近岸深水基礎圍堰封底施工技術研究

付繼承 周 祥

1 工程概況

上海引水三期取水泵站工程位于陳行水庫北堤外緣，長江南岸的灘地及水域地帶。其結構組成包括:泵站及配套工程;取水頭及基礎;重力進水管;出水管;引橋;消力池等。泵房為內徑46 m的圓形鋼筋混凝土結構，泵站主體部分離長江大堤距離約100 m，離上游老取水泵站100 m左右，泵站施工區域在平均低水位時水深為3 m左右。該工程總體的施工方案為:先水上施打泵站主體的PHC管樁和鋼管樁，完成樁基施工，再進行4道鋼環梁的安裝，作為鋼板樁施工的內導向和支撐，完成鋼板樁圍堰的施工，鋼板樁圍堰形成以后進行圍堰內吸泥工作，接下來進行泵房圍堰的封底工作，封底成功以后抽水進行泵房主體鋼筋混凝土的干施工。

2 封底混凝土的技術要求

1)具有較好的和易性。水下封底混凝土不可能采用振搗進行密實，而是依靠混凝土本身的自重和流動性進行攤平密實，因此水下澆筑混凝土的拌合物有坍落度、擴散度和粘聚性的要求，即坍落度均勻下沉，坍落的錐體邊緣具有圓的形狀，且不易流出水泥薄漿［1，2］。2)較小的泌水性。試驗經驗表明，泌水率為1.2%～1.8%的混凝土具有較好的粘聚性。實際施工時混凝土控制在5 h內沒有泌水。3)混凝土應具有良好的流動性保持能力。混凝土拌合時，坍落度控制在18 cm～22 cm范圍內，設計混凝土的流動性保持能力為不小于5 h。4)混凝土的容重要求。水下混凝土主要靠自重排開倉面的環境水或泥漿而進行攤平，因此有容重要求，混凝土的容重設計應為2 345 kg/m3。5)混凝土的初凝時間。受攪拌能力的限制，混凝土必須在20 h內澆筑完畢，故混凝土的初凝時間設計為不小于20 h。

3 封底混凝土施工前的準備

3.1 封底混凝土的施工工藝

封底施工的總體工藝流程為:封底分倉模板的安裝，搭設封底平臺，安裝中心集料斗、導管及溜槽的安裝，按順序進行導管水下封口，補料，直至混凝土面達到標高［3］。本次封底混凝土方量大，受施工現場水域水深等因素的影響，不考慮大型攪拌船而采用商品混凝土進行封底施工，為降低封底的風險，確保封底混凝土的澆筑質量，確定施工方案時將整個封底混凝土的施工分成四個區，相鄰區域間用隔倉模板進行隔離，每個倉的混凝土約1 250 m3。

混凝土的儲備及輸送采用各個澆筑區域設置中心集料斗、經溜槽按順序將混凝土分配至各澆筑部位的導管內，進行水下混凝土澆筑。

3.2 導管的選擇及布置

導管選用直徑250 mm、采用無縫鋼管作為導管，導管長度為16.3 m，導管上口接1 m3的小料斗，料斗用型鋼固定在平臺上。導管使用前應進行水密試驗;導管安裝時每個接頭需進行預緊檢查，固定完成后導管底口離泥面的頂面20 cm。

導管的布置按以下原則進行:

1)單根導管的作用半徑按照4.5 m考慮，全部導管的作用范圍覆蓋整個混凝土澆筑區。2)導管與PHC管樁外側壁盡量保證一定的距離，利于混凝土的均勻擴散。經計算單次混凝土封底需導管13根才能滿足施工需要。

3.3 施工需確定的參數

3.3.1 首批混凝土方量

水下封底混凝土要做到連續澆筑，在混凝土初凝時間內做到各施工面的搭接，水下混凝土的澆筑速度不宜過低，更不能中斷，因此攪拌站的攪拌能力不小于倉面每小時澆筑強度的1.5倍。

導管澆筑時，倉面每小時澆筑強度計算公式:

其中，Q為倉面每小時澆筑強度，m3/h;n為倉面導管數，取13根;q為一根導管要求的混凝土小時供應量，m3/h;Rt為一根導管的作用半徑，取4.5 m;F為一根導管的控制面積，經過計算為37.74 m2;th為流動性能保持指標，取5 h。

經過計算，攪拌站的攪拌能力不小于110 m3/h。

而首批混凝土方量計算采用下列公式:

