部标高，根据实测调整导管底口的高度。导管压水完成后，准确测量该导管周边3m范围内测点的高度，作好记录，每隔5min量测一次，以便对混凝土的流动性及流动范围进行控制，保证导管埋深。中间浇筑控制:水下凝土施工前，在导管与导管和导管与护筒壁间布设一个测点，浇注混凝土时用测绳量测混凝土顶面至平台的高度，计算混凝土面标高和导管埋深，每根导管压水结束后及时测量其埋深与流动范围，并作好详细记录，每次测深完成后将上次灌注时间、导管埋深及混凝土标高提交现场技术负责人和现场指挥员，并据此对开管顺序和各导管浇筑方量进行调整。常规浇筑:压水完成后，按压水顺序逐根导管进行正常灌注。为保证水下混凝土灌注的顺利进行，在每根导管压水完成后，同一导管两次灌入混凝土的间隔时间按不大于60min控制，并随时测量。保证导管有一定埋深。混凝土灌时，不得随便提升导管，即使需要提管，每次提升的高度都严格控制20－30cm之内，且采用手拉葫芦进行提升。当导管内未灌满混凝土时，后续的混凝土应徐徐倾入承料漏斗内，防止积存在导管内的空气不能及时排出时产生高压气囊，将导管节间胶垫挤出，导致漏水。浇筑中，应随时观察模板漏浆情况、混凝土浇筑质量，整个浇筑过程应连续进行，若混凝土拌和物的供应被迫中断，应把导管埋深些，以免导管中空，水分侵入。做好备料准备防止中断时间过长。随着水下混凝土浇筑面不断升高，需要提升并拆除部分导管节。拆除导管节后，先使导管上口重新安放到小料斗下方，在适当提升导管，恢复至正常位置，再开始浇筑。拆卸下来的管节、螺栓、胶垫等都应及时冲洗干净。(6)导管埋深控制和导管的拆除。导管采用直径为300cm的钢管加工制成，底节长度应不小于2.5m，上部配90－100cm的短管，作为调整节。导管内壁应光滑、圆顺、无明显凹凸，内径一致、其偏差不大于2mm，为保证水下混凝土浇筑质量，导管对接时，必须采用胶垫进行连接，拼接结束后，最好做一次水密性试验。浇筑过程中，为防止导管埋深过大导致导管堵塞，正常浇筑一次循环后，在进行第二次浇筑过程前，浇筑导管均需要利用提升手动葫芦对导管进行提升。提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。同时要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。水上混凝土浇筑方法与设备布置除了取消水下混凝土浇筑时排架顶部的集料斗和旋转下料平台，其余与水下混凝土浇筑基本相同。2．5施工中易发情况的控制和处理(1)混凝土堵管现象主要是由于混凝土流动性能差导致的。对混凝土和易性、流动性和坍落度的严格控制是对混凝土堵管现象最有效的控制和预防。对于混凝土堵管现象的处理主要采用提升导管的方法。在混凝土堵管现象发生后，及时缓慢提升导管，使混凝土流动开，在导管内混凝土面突然迅速下降的同时，再次浇筑混凝土并缓慢降低导管，以保证混凝土的连续性和导管埋深。(2)浇筑完成后混凝土顶面凹凸不平现象的主要原因有:①混凝土流动性、和易性、坍落度不够好，导致混凝土不流动或无法流动开;②混凝土灌注施工时，对导管口的标高控制不严，导致导管口的混凝土超高。主要预防措施有:①对混凝土质量严格把关;②要求现场施工人员加强责任心，精心组织施工、合理安排人员，加强对各个测深点以及导管口的测量监控，并作好相应的记录。本文结合工程实例，从钢护筒的吊装沉放、水上浇筑沉平台搭设、料斗及导管布设、混凝土浇筑方案质量控制、施工质量控制及常见问题的处理等方面介绍了水上吊装沉放作业及大体积水下混凝底施工方法及工艺，较好适应了水下混凝土施工方量大、浇筑时间长、混凝土质量控制等特性，对同类工程施工有很好借鉴作用。更多关于建筑行业独家信息，敬请实时关注鲁班乐标微信号。关注手机鲁班乐标（m./），实时了解建筑行业最新动态。