水下混凝土浇筑施工工艺.docx

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水下混凝土浇筑施工工艺

水下浇筑混凝土（施工方法）

摘要：

随着国家基础设施建设的加快，内河成为开发建设的主要对象。

内河重力式码头受限于内河水深及地理位置的影响，没有大型船机可以利用。

码头重力式挡墙采用定型模板陆上拼装、水下整体安装和水下混凝土浇注的施工工艺，可有效缩短工程工期，降低施工成本。

本文结合柳州港鹧鸪江作业区工程，对模板、水下混凝土浇注等关键工序进行阐述。

关键字：

重力式码头；气囊助浮；定型钢模板；水下混凝土浇注；混凝土流动模式

1、引言

1.1工程概述

柳州港鹧鸪江作业区工程位于柳州市北郊，柳江下游，柳州鹧鸪江作业区共4个泊位，泊位总长320m,泊位码头水工长度均取84.4m。

其中2#、3#泊位为已建泊位，1#、4#泊位为新建2个1000t级泊位（水工按2000t级预留），分别位于已建泊位的下、上游，设计年吞吐量120万t，新建设码头水工结构型式采用C30砼重力式挡墙+抛石基床结构。

工程施工内容：

1#、4#泊位基槽及停泊地开挖、抛石基床、码头水工挡墙、挡墙后回填、码头前沿铺面、码头水工附属设施等。

本项目位于红花枢纽库区内，水位受到水库调节影响，设计水位：

高程基准面采用当地理论最低水面起算。

码头施工水位：

78.5m；

设计低水位：

76.53m；

一级平台设计高水位：

81.97m；

二级平台设计高水位：

87.556m（20年一遇）。

1.2挡墙结构布置设计

（1）上（下）游侧挡墙。

分为1段，挡墙长度为12m，挡墙分为两部分，下部分为抛石基床（夯实）。

（2）码头前沿侧挡墙。

码头前沿侧挡墙分为7段，上游端部挡墙长度12.4m，其余挡墙长度为12m.现浇挡墙顶高程82.5m，底高程71.0m，顶宽3.0m，墙背从80.0m高程放坡到71.0m高程，坡度为1：

0.6，底宽8.9m（含前趾宽度0.5m）；前趾顶高程78.5m，宽0.5m，全墙墙高11.5m。

（3）下（上）游侧挡墙

下游侧挡墙分为2段，每段长度为11.5m。

其中，一段挡墙水下部分的底部宽8.9m,上部宽3.9m,高7.5m，此尺寸即为水下钢模版拼装尺寸。

图1-1：

码头断面图

2、施工工艺

2.1港池开挖、抛石基床

基槽开挖由泥层开挖和岩石破碎清理两部分组成，验收采用硬式扫床方法，保证无浅点；边线无欠挖，边坡不陡于设计边坡。

基槽开挖成形一段（约50m）立即验收并组织抛石，以防止基床回淤。

根据规范和质量要求，码头基床整平到极细平程度。

基床夯实采用打夯船吊机吊重锤纵横向相邻接压半夯的夯实工艺夯实，逐层抛填，逐层夯实。

2.2水下定型钢模板

定型模板采用大片钢板作板面，以型钢围檩、钢桁架作为模板骨架。

模板采用整体组装，内连接架整体在岸上连接组装，组装完成后整体出运、沉放、安装并浇筑混凝土，施工速度快，能满足水下混凝土浇注对模板的基本要求。

图2.3.1-1定型模板图2.2.1-2定型模板

2.2.1水下混凝土对模板的要求：

（1）水下模板要满足建筑物的轮廓尺寸和未凝固水下混凝土的侧压力要求，承受一定的的动水压力。

（2）混凝土拌合物的流动性较大，在水下进行施工时，受水流渗漏影响，对模板的密封性要求严格。

（3）水下混凝土浇注水平施工缝难以处理，因此水下模板一次立模较高，其顶应出水面。

（4）水下施工作业不确定因素较多，不易控制，模板尽量简单，便于水下施工，并尽量用水上作业代替水下作业。

2.2.2定型模板结构

挡墙模板系统由前模、后模板及封头模板三部分组成，结构设计除能够满足刚度、强度要求外，同时也考虑模板自身稳定、安全施工等因素。

模板均采用桁架式钢框架、δ6mm钢板做板面，[10桁架按间距1m布置；竖向及水平围囹均采用槽钢[14，竖向围囹间距与桁架间距相同，其间距为1m；水平围囹间距按0.5m布置。

