水下混凝土浇筑施工组织技术研究

徐 瑛 黄 杰

［1.重庆航运建设发展(集团)有限公司 重庆 401121；2.重庆交通旅游投资集团有限公司 重庆 400021］

水下灌注混凝土，是一项通过混凝土泵压导管，依靠混凝土自重进行水下灌注的施工技术。因混凝土与水的比重差异，混凝土从管子底端缓慢流出向四周扩大分布时，不易被周围的水流所扰动，在一定程度上保证了施工质量。这一现已广泛应用在大坝、水电站、水闸、泵张、大桥、码头、防波堤、海洋构筑物、河底隧洞、厂房基础、渠道衬砌等工程上。混凝土工程直接在水下施工，在一定条件下省去了围堰工程，在缩短工期、减少成本方面有独特的优势。但水下混凝土浇筑也存在局限性。由于仓面位于水下，水上无法直接见到浇筑情况，必须由潜水员下到水底或通过监控设备控制施工进度和质量。立模工作也要由潜水员在水下进行，工程条件施工比陆地上困难许多。由于水的流动性模板不易固定，浇筑在水下的混凝土其中水泥砂浆易被水流带走，导致骨料离析，从而影响施工质量。并且水下振捣混凝土几乎是不可能的，全靠混凝土自重来压实，因此结构的强度和耐久性需要通过设计施工环节加以控制。本文以重庆某河道整治工程中的护岸工程为例，分析水下大体积混凝土连续浇筑的工程技术特点。

一、工程概况

护岸工程的护脚为水下混凝土挡墙结构，总长1175m，挡墙顶标高为+203.2m，施工水位+202.0m，设计混凝土强度等级为C20，混凝土方量共计46183m3。设计挡墙分段长度为10～15m，宽度2.5～5m，高度3～10m，混凝土最大浇筑方量为500m3，挡墙尺寸统计表见表1。水文计算参数选取与工程所在地相距不远，气候条件等情况相似的罗渡溪水文站为设计主要参证站。本次工程所在航道整治区内的岩土层有淤泥混砂、卵石土和泥岩。卵石土：卵砾石粒径1.5～11cm，卵石含量60%～85%，砂土充填稍密～很密，揭露厚度0～4.60m。本工程位于山区河流流域，洪水频繁，水位暴涨暴跌。渠江干流和主要支流的洪水一旦相遇，即造成中下游特大洪水。

7.05 1 5.7 4 10 2 6 3 15 1 6.2 4 10 5 15 2 6.7 4 10 17 11.9 1 7 4 10 1 4.7 10 1 5 8.1 1 10 11 9 4.7 10 1 8 5 1 8.96 1 11.04 1 10 59 10 5

二、技术参数设计

（一）基槽开挖

护岸工程的基槽开挖最大深度为13m，土质以砂卵石土为主，开挖深度为3～10m左右的基槽，按照设计要求开挖至中风化岩层，开挖土质主要以强风化泥岩或砂岩为主。主要设备为铲斗挖泥船（18×12×2.0m）配备PC460LC型反铲挖机一台（铲斗挖掘力28.3t），不同区段配置不同型号铲斗，采用双桩定位进行开挖施工，详见表2。

表2 不同区段施工设备配置表

（二）混凝土供应

设计挡墙最大截面尺寸为10×5m，浇筑速度为1m/h，混凝土需求量为50m3/h，配备1台HZS180拌合站，混凝土供应速度为60m3/h，同时配备4辆8m3罐车同时进行供应，保证首罐混凝土连续浇筑完成；混凝土拌和采用一台HZS180搅拌站生产，每盘混凝土拌和时间约为2.5～3.0min，生产能力约为60m3/h，混凝土供应能力能够满足施工需要；混凝土运输配备4辆8m3混凝土罐车，混凝土搅拌时间约6min，运输距离按1km计算，运输时间约为4～5min，混凝土浇筑时间约为6min，每趟运输时间为16min，故混凝土运输能力为96m3/h，混凝土运输能力能够满足施工需要。

（三）挡墙模板设计

由于挡墙尺寸随挡墙高程变化，每段挡墙长度、高度、宽度都不完全相同。为减少模板浪费，方便模板转移和拼装，增强模板的通用性，但同时必须保证模板的整体性满足要求，因此模板采用拼装无底箱型钢模施工工艺。对于部分高度和宽度变化较大的模板，采用分段拼装的方式进行组合。高度为10m模板通过1块6.8m高和1块3.2m高的模板组装，分别用于高度6.8m以下的挡墙和高度在6.8～10m的挡墙施工。5m模板宽度由2.0+1.0+2.0m宽度组装而成，可用于浇筑宽度4m和5m挡墙。当浇筑4m宽挡墙时，可由左右两侧的两块2m宽模板组装而成。组合模板根据挡墙尺寸组合进行拼装，设计组合模板连接处用M18螺栓加固，螺栓间距40cm，挡墙在高度和长度方向可拼装加高，随挡墙尺寸灵活调整。

