水下导管法浇筑混凝土技术在龚嘴水电站水下修补中的应用

陈 洋，王 玲

（青岛太平洋海洋工程有限公司，山东 青岛 266100）

1 水下浇筑技术及龚嘴水电站水下浇筑工程概况

近年来国家大力发展电力水利事业，人们利用水电资源进行发电和灌溉，提高了生活水平，创造了巨大的社会财富。随着水库大坝使用年代的增加，受水流冲刷破坏等影响，水工结构物出现了冲坑、淘空等诸多问题。特别是位于水工结构物水下部分的缺陷，施工空间小、水深大，大型机械设备难于处理。这些问题如果不及时解决，会严重影响大坝安全。随着施工技术、水下施工设备和水下材料的发展，水下施工技术当前已经具备了在水下直接对水工建筑物缺陷进行处理修复的能力。尤其是水下混凝土浇筑技术已经非常成熟，可以极大地节省工程费用和停机发电时间。本文结合水下不分散混凝土在龚嘴水电站消力池侧墙水下修补工程中的应用浅谈水下导管法浇筑技术。

龚嘴水电站位于四川省岷江支流大渡河上，距下游乐山市90 km。电站以发电为主，坝后厂房装机容量400 MW，地下厂房装机容量300 MW。在2006年和2007年对消力塘周边侧墙进行水下检查时发现消力池侧壁有几处不同程度的冲刷、淘空破坏，破坏处位于水下20 m处。

2 水下浇筑方案的选择

水下混凝土浇筑的常用方法有导管法、料斗法、溜槽法等，本工程的修补部位在消力池的侧壁，需要支设模板，进行水下立面混凝土浇筑，作业空间有限，施工工期短、浇筑质量要求高。综合以上因素，采用了导管法浇筑水下不分散混凝土的施工方案（见图 1）。

图1 导管法浇筑水下不分散混凝土方案（单位：mm）

2.1 水下浇筑施工技术要点及应对措施

采导管法浇筑水下不分散混凝土浇筑修补缺陷，需达到以下技术要求：①保证新老混凝土的粘结性要求；②保证新浇筑混凝土的抗冲耐磨性；③保证新浇筑混凝土表面光滑、平整度好。为此，采取了以下措施：

（1）锚固筋、钢筋网结合保证新、老混凝土的紧密结合。新、老混凝土的结合及粘接强度是本工程的关键，因此，除采用优秀的水下浇筑材料外，还加设了锚固筋。并在混凝土表层设置钢筋网，采用水下焊接方法将钢筋网与锚固筋紧密连接，使其形成整体。

（2）布设钢筋网保证新浇筑混凝土的抗冲耐磨性。待修补部位常年受高速水流的冲刷，必须在混凝土表层加强保护，故在新浇混凝土表层设置钢筋网，潜水员用水下焊接方法将钢筋网与锚固筋紧密连接，做抗裂保护。

（3）采用适合现场条件的混凝土配比,安装随形模板，保证混凝土表面光滑平整。根据现场天气、水温条件调整配合比，保证混凝土良好的流动性和自密实性；打磨浇筑凸起部分，保证模板拼接平整。

2.2 施工难点

（1）大面积侧壁浇筑的模板安装布置。模板制作与安装应使新浇筑的混凝土在水流方向形成顺畅平整的过流面，减少涡流和水流阻力，并能按设计要求成型，保证混凝土质量，并提高抗冲耐磨能力。龚嘴水电站消力池侧壁水下修补工程最大掏空缺陷的高度达7 m，在这个部位布置模板是整个水下施工过程的重点、难点。受施工现场水深，淘空形状不规则的条件限制，无法采用大型拼装式模板，只能现场制作随形模板，拼接布置，分层浇筑。经过工程实践，本次浇筑模板支护非常成功，承受了水下浇筑混凝土的重力和倒向张力。

（2）边缘薄层混凝土浇筑质量控制。冲坑边边缘薄层混凝土是整个浇筑中最薄弱的部位，这个部位的处理直接影响到后期新老混凝土的结合和新浇筑混凝土的耐久性。通过调整水灰比和级配、控制流动性和坍落度很好地完成了边缘部位混凝土的浇筑，未出现脱空、漏浇、蜂窝等缺陷。

（3）导管法施工工艺和质量控制。采用隔水埋管浇筑法，其核心技术是两道隔水措施，即通球隔水和软袖管隔水。浇筑工艺为：在开始浇筑第一罐混凝土之前，把φ248 mm的软质浮力圆球投放在φ250 mm导管内，球浮在水面，然后把已拌制好的混凝土通过溜槽进入漏斗再进入到导管。导管内的混凝土与通球接触，并推动通球下移。在下移的过程中，混凝土由于有球体的隔离，不与水接触，不受混凝土下降时水流的冲刷，混凝土中的胶粘颗粒不受损失，大大有利于水下混凝土水陆强度比的提高。通球到底后，经过软袖管出水，由于软袖管平卧在基底上，混凝土不会全部流出，把不渗水的软袖管封堵住，外面的水不会进入，保证导管内无水。通球浇筑2～3次，完全可以保证不渗水的软袖管是埋在混凝土里，形成了埋管浇筑。即便是不连续浇筑，中间停浇时，导管内也无水。这种先进的浇筑方法，既避免了水流对流态混凝土的冲洗，也避免了浇筑过程中的骨料离析。