前、后模板均分成两块，以满足吊机吊装模板的要求。

模板的拼装采用公母扣的形式，以保证砼外观的整齐、美观，模板预埋件的预留孔、拉条孔位置及形状、尺寸应准确无误，所有预留孔口均用钢护套进行保护、加固。

模板验算混凝土作用于模板的侧压力标准值，可按下列公式计算，并取其中的较小值。

式中

F－新浇混凝土对模板产生的最大侧压力（kN/m2）；

H－有效压头高度（m）；

v－混凝土浇筑速度（m/h）；

t0－混凝土入模时的温度（℃）；

rc－混凝土的容重（kN/m3）；

k－外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取k=1.0，掺缓凝作用的外加剂时k=1.2；

β1-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；

β2-塌落度影响修正系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50-90mm时，取1.0；110-150时，取1.15。

通过受力情况分别验算板面、横肋、纵肋、桁架的挠度，是否满足模板材料的性能，及整体的稳定性。

图2.2.2-1模板结构图

2.2.2定型模板组装

（1）模板组装基本要求：

1）模板拼装必须按挡墙的形状、尺寸和相对位置准确；

2）模板和支架的支承部分应坚实可靠；

3）模板安装过程中必须采取防倾覆的临时加固措施。

（2）安装模板时必须做好以下事项，确保挡墙观感质量。

1）前模拉条孔位置采用圆锥型塑料护套，起到止浆及浇注砼后挡墙面拉条头易切割处理。

2）止浆措施：

除了前模拼接中缝采用10mm厚橡胶皮止浆外，其它模板拼缝均采用海绵条止浆。

3）挡墙断缝采用刨面三角木条做成倒八字型缝。

2.2.3模板出运

（1）陆上吊运

陆地上移动可使用起重设备，吊运使用专用吊具，根据整体模板的重心位置设计，保证吊运过程中模板稳定、不变形。

在本工程中2#、3#泊位各有一个40T塔吊，单个定型组合钢模板最大重量约24t，气囊重2t，陆上吊运、移动用2#、3#泊位塔吊完成,也可用履带吊。

（2）水上拖运

在水上采用气囊助浮、机动艇拖运的方式。

根据物体漂浮条件G=pvg,可得出需用气囊的吃水体积，其吃水体积宜为气囊体积的0.6~0.8。

在每侧模板安放气囊，根据计算的体积（吃水）进行匹配选择。

定型组合钢模板组装完毕，安放助浮气囊，气囊压强达应到25kgf。

气囊规格：

体容积（m³）安放位置

D1.5m×9m17.43前模、后模

D1.5m×6m12.13侧模

D1.2m×12m14.35前模、后模

D1.5m×3m5.86侧模

气囊安放在模板位置依据的两个条件：

拖运经过区域的水深；

安装模板处基床标高。

码头前沿水域底高程72.4m,浇注挡墙底71.0m,水面顶标高77.5m，水深最小是5.1m。

考虑到模板与抛石基床的距离越小，沉放的可操作性越高，模板在拖运过程中吃水深度控制在4.5m。

图2.2.3-1定型模版拖运图2.2.3-2定型模版安装

