大型渠道衬砌板水下不分散混凝土施工技术

宁亚涛，武媛媛

（中国南水北调集团中线公司河南分公司，河南 郑州 450000）

0 引言

南水北调中线工程是国家重大水利基础设施，自2014 年12月12日通水以来，已成为沿线城市生活、生产供水的新生命线，水下衬砌板不停水修复施工是一项急需解决的技术难题，因此特别需要准确掌握水下不分散混凝土的施工技术。

1 工程概况

①修复段工况。修复段位于南水北调中线干线工程某辖区，此段为弱膨胀挖方区段，原渠道垂直渠坡1.40 m厚的土层采取换填土，此地于2021年7月18日至23日遭受强降雨后，地下水水位升高，土体出现过饱和，膨胀土液化变软，土体失去支撑，造成原设计桩号Ⅳ193+791～Ⅳ193+863段左岸长72 m严重受损，衬砌板出现垮塌现象。②渠道水流情况。修复段渠道渠底宽18.50 m，设计水深7 m，现渠道实际水深7.30 m，流速1.10 m/min，流量250 m3/s。③施工方案及主要工程量。此次修复将破损垮塌的衬砌板拆除，将衬砌板下液化软弱的土体刮除至坚硬密实土层，然后用不分散混凝土填充至与原渠道坡面齐平。经过水下摸排，此次需修复衬砌块89块，水下不分散混凝土工程量大约790 m3，模板支立1 284 m2，沥青木板伸缩缝134 m2，含氯丁橡胶棒108.30 m，SR柔性填料108.30 m。

2 施工技术参数及工艺流程

2.1 技术参数

此渠段水下不分散混凝土施工段长72 m，设计厚度0.50 m，实际浇筑厚度根据开挖情况确定，不分散混凝土横向每间隔4 m设置一道2 cm 宽的伸缩缝，缝内分水上、水下填塞不同材料，水下为2 cm 厚沥青木板，水上为闭孔泡沫板，闭孔泡沫板顶2 cm灌注聚硫密封胶，纵向不设置分缝，新浇筑混凝土与旧的衬砌板之间的分缝，下面8 cm高粘贴2 cm厚闭孔泡沫板，上面2 cm高填塞氯丁橡胶棒和SR柔性填料。

2.2 施工工艺流程

水下不分散混凝土施工工作内容包括：模板及轨道加工、轨道安装、沥青木板安装固定、模板固定、混凝土分层浇筑、层间插筋、混凝土固化、模板上滑。施工工艺流程见图1。

图1 不分散混凝土浇筑施工工艺流程图

3 施工技术方法

3.1 混凝土浇筑分层

混凝土浇筑根据护坡分缝跳仓进行，每仓面宽度为一浇筑块宽度。根据技术要求，浇筑分层按每层混凝土成型后坡面长度1.40 m控制，具体分层情况见图2。

图2 混凝土浇筑分层图

3.2 轨道加工及安装

由于衬砌板的塌陷，现状一级马道临水侧在衬砌板吊移后发现有三处沥青路面基础已塌陷掏空，掏空深度60 cm，为了人员和设备的安全，同时为了模板轨道安装有固定的基础，在一级马道邻水侧将掏空部位沥青混凝土路面进行切割，将基础松散的土体进行清理，直到出现坚硬密实的基础，然后用混凝土将拆除部位回填至与沥青混凝土基础面齐平，同时沿渠顶浇筑一道混凝土挡土墙，挡土墙与回填的路基混凝土同时浇筑，混凝土标号采用C25，挡墙外侧顶高程低于渠坡顶30 cm，内侧顶高程低于渠坡顶50 cm，混凝土挡墙沿渠道每4 m 设置一道伸缩缝，缝宽2 cm，缝内填塞闭孔泡沫板，分缝位置与原渠道分缝位置保持一致，混凝土挡墙顶面间隔4 m预埋一块7.50 mm厚钢板，以便将来固定模板轨道。

