水下不分散混凝土及在水工沉箱工程中的应用

陈铁山 彭巨湘

（华海达（北京）工程管理咨询有限公司，广东 广州510310）

1 、概述

70年代始，世界各国科研人员着手从事水下混凝土浇捣技术的研究，原西德于1974年率先研制成功，定名为：水下不分散混凝土(Non-Dispersive Underwater Concrete)。该技术1982年获得英国劳氏船级社和挪威船级社的认可，认定该混凝土可以在海洋工程中应用。1978年日本从德国引进这项技术，并于1981年开始工程应用。我国在1983年开始研发，中国石油集团工程技术研究院于1987年首先研制成功水下不分散混凝土聚丙烯系UWB-Ⅰ絮凝剂和SCR絮凝剂；经若干年发展，该院于2003年采用高分子接枝技术研制成功由糖类高分子化合物组成的UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝剂(Anti-washout Admixture)，并获国家发明专利；我国2003年发布"水下不分散混凝土施工技术规范"把其定名为：水下不分散混凝土(Antiwashout Underwater Concrete)。

2 、水下不分散混凝土的概念

水下不分散混凝土是指在普通混凝土中加入絮凝剂的专用混凝土，这种加入絮凝剂的混凝土拌合物即使在水洗作用下骨料和水泥也不分散、不离析，且能自行流平和硬化，从根本上解决了新拌混凝土遇水分离问题，实现了水下施工"陆地化"。

3 、工程概况

华海达（北京）工程管理咨询有限公司于2008年底承接了广东省茂名市正源码头的施工监理任务。该码头长144.5m，码头前沿停泊水域水深为-9.30m，设计为重力式10000t杂货码头，设计安放16个沉箱。东护岸原设计有11.0m浆砌块石护岸，经设计变更为3个6.0m×3.6m×3.5m（高）钢制护箱，护箱底部不封堵钢板，内浇C25水下混凝土，混凝土理论体积226.8 m3。

设计、监理单位通过对国内水下不分散混凝土性能和使用情况的经验，选定中国石油集团工程技术研究院生产的UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝剂配制水下混凝土，混凝土标号：C25。

4 、水下混凝土原材料情况

（1）水泥：湛江海螺股份有限公司生产的海螺牌P.O42.5

（2）河砂：广东省吴川市鉴江的河砂

（3）粗集料：广东省茂名市水东石场的5－31.5mm连续级配的花岗岩碎石

（4）絮凝剂：UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝剂

（5）水下混凝土相关技术参数

表1 水下不分散混凝土材料用量及技术参数

5.1 传统的水下混凝土施工工艺及缺点

传统的水下混凝土施工工艺有：袋装叠置法、开底容器法、泵送法、导管法等，这些施工方法操作起来比较繁琐，操作稍有不慎，就会影响混凝土的浇捣质量。

众所周知，水泥是水硬性材料。将混凝土拌合物直接倾倒于水中，当其在水中下落时，由于水洗作用，骨料将与水泥分离，部分被水带走，部分长期处于悬浮状态。当水泥下沉时，已呈凝固状态，失去胶结骨料的能力。这样，在水中直接浇筑的混凝土拌合物有可能是一层砂、砾石骨料，一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣，无法保证混凝土中材料的均匀性、接缝的可靠性和钢筋的握裹力等，影响工程质量，造成环境污染。按常规浇筑的水下混凝土，工艺的关键是尽量隔离混凝土拌合物与环境水的接触来避免上述问题。为防止水洗，浇捣过程不能中断，在硬化后还要清理其表面一定数量的强度不符合要求的混凝土。

水工工程进行水下浇捣普通混凝土施工，模板不可能做得丝扣严密滴水不漏。传统的施工工艺，当需要抽水施工或处于动水环境下时，海水倒灌进沉箱内，涌动的环境水冲洗普通混凝土，会导致水泥浆的流失，造成砂石分离，严重影响混凝土的工程质量。