2.2.3定型模板安装

安装前潜水员下水检查基床情况，确保基床无异物、未破坏、无回淤。

第一个定型模板安装比较难于精确定位，一般选码头前沿侧中间的一段挡墙，待其浇注完成拆模后便于后续模板的安装。

具体方法：

1）提前测放模板的安装位置，并用浮筒标示，在浇注挡墙前沿停放定位驳。

2）模板用机动艇拖到定位方驳附近，然后使模板依靠在方驳上，移动方驳位置，使模板大体就位。

3）在定型模板上下游两端各用钢丝绳与设在岸边的卷扬机相连。

4）陆上用全站仪全程控制模板平面位置，满足安装精度且模板稳定后，气囊放气，使模板下沉。

第一段挡墙浇筑完成，后续模板以已浇筑水下挡墙为依托实施安装。

先沉放模板靠近已浇筑的挡墙一端，并使其前后两侧的模板卡在挡墙上。

根据相邻的模板吊鼻尺寸准备四根钢丝绳（两根21.4m，两根12.8m）和四个10t手拉葫芦作工具，其中两根钢丝绳主要用于调整待安模板平面位置，另两根钢丝绳主要控制安装缝宽。

5）气囊放气：

模板调正后，气囊开始放气。

在气囊放气模板下沉过程中，发现钢丝绳变松时，及时调紧或停止放气，保证模板的位置正确。

起重船停泊在一旁协助。

在模板发生较大位置偏差时，用起重船调整。

整个过程全站仪进行监测。

模板安装位置符合设计要求后，潜水员下水检查模板与抛石基床、与已浇筑挡墙接触有无缝隙。

与基床的缝隙用袋装碎石进行封堵；与挡墙的缝隙用模板土工布塞堵牢靠，确保浇注过程中不漏浆。

最后对定型模板加固，顶面搭设2~3个平台放置4~6块预制混凝土块（一块约1.2t）；用Φ28mm钢筋作为锚杆，连接安装模板与已浇筑挡墙。

2.3水下混凝土浇注

码头水工挡墙施工水位以下采用立钢模板浇注，水下混凝土要求一次连续浇筑，水下混凝土浇筑量大，应保证混凝土供应量充足，以避免意外故障而发生质量事故。

陆上砼分块浇注，分块浇注施工缝处在浇筑前进行凿毛处理，并在分缝处预埋插筋。

挡墙分层浇筑的分缝处理方案在开始施工前提交专项方案应符合规范要求并经设计同意方可实施。

上层挡墙浇筑时间可延后，以待后方回填基本完成、墙身稳定后再浇筑。

2.3.1技术要求：

（1）水下挡墙C30混凝土应具有较大的流动性、粘聚性和良好的流动性保持能力，在砼中按一定比例掺用缓凝剂，以延长初、终凝时间。

（2）泵送混凝土至结构底部开始浇筑，避免混凝土经水沉入底部。

（3）浇注水下混凝土结构一般无法振捣，宜配制自密实混凝土。

（4）同样的混凝土，在水下混凝土浇注与陆上浇注相比（水/陆强度比），混凝土会有一定损失。

一般要求该水/陆强度>0.8。

（5）水下混凝土坍落度宜在160mm~200mm之间。

2.3.2施工方法

水下混凝土浇筑采用导管法施工，其关键是：

浇筑作业连续进行，保证导管始终埋入浇筑的混凝土堆内,尽量隔断混凝土与水的接触。

在模板顶做一平台，在平台上搭设水下砼灌注架，浇筑水下砼时采用Φ25cm的钢管作为导管输送砼进行水下灌注，导管每节长2～2.5m，同时应备用数节1.0m、0.5m及0.3m的短导管，导管各节之间用有止水槽的法兰盘夹胶皮垫圈用螺栓连接，可防止漏水且易于拆除。