滑轨采用10#槽钢，滑轨长度根据现场坡面长度确定，滑轨最低端焊接一段15 cm 长的短槽钢，用以控制模板底边位置，上端与混凝土挡墙埋件连接，滑轨分段加工，水下拼装，为了满足滑轨刚度要求，同时出于固定沥青木板需要，每侧轨道都有上、下两条10#槽钢，两条槽钢之间用Ф25 钢筋焊接，钢筋间距1 m，另做50套50 cm高支脚，支脚的腿采用Ф25钢筋，脚采用10#槽钢，槽钢长度均50 cm，如果断面超挖，根据超挖深度，在相应位置焊接支脚来调节轨道高度，以确保轨道的滑行面满足坡面高程控制要求，仓内两侧轨道用对拉螺栓调节轨道间距，确保浇筑过程中轨道不会在混凝土的侧压力作用下，偏离设计位置，对拉螺栓间距沿轨道方向每隔0.70 m设置一根，螺栓仓内长3.98 m，用Ф10钢筋，两端分别焊接一个长10 cm的螺栓，轨道上对应位置打Ф12 mm 小孔，螺栓穿过小孔用螺母固定，混凝土浇筑完成后，将螺母拆下，轨道吊移，用液压钳将外露螺栓剪断。

轨道每6 m一段，水上将每段轨道焊接好，25 t吊车吊装入水，潜水员水下调整至轨道安装位置，就位后，由潜水员将两段轨道拼装在一起。轨道拼装采用40 cm 长8 cm 宽7.50 mm 厚的钢板条，钢板条上打四个Ф12小圆孔，轨道上相应位置同样打孔，两段轨道用钢板条，通过螺栓连接成整体。每个浇筑块坡面方向设置6 根对拉螺栓，垂直坡面方向设置上下两层，每块共计设置对拉螺栓12根。

3.3 模板安装

模板安装采用吊车吊装入水，水下潜水员引导模板放到指定位置，确保轨道卡在模板两侧短槽钢形成的卡槽内。模板就位后，下放牵引钢丝绳，潜水员将钢丝绳固定在模板的上侧吊环，钢丝绳上端连接倒链，倒链上拉模板至下边线与老混凝土面衔接，模板即安装完成。

3.4 水下不分散混凝土浇筑

水下不分散混凝土采用商混站集中拌制，浇筑施工前到商混站对原材料进行取样送检，满足要求即可委托试验室进行配比设计，试验室选用河南某某工程检测咨询有限公司，配合比设计完成要报监理审批，监理审批后的配合比要严格执行，不得随意加、减材料用量，絮凝剂作为混凝土水下抗分散剂，其质量必须符合相关规范的严格规定，由施工单位采购，提供商混站，按照配比用量进行掺加。

3.4.1 水下不分散混凝土搅拌

水下不分散混凝土的既定质量要求准确计量各种材料并充分搅拌。根据项目工程的规模、工程量、水下不分散混凝土的搅拌时间来选择搅拌设备，一般应采用强制式搅拌机并控制搅拌时间2-3 min。需要提醒一点，不分散混凝土搅拌过程中刚加完水时很粘稠，但经过充分搅拌后混凝土拌合物逐渐由粘稠变稀，最终达到所需要的流动性。此项目采用混凝土配合比依据设计要求通过试验确定并报监理单位批准后使用，其试验方法按SL677-2014有关规定执行。通过试验性拌和料来检验由试验室出具的混凝土配合比拌制的混凝土和易性、坍落度等指标的符合度，并设计最佳拌和时间和投料顺序。施工配合比的调整：现场配置专职人员负责进行混凝土原材的日常检测、混凝土进行出机口和入仓前的常规检测，出现偏差及时上报质检处进行配比的微调整。现场拌制混凝土人员严格按经由监理单位批准的试验室提供的配料单配料。

3.4.2 水下不分散混凝土运输

水平运输水下不分散混凝土宜于采用混凝土搅拌运输车运送至施工现场，再由混凝土泵输送至浇筑仓面。运输技术满足以下要求：明确混凝土运输、卸料完毕的允许时间，超过允许最长运输时间的混凝土不得使用。混凝土运罐车每班装运之前，都要将车罐清洗干净，保持罐内湿润但不能存水。混凝土搅拌运输车在装、运、卸过程中不得加水。经常对混凝土运输车辆进行维护保养，保证混凝土运输车辆的状态优良，能及时将混凝土运至施工现场。线路布置合理，道路平整通畅，确保混凝土运输顺利。