三、施工作业

本护岸工程为水下混凝土浇筑工程，因此以水下模板安装和水下混凝土浇筑为主要介绍内容。

（一）模板安装

由于挡墙尺寸随挡墙高程变化，每段挡墙长度、高度、宽度都不完全相同。为减少模板浪费，方便模板转移和拼装，增强模板的通用性，但同时必须保证模板的整体性满足要求，因此模板采用拼装无底箱型钢模施工工艺。对于部分高度和宽度变化较大的模板，采用分段拼装的方式进行组合。5m模板宽度由2.0+1.0+2.0m宽度组装而成，可用于浇筑宽度4m和5m挡墙。组合模板根据挡墙尺寸组合进行拼装，设计组合模板连接处焊接双槽钢，用M18螺栓加固，螺栓间距40cm，接缝处安装橡胶止浆条，保证模板拼缝处不漏浆，挡墙在高度和长度方向可拼装加高，随挡墙尺寸灵活调整。

图1 5m模板组装示意图

图2 10m间隔段模板组装示意图

（二）混凝土浇筑

进行首罐混凝土浇筑前，对导管距离基槽底距离进行核算。可测量导管安装总长和导管距离模板顶面高度计算导管深度，导管底距离基槽底约为15cm，浇筑速度控制在1m/h左右，顶层露出水面后混凝土浇筑速度应适当减小，控制在0.5m/h左右。泵车的混凝土泵送速度与浇筑速度相匹配，泵送速度为20m3/h左右，顶层泵送速度控制在10m3/h。当浇筑过程中导管埋深超过1.5m后，即可逐渐缓慢提升导管，基本保持导管提升速度与浇筑速度一致。混凝土面高度达到2.2m以上时，即可拆除第一节1m导管，导管高度达到3.2m时，即可拆除第二节2m导管，以此类推，直至混凝土面露出水面。

（三）模板拆除

水下混凝土挡墙强度达到设计要求后，可进行模板拆除。独立模板采用整体式吊装方式，水下模板拆除时，由潜水员将模板四个角处的连接拉杆松开后，依次拆除模板四角的丁字型拉条，然后采用顶托将模板顶层顶松后，将吊架与4片模板连接后，再利用模板上安装的4台20t液压千斤顶将模板向上顶松，利用起重船上的克令吊将模板一次吊出。

间隔段模板拆除采取整体吊装方式，挡墙达到设计强度后，由潜水员将两片模板连接拉杆依次进行拆除后，用顶托将模板顶层顶松，然后利用起重船上的克令吊将模板吊出。

四、质量验收

基槽开挖和模板工程由施工方技术负责人组织进行自检，自检合格后申请监理单位进行验收，验收合格后方可进行下道工序施工。水下混凝土挡墙施工质量须满足《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）要求。

主要验收项目包括：（1）基槽开挖至设计标高时，应对土质进行核对，槽底土质应符合设计要求；（2）基槽开挖的平面位置应满足设计要求，断面尺寸不应小于设计规定；基槽开挖允许偏差应符合《水运工程质量检验标准》的规定；（3）模板及支撑的材料及结构必须符合施工技术方案和模板设计要求；（4）混凝土所用原材料的质量必须符合现行行业标准《水运工程混凝土施工规范（JTJ 268）》和国家现行有关规定；（5）混凝土配合比设计应符合现行行业标准《水运工程混凝土施工规范（JTJ 268）》和国家现行有关规定；（6）混凝土强度必须满足设计要求，并符合现行行业标准《水运工程混凝土施工规范（JTJ 268）》和国家现行有关规定。

表3 现浇混凝土模板安装允许偏差

表4 现浇混凝土挡土墙允许偏差

五、结束语

根据本工程的具体情况（山区河道、峰高浪急、河床覆盖较厚）采用水下浇筑混凝土在进度上较围堰旱地施工工期更有保障、更具操作性；在工程造价上也更节约。应该注意的是，采用超大模板时应对其结构尺寸、荷载峰值进行专项设计和验算；水下混凝土的生产和储存应严格按现场试验控制配合比和浇筑量。