（1）为了确保砼开始灌注时，防止水从外部反流入导管内，可在料斗底端安放一个用钢板焊成的锥形作为塞子，塞子用拉杆与操作平台连接，使砼无法渗进导管内。

导管应在使用前进行密闭试验,密闭情况良好的导管才可投入使用。

（2）采用泵送砼法将砼输送到排架上安装的储料斗中，储料斗用钢板制作，容积为3.0m3，斗内壁应光滑平整，不漏浆，不挂浆，砼下泄顺畅，混凝土冲入基床面。

（3）本工程水下挡墙分段施工，每段12m，底面积在96.6~110.36㎡间，施工作业场地小，设置一个浇注点。

若一次性浇注流平底面，导管口很难被砼包住，新浇混凝土在导管口周围的砼堆表面流动、分层，会使较多的混凝土表面暴露在水中，水泥被水冲走，产生浮浆层、离析、冷接缝等。

为防止出现上述情况，在模板箱底部用钢模板做一分隔槽，与定型模板焊为一体，高0.4m,宽2.5m，长度等同于定型模板宽，容积8.9m³，导管口低于分隔槽顶10cm~20cm，对浇注混凝土的流动起到一定得限制，使新浇注的砼挤压导管外的混凝土上升，在砼堆内部流动，实现水下混凝土膨胀流动模式。

陆上备有数辆罐车，一罐车9m³砼，连续浇筑，可满足初灌量的要求。

（4）导管提升不易频繁，必须保证导管下端始终埋入混凝土内部，一般在3m左右，其最大埋深度不宜超过5m，提升后导管应保留1m埋在混凝土中。

浇筑过程中，密切关注混凝土顶面的位置。

用测绳检测混凝土面上升的高度及导管埋入深度，测定混凝土面的位置应在导管四周每2m取一个测点，不可仅凭经验和理论计算推导。

提升时导管旁边有施工人员指挥吊车，控制提升量。

在进行水下砼灌注时，先把漏斗（容积3m³）内都灌满砼，然后在操作平台上拉开料斗下端的塞子，让预先灌入漏斗内的砼瞬间下落，在导管下端形成一个砼小堆。

开始浇筑时,导管底部离孔底20~30cm，导管埋深随浇注的进行逐渐增加。

图2.4.2-1浇注分隔槽示意图

2.3.3浇注事项

（1）在浇注过程中,导管只应上下升降,不得左右移动。

（2）混凝土粗骨料的最大粒径不得大于导管内径的1/4,亦不宜超过6cm；坍落度为15～18cm,开始时坍落度取小值,结束时酌量放大,以使混凝土表面能自动坍平。

（3）灌注过程中,导管内应充满混凝土,并保持导管始终埋在已浇筑的混凝土中,以保证后注入的混凝土与水隔离，利用砼的自重力使砼摊开。

（4）随着砼的不断灌入，要逐步提升导管，当导管、漏斗提到最大高处时，可拆卸上部的短导管直到水下砼全部浇筑完毕。

（5）为了避免由于浇灌速度慢产生施工冷缝而影响砼质量，可在砼中按一定比例掺用缓凝剂，以延长初、终凝时间。

（6）当浇注完毕后，将顶面浮浆清除干净。

图2.3.3-1水下砼浇筑图2.3.3-2水下砼浇筑

2.3.4模板与养护

（1）根据气温调整拆模时间，保证强度达10MPa。

潜水员拆除模板、用起重船吊运，模板拆除后进行清理维护，涂刷模板油，保证模板正常使用。

（2）养护采用直接淋水养护的方式养护，在挡墙表面盖设土工布，淋水直接接触混凝土表面。

养护由专人负责，并做好记录。

混凝土浇筑完毕后的12小时以内开始对混凝土进行养护，混凝土养护的最低期限应符合要求，且养护不得中断。

（3）混凝土养护期间，混凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜>20℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15℃。

浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态。

2.3.5接缝处理

挡墙分段、分块、分层浇筑施工，为保证接茬质量，段与段间用2cm沥青模板塞缝，保证其竖直度。

每块浇筑混凝土之前，即挡墙水下部分与水上部分，先浇筑20～30mm厚高于本体混凝土强度等级的砂浆。

为保证施工缝处混凝土强度，浇至分段顶面之后，刮去表面浮浆，冲毛处理，冲毛须保证冲掉混凝土表面的砂和浮浆；待混凝土达到70%强度后，进行凿毛，使骨料石子露出1/3高度，并在浇筑下一层混凝土前将施工缝湿润冲洗干净。