混凝土运输采用搅拌车，尽量减少运输时间，不得中途倒运，运到施工现场的混凝土要及时入仓。运输过程中因停歇过久而出现混凝土初凝，或造成混凝土塑性降低导致无法振捣，或因混凝土被雨水淋湿严重或混凝土失水过多，或因混凝土遭受冰冻而含有冻块等情况，均按不合格料处理。

3.4.3 浇筑前准备

水下不分散混凝土浇筑之前准备工作主要包括混凝土运输、浇筑机具的类型、配套机具及其布置能满足预先制定的浇筑计划，并严格要求钢筋、模板等现场作业符合设计规定。水下不分散混凝土浇筑准备工作着重做好三项内容：①严格检查水下不分散混凝土的运输及浇筑机具性能，防止出现故障，最好预留备用机具及动力。②现场认真及时核对已经布置好的钢筋或钢骨架位置符合设计图纸标准，确保浇筑时不发生位移。③严格检查组装模板符合设计尺寸，模板的搭接接缝处是否会跑浆。

3.4.4 混凝土浇筑

采用泵压法浇灌方法。浇筑前对模板安装质量进行检验，并且用吨包袋内装碎石袋对安装号的模板进行压重，对可能存在隐患的部位认真整改并进行复验，合格后方可进行后续施工。模板验收合格后，在浇筑前使用空压机连接分管进行清仓，保证浇筑质量。分仓面界面处理：每仓浇筑初凝前，布设φ12 螺纹插筋长度30 cm，深入浇筑的混凝土内15 cm，角度与坡面保持一致，插筋间距30 cm。每仓浇筑前，应检查仓面是否有淤泥和沉淀物，若有采用水下吸污机对仓面进行清理，避免淤泥和杂物沉积在仓内。埋设的导管底部与浇筑单元底部距离不超过30 cm，浇筑过程中导管埋入混凝土且应对称浇筑均匀，不得在同一导管位置浇筑过多混凝土，避免应力集中造成跑模、胀模等现象；浇筑过程中随时观测混凝土上升情况，保证浇筑质量。浇筑过程中潜水员进行水下混凝土面测量，重点检查模板接缝位置，组合模板连接处，保证每仓浇筑高度与浇筑质量；发现问题时需停止浇筑，采取措施进行处理。浇筑后及时清理现场，清洗导管。浇筑过程中严格控制混凝土上升速度，严格按浇筑分层高度进行浇筑。浇筑混凝土终凝并具有一定强度后，方可上滑模板，准备下一仓面混凝土浇筑。浇筑完的水下混凝土表面平整度控制在2 cm/2 m以内。

4 混凝土浇筑缺陷修复

水下混凝土浇筑完毕并拆除模板后，有时浇筑的混凝土表面会存在缺陷，主要缺陷为局部部位的混凝土未填充密实。这可以通过潜水员排查来检查。对于发现的浇筑缺陷，应结合水下不分散混凝土的浇筑经验，及时采取措施对缺陷进行修复，修复施工流程如下：对浇筑缺陷处进行凿毛处理并露出新鲜混凝土面。对露出的新鲜混凝土面进行钻孔植筋工作，钻孔深度20 cm、间距20 cm、混凝土保护层厚度5 cm。上述工序完成后进行水下检查，满足要求后方可进行后续施工。在浇筑缺陷处模板安装之前将浮泥冲洗干净，然后立即开始模板安装与固定。浇筑过程中使用风镐敲击模板进行振捣，保障缺陷部位修复混凝土填充密实。混凝土终凝后拆除模板检查修复质量，对仍存在缺陷部位按照上述施工流程再次进行修复，直至全部缺陷部位修复满足施工质量要求。

5 结语

总而言之，水利工程的建设运行管理对社会的发展来说有着十分重要的影响，其中水下不分散混凝土的施工技术对提高水利工程运行管理水平有着紧密的联系，所以，水下不分散混凝土的施工技术对类似工程施工提供了技术参考，具有较好的社会效益和经济效益。