浅谈水下混凝土施工工艺及注意事项

未山山

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都， 610091)

1 工程概况

某水电站大坝除险加固工程位于黄河中游北干流上，施工基坑与原建筑物泄水闸相连，已充分利用原建筑物的导墙进行分段设计来组成上游围堰。为保证围堰不阻断泄水通道且不影响施工基坑的施工进程，靠近导墙部位以混凝土围堰型式施工，远离导墙部位以土石围堰型式施工。根据原建筑物导墙前端的地形型式，围堰结构拟采用重力式水下混凝土型式，围堰底部高程为722m～730m，底部最大宽度为7.8m，设计围堰为10年一遇洪水标准。考虑交通需要，确定围堰顶部高程为735.0m，最大堰高13m，迎水面以直墙式施工，背水面以台阶式施工，堰顶宽根据后期交通需要确定为6.0m；混凝土围堰与原建筑物导墙平顺连接，围堰预计轴线长度为45m，水下混凝土浇筑工程量约2900m3。

水下混凝土施工特点：

(1)水下施工难度大，工期紧。黄河河水浑浊，全凭潜水员施工经验进行水下定位，完成水下各个项目施工。水下混凝土施工安排在汛前施工，黄河3月底才解冻，有效施工工期为105d，工期紧。

(2)水下施工条件差，存在较大的安全隐患。本施工区域紧靠泄洪闸进口，库区内流态复杂。据当地气象资料反映，3、4月份平均气温在7℃左右，河水温度低，不适宜人工水下清基、 立模等工作。

(3)技术精度高，施工质量把控难度大。该混凝土围堰型式为混凝土重力式，要求该围堰具有一定的成品稳定能力、防渗作用，但由于该项目混凝土浇筑过程振捣困难，便以浆柱的自重压力来实现自身密实效果。又因水下浇筑施工，无法直观地观察到浇筑现状，必须在施工前做出合理的混凝土配合比，把控难度大。

2 施工工艺

2.1 施工准备

根据混凝土围堰设计图纸测放轴线控制点和结构边线，水上采用浮标做标记，并将相应点、线延伸引至陆上。同时完成水下混凝土施工的各项准备工作：模板制作、浮箱准备、供风供电系统、专业人员与机具配备等。

2.2 水下土方开挖

水下土方开挖常规采用小型挖泥船施工，本项目开工前电站有两天冲沙放水时段，库水位降至825.0m，充分利用这一有利条件，采用PC400反铲直接进行淤积层开挖。

2.3 施工平台搭设

水上作业平台为水下作业的基础平台，施工前需搭设完毕且安全性要高。施工平台采用浮箱拼接形成，还包括一艘工作船、一艘模板安装船和一艘浮吊船。采用8只浮箱(浮箱尺寸6m×3m×1.5m)拼装成浇筑船，浇筑船中间围成长12m宽8.5m空腔，作为模板安装和混凝土浇筑的通道。1.5m3的下料斗安装浇筑船中间处，根据混凝土围堰浇筑仓面布置，距结构边线不小于1m的范围布置下料导管，导管间距按4m控制。

2.4 基岩面清淤

开挖到基岩并且开挖范围满足混凝土围堰施工要求后，由潜水员采用清於管和水枪进行水下清理。清淤管直径宜采用25cm的钢管，由10m3空压机供气，潜水员水下用高压水枪将基岩上的泥土全部扰动，采用清淤管排至施工部位以外。

2.5 水下钢筋锚杆

水下锚固的锚杆起到焊接拉条并且加固模板的作用。采用HPR20294型液压动力钻钻孔，钻孔尺寸45mm，再用高压水枪冲击空洞以达到清理孔内残渣的作用，后需检查孔深度是否满足要求、孔内清理残渣是否满足施工要求，最后进行锚固剂填充、插钢筋杆施工工序。药卷式水下锚固剂作为该项目的主要锚固剂，该锚固剂进场后需被抽样检查，合格后方能进行施工。

2.6 模板施工

水下模板采用可拆卸的组合钢模板，根据仓面尺寸，在浇筑船上采用螺栓连接拼装，由浇筑船运送到施工部位再整体吊入水中。吊装拼模板采用简易型三角支架配合手动葫芦，安装前在模板四周设置定位缆绳。整体型钢模板水平位置的调整，由浇筑平台上的缆绳控制，定位测量采用交会法进行，采用测距仪和经伟仪测量控制，模板垂直度测量采用挂重球直接检查。

测量方法：在钢模板的中心预先电焊一根竖向圆钢(φ12mm×1.5m)并涂上红白油漆作为钢模板中心标志，此标志垂直于钢模板平面，岸上一台仪器对准轴线，另一台仪器对准中心，由专人负责指挥安装。