2.3.6质量控制

（1）严格工艺纪律，严格执行“三检制”，即：

自检、互检、专检。

需报请监理工程师验收的项目必须及时报请监理工程师验收，验收不合格不准进入下一道工序。

（2）混凝土拌和时严格按照配合比计量上料，按照技术交底要求拌和。

现场试验人员按规定及时对拌和物进行现场试验，确保拌和物质量。

（3）模板要有足够的刚度和强度，拼缝严密，表面平整；模板支立时，模板油要涂刷均匀，止浆严密，螺栓紧固。

浇筑挡墙混凝土时，为防止模板上浮，要设锚点拉结。

模板如要拆除，拆模要精心，防止掉边掉角。

根据气温调整拆模时间，保证强度达10MPa。

模板拆除后立即进行清理维护，涂刷模板油，保证模板正常使用。

（4）砼浇注应连续进行；水下混凝土在水下很难进行振捣，需自流平、自密实，在施工时，控制好流动性。

（5）出水面后使用砼振捣器不得触及模板及预埋件，振捣顺序从近模板开始，先外后内，并控制好振捣时间和振捣间距，严防出现漏振或过振现象，对顶层砼必须进行二次振捣，出现泌水应用海绵吸干排除。

（6）挡墙分层面处理应按规范要求进行施工，凿毛、清洁，浇筑上层砼时要铺一层2cm厚的砂浆。

（7）挡墙分段沉降缝采用2cm厚沥青软木板设置。

（8）雨天施工保护措施：

为了保证砼的浇注质量，浇注前应先了解天气预报，争取在气候好的时间浇注砼，大雨时避免砼浇注,若在施工过程中下雨,砼顶部采用海绵吸水的方法，将砼表面的水分吸干，同时严格控制水灰比，依照实际情况控制用水量。

3、问题探讨

现浇混凝土的质量与水下混凝土的流动方式有密切关系。

水下混凝土的流动模式可分为两种模式：

一是新浇筑的混凝土推动原先浇筑的混凝土的侧部，形成连续性的膨胀，即膨胀流动模式。

另一种是导管口未被砼包住，新浇混凝土在导管口周围的砼堆表面流动、分层，会使较多的混凝土表面暴露在水中，水泥被水冲走，产生大量浮浆层、离析、冷接缝等，即分层流动模式。

水下混凝土浇注施工过程中导管下口始终埋在已浇筑混凝土中是关键。

根据相关施工经验，每根导管（Φ20cm）浇注范围在几十平方米，在鹧鸪江作业区工程每段底部面积在100㎡左右，但受到施工场地的限制，在每段水下挡墙浇注时使用单导管送料浇注，采取定型模板底部加设分隔槽的措施，来使导管下口始终埋在已浇筑混凝土堆。

但在本工程中应使用双导管同时浇注施工为最佳方案。

类似工程施工中采用导管法浇注大面积施工作业，有三种方法可实现膨胀流动模式：

一、定型模板底部加设分仓措施；二、采用双导管或多导管同时浇注的方式，即浇注范围与混凝土流动半径、导管数量位置相匹配。

三、分仓措施与多导管方式相结合。

4、结束语

结合鹧鸪江作业区码头挡墙水下混凝土的施工，总结出水下混凝土浇注的工艺过程，该工艺使用范围较广，如桥梁水下底座、船闸、内河码头等。

根据工程具体情况，确定定型模板结构、模板整体移动及安装方式、浇注导管配置数量等问题后，依上述施工方法，可高质量、低成本的完成工程的施工建设。

参考文献

[1]．《中国建筑手册》

[2].《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）

[3].《组合钢模板技术规范》（GB50214-2001）