3 水下导管法浇筑混凝土的施工步骤

水下浇筑的工序为：水下检查与测量→冲刷坑开挖与清理→水下钻孔→埋设锚筋→水下布钢筋网→水下立模→水下混凝土浇筑→水下拆模。

（1）水下检查与测量。由潜水员通过水下录像和水下工具测量、检查淘空洞范围大小及损坏情况，并反馈到水面电视监控系统。

（2）冲刷坑开挖与清理。由潜水员用液压锯沿切割线切割出补强边缘线（开挖边线为冲刷坑边缘6 cm），并用液压镐将淘空洞深度不足6 cm的部位开挖到6 cm，清除淘空洞内的碎石、混凝土等残渣，然后将原混凝土表面打毛，露出粗骨料，并用高压水把渣屑冲除干净。

（3）水下钻锚固孔。潜水员用水下液压钻在淘空洞底部按孔距进行水下钻孔，再用高压水清除孔内的岩屑和沉渣，确保孔壁无尘土附着。

（4）锚固钢筋。锚孔清洗完成后，内部充填水下锚固剂，锚固剂充填量应满足锚筋插到孔底之后，锚固剂能填满锚筋周围的环形空间。锚筋插入后，要转动几次以使锚固剂充分与锚杆和孔壁粘紧，增加锚固力，保证粘结强度大于2 MPa。

（5）铺设钢筋网。待锚固剂硬化后，将双向钢筋网整体吊装下水就位，钢筋网布置在新浇水下混凝土的上部，混凝土保护层为5 cm。钢筋与锚筋之间用水下电焊连接。

（6）架立钢模板。淘空洞在侧壁，面积较大，浇筑水下混凝土时侧压力较大，模板必须是具有足够刚度和强度的随型可重复利用的模板。底排模板的下边通过锚栓孔用膨胀螺栓锚固到立面上，其他各排的两个端板也要用膨胀螺栓通过模板上的端部锚固孔锚固到立面上。各块模板之间通过连接螺栓连接。各排模板还要通过模板上的锚固孔，用弯钩螺栓把模板和已锚固的钢筋网连接起来，以抵抗浇筑混凝土时的侧压力。

（7）浇筑水下不分散混凝土。水面设作业平台，平台上布置混凝土搅拌设备，混凝土出仓后，通过导管引到水下浇筑仓内，分层浇筑，初凝时间6 h，强度要求C30。浇筑工艺如下：①混凝土连续、徐缓地倾倒进承料漏斗，防止导管内空气不能及时排除产生高压气囊。②在浇筑过程中要随时作水上和水下检查。水上检查导管是否堵塞，如发生堵塞及时疏通；水下检查软袖管是否始终处于埋没状态，同时也要检查模板漏浆情况，出现问题及时处理。③随着水下混凝土浇筑面的上升，超过1.0 m时，要拆除导管上部的导管节。在拆除过程中，避免软袖管和导管内进水。如果进水，应该再用通球法浇筑1～2次。当浇筑面上升小于1.0 m时，软袖管可以自行调整，无需提升导管。④在浇筑过程中，要随时移动浇筑导管，使它的位置处于浇筑面上方。浇筑半径控制在2.5 m左右。浇筑过程中要保证混凝土的连续浇筑，配置备用搅拌机。

（8）水下拆模。潜水员采用水下工具把膨胀螺栓、弯钩螺栓和连接螺栓拆卸下来，再用撬杠把模板一一拆下。模板内侧贴有牛皮纸，使得模板与混凝土之间粘结力很小，极易拆下。露出的拉筋头等要割除，并做好防锈保护处理。

4 主要材料性能

本工程根据淘空缺陷深度的不同采用了两种不同的水下混凝土材料：

（1）水下不分散混凝土工作机理及性能指标。水下不分散混凝土是在普通混凝土拌和物中加入絮凝剂，在水泥颗粒之间形成架桥结构，增大了吸附力，提高了粘性，抑制了骨料的沉降和离析，从而使混凝土在水下硬化前获得了一定程度的抗分散性，同时也改善了普通混凝土的流动性，达到了满意的施工性能。水下不分散混凝土造价低，适用于修补面积和深度较大的淘空缺陷

（2）聚合物水下不分散混凝土工作机理及性能指标。聚合物混凝土是由不饱和树脂、相应助剂和各种填料结合而成的一种混凝土。具有优良的综合力学性能，耐水、耐磨、耐化学腐蚀，其抗压、抗折、抗拉、粘接强度均很好，但造价较高，适用于修补面积和深度较小的淘空缺陷。

5 结语

龚嘴水电站消力池经过汛期急速水流冲刷、磨蚀后，水下复查结果表明，新浇混凝土表面完整，耐磨性良好，达到了工程质量要求。

水下浇筑对于水库大坝除险加固工程来说，造价经济、工程量小、工期短、无污染，既不需要水库特意为工程而降低水位，也不需要采用土石围堰进行旱地施工，为水库大坝修理维护提供了更多的选择，以较小的资金投入即可获得明显的经济效益和社会效益。