5.2 工程现场施工工艺简介

絮凝剂生产厂家提供的应用业绩和相关施工经验显示，使用了UWB-Ⅱ型絮凝剂的水下混凝土可以使用砼汽车泵直接在水底进行混凝土浇捣。

本次水下混凝土浇捣，选用的搅拌站离施工现场约50公里，运输时间约70分钟，选用的汽车泵臂长45m，泵送管径125mm，设计混凝土泵送量60 m3/h，实际泵送量50 m3/h左右，230 m3混凝土计划在250－270min左右浇捣完毕。现场钢护箱每个高3.5m，汽车泵出口软管长3.0m，汽车泵软管伸入海水面以下，软管出口距离沉箱基床面500mm，随着混凝土浇捣进程推进，管口不断向上提升，直至混凝土浇满钢护箱，从而在海水环境下制成3个混凝土实心方块。

5.3 相关统计数据

表2 抗压强度（MPa）

表3 强度统计结果

6 、注意事项

6.1 浇捣水下不分散混凝土前，先吹洗汽车泵出料管路，后在出料管口封堵上吹洗管路的吹洗球，防止海水倒灌入出料软管内，导致窜水；施工过程中，泵车软管出口控制在离浇捣面300～500mm左右，使混凝土在水中自由落下，自流平；当接驳混凝土运输车时，为防止海水倒灌入软管内，导致窜水，可将导管下端插入已浇灌好的混凝土中。

6.2 水下不分散混凝土浇捣时，难免有少量的水泥流失，从强度、耐久性、抗渗性等方面的要求考虑，水下不分散混凝土的单位水泥用量需要比普通混凝土的水泥用量大。絮凝剂的使用量按使用说明的最大使用量，所配制的水下不分散混凝土，流动性和粘度优良，混凝土抗分散效果优良。混凝土在水下能自动流平和密实。

6.3 海岸及海上混凝土浇捣作业的自然条件要比陆地艰苦得多，因此施工前必须制定合理的施工计划。水下不分散混凝土浇捣一般多以风速10m/s，有效波高0.6m，周期4-5s，潮流1.0km左右为作业极限。

6.4 水下不分散混凝土的粘性强，其中的水泥难于被水冲洗掉，当混凝土浇捣到既定高度，待混凝土表面沉实和自流平终止后，即可进行表面抹平。自流平的终止时间一般为浇捣后1-2小时。如水下浇捣，不具备抹平条件者，仅自流平亦可。

6.5 水下不分散混凝土的浮浆少，水下施工过程中仅需稍加注意，让混凝土自流平，即使不进行施工缝表面处理，也可以得到一定程度的结合强度。水工工程使用水下不分散混凝土浇捣的沉箱、沉箱基础等混凝土重力构件，可对施工缝不必予以特别考虑，施工难度低，可操控性好。

6.6 按照厂家的出厂说明，UWB-Ⅱ型絮凝剂无毒无害，所配制的水下混凝土对环境水域无污染，对水产养殖、工业和民用水源无害，可适用于食品类的工程，有利于生态环境保护。

7 、结语

掺加了UWB-Ⅱ絮凝剂的水下不分散混凝土抗分散性优异，施工工艺简单，混凝土的流动性优良，可泵送，施工配合机具少，能在水下免振捣、自流平，减少了传统浇捣工艺需支立塔架，制作施工平台、需吊车配合吊罐施工等工序，减少了机具成本的支出，在水工工程水下施工上应用前景十分广阔。

[1]林宝玉，吴绍章.混凝土工程新材料设计与施工.第一版.北京：中国水利水电出版社，1998.

[2]林鲜，陈凌华，周伟等.UWBⅡ型水下不分散混凝土絮凝剂的性能研究.混凝土,2006,(4),52－73.

[3]刘娟.水下不分散混凝土抗分散剂的研究.湖南大学硕士学位论文，2005.