安装整体模板时，为保证模板的平整度，在模板制作过程中，四周采用法兰螺栓做可调支撑，安装时进行调整，模板底部打定位桩，四面打斜撑撑牢固定，底部有缝隙的部位，用模板封堵。模板拉条采用不小于φ16的圆钢，对穿拉条按1.0m×1.0m梅花型间隔布置，为确保混凝土围堰的整体稳定，在垂直围堰轴线的施工缝上设置梯形键槽。

2.7 水下混凝土浇筑

水下混凝土浇筑工序为：先安装平台及导管，再放置砂包作业，后将搅拌的混凝土料运至现场，然后水下下料浇筑混凝土。水下围堰混凝土施工完成后，将导管提出放置到堆放处，再进行水下混凝土检测，合格后施工完成。

混凝土材料选用C20泵送混凝土，二级配，坍落度控制在18cm左右，坍落扩度大于45cm。水下混凝土的施工质量首先取决于配合比的设计，结合多个工程的经验，水下混凝土配合比设计时，胶凝材料必须大于420kg，才能满足流动性需要。

水下混凝土用导管法浇筑施工，导管直径为25mm，横向布置两个导管，间距4m，纵向布置3根，间距4m。浇筑时，导管轮流进行，不得留施工缝，一次浇筑完毕。导管长度选用2m和0.5m，每套导管长、短导管相互搭配，便于提升导管过程中拆卸。提升导管采用简易三脚架配合手动葫芦，根据下料量和导管提升长度判断埋深，由人工手动提升。

水下混凝土施工需要注意：首批倒入导管的混凝土含量应≥1.5m3，以确保混凝土中导管掩埋深度≥0.80m。

导管埋入最小深度：Hmin=I×Lt

式中：I——表示混凝土拌合物在仓面扩散坡率，取0.15～0.2；

Lt——导管间距，取4m。

代入式中得：Hmin=0.2×4=0.8m。

考虑拌合物下落速度要求，根据以往类似工程的施工经验，水下浇筑水深16m左右时，最小埋深取0.8m，因此，本工程水下导管最小埋深取0.8m。

为确保导管中混凝土顺畅下注，避免堵塞导管的现象发生，通过控制导管顶部高出浇筑时水位的最小高度：

Ha=(P-(Rc-Rw)×Hac)/Rc

式中：P——导管底部的最小超压力，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——水面至己浇筑混凝土面的高度，取最小值0m。

代入式中计算得Ha=3.1m。

根据以往类似工程的施工经验，为避免浇筑时出现导管堵塞等现象的发生，Ha取3m。因此，水下浇筑平台承料斗高度需超过水面3m。

混凝土生产系统的布置：水下混凝土浇筑时的上升速度一般控制在0.3m/h左右，根据仓位大小计算入仓强度为28.8m3/h。采用2台0.75m3搅拌机生产混凝土，混凝土的生产能力为：V=60÷3×0.75×2=30m3/h。混凝土泵选用型号为HB-60型，每小时输送能力为60 m3/h，输送距离可达200m，满足混凝土浇筑强度。

2.8 模板拆除

在混凝土达到终凝后拆模，模板拆除采用浮吊配合人工进行。先用浮吊吊住，潜水员采用气焊水下割除螺杆，模板脱落后，浮吊缓缓提升。

2.9 缝面处理

水下缝面不能进行冲毛处理，采用人工开挖键槽，埋设间排距1.5m的插筋，埋深1.0m，外露1.0m。

3 注意事项

(1)首批灌注混凝土所需的方量应同时满足导管首次埋深≥0.8m和填充导管底部的条件。

(2)混凝土浇筑开始后应能确保混凝土连续施工。

(3)浇筑过程需经常检查仓内混凝土面位置，观察调整导管埋置的深度。

(4)应根据拌合楼生产强度确定仓位大小，确保在先浇筑的混凝土初凝前完成混凝土浇筑。

4 结语

水下混凝土施工工艺为特种混凝土施工工艺，其本质为将拌制完成的高流态混凝土，运用适合的输送方式输送至预定的部位，然后硬化成型的过程。水下混凝土的施工对混凝土各项性能要求更高，需有足够的流动性、稳定的抗泌水性、稳定的抗分离性。为了保证导管下注后水下混凝土的稳定性，以防水下混凝土出现骨料分离现象，确保混凝土施工质量达到要求，应注意以下施工方面的把控：

(1)水下混凝土由导管下注过程中，应避免其与水的接触；

(2)外加剂的添加可增强混凝土在水中的不分散、不离析性能；

(3)水下混凝土浇筑施工的施工队伍要有足够的施工经验，其清理作业面、安装模板、锚固锚杆等施工工艺与陆地施工相近。主要影响因素为水下混凝土浇筑时的混凝土配合比调配、导管埋置深度、混凝土面上升速度等，以上因素必须进行专门、专业的论证。