其中，R為導管的作用半徑，取4.5 m;d為導管的直徑;Hc為首批混凝土澆筑高度;h1為混凝土達到Hc時導管內混凝土柱與管外水壓平衡的高度，m。

經計算，V=13.03 m3。考慮1∶8的擴展坡度，流動半徑取4.8 m，則V=14.76 m3。施工中在圍堰中央布置一個15 m3的中心集料斗，能滿足一根導管的首封要求。

3.3.2 每根導管作用半徑的驗算

由于流動性保持時間th內，澆筑在倉面內的混凝土與水下混凝土錐容積相等，則:

其中，th為水下混凝土拌合物流動性保持指標，5 h;Rex為水下混凝土的極限擴散半徑，m;I為水下混凝土上升速度，計算為0.150 m/h;i為擴散半徑平均坡度，取 1∶8。

經計算，Rex=18 m。

錐體周邊的混凝土經歷時間接近th時達到，還處于流動性狀態，混凝土開始離析，且質量惡化。因此導管的作用半徑應小于Rex。宜采用0.4倍～0.5倍的極限半徑作為允許最大作用半徑。此時采用4.5m的作用半徑是可行的。

3.4 隔倉模板

封底分倉為以泵房中心為基準點進行分隔，隔倉模板用鋼板制作，利用工程樁作為隔倉模板的支撐，分四個倉進行封底混凝土澆筑。隔倉模板高2.5 m，長度自5.3 m～10 m不等，總長為25 m×2塊，每塊模板潛水員用螺栓進行水下安裝。

4 封底混凝土的澆筑

1)首封順序。總的順序:從隔倉模板交界處開始向鋼板樁圍堰邊推進，對已經封底的導管按先后順序每隔1 h補料一次，不少于2.0 m3，保持混凝土的流動性。在首封前，用測錘從導管內測出導管下口與泥面的距離，調整其距離至20 cm左右開始首封。

2)開始澆筑。為減少混凝土被導管中積水的稀釋時間，在開澆階段應集中澆筑力量向一根導管布料，直至該導管被混凝土埋至一定的深度，才澆筑第二根導管，一般為該導管周邊的混凝土流動性較弱為止。導管封口完成后，按規定的時間進行及時補料，同一導管兩次灌入混凝土的時間間隔控制在60 min以內，以保持混凝土的流動性［4］。

3)測量。封底混凝土施工前，按20 m2左右布設一個測點，澆筑混凝土時做好測深、導管原始長度、測量基準點標高等記錄，繪制混凝土上升圖，記錄每根導管首封時間、停歇時間、完成時間，同時每根導管封口結束后應及時測量其埋深與流動范圍，并做好詳細記錄。

4)混凝土正常灌注。因封底混凝土厚僅2.5 m，為保證導管有一定埋深，混凝土灌注順利時，一般不隨便提升導管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴格控制在20 cm～30 cm。提升導管采用塔吊進行，由起重工統一指揮。灌注過程中，根據灌注量，每隔一定時間測一次標高，用以指導導管下料，使混凝土均勻上升。

5)終澆。封底混凝土頂面標高－9.6 m，根據現場測點實測混凝土高程，確定該點是否終澆，終澆前上提導管適當減少埋深，盡量排空導管內混凝土，使其表面平整。混凝土澆筑臨近結束時，全面測出混凝土面標高，根據測量結果，對混凝土面標高偏低的測點附近的導管增加灌注量，直至所測結果滿足要求。當所有測點的標高滿足控制要求后，結束封底混凝土灌注。上拔導管，沖洗堆放。上拔導管時要邊插邊拔，防止上拔速度過快，使導管的混凝土堆積在導管口附近，使混凝土面不平，增加抽水后鑿平混凝土的難度。

5 封底混凝土施工注意事項

5.1 未初凝混凝土面上進行首封

在澆筑混凝土時，因導管首封和補料較多，致使混凝土淹沒了相鄰的導管口，就需要在尚未初凝的混凝土面上開設新的首封。施工中采用了直接澆筑加密導管或水泵抽出導管的積水再澆筑混凝土，抽水干施工后封底效果顯示無滲水現象［5］。

5.2 導管內返水返漿

當混凝土面上升速度較慢，或終澆階段混凝土上升較慢，單純的用較少導管埋深來解決，均容易造成導管埋深不足以抵抗環境水壓力，使水進入導管。提管不慎，過于迅速，加大導管內混凝土的沖力;或提管過高，甚至導管口脫離混凝土面，或被外界水壓力定穿，在施工中經常碰到。提升導管要緩慢，提升前核定導管的埋深，提升時導管內的混凝土可能不動，但一經流動，應迅速下降導管。導管內有少量積水時，可以立即下插導管，防止繼續進水。若導管進水比較多應立即拔出導管，另行首封。

5.3 封底混凝土防上浮措施

在鋼板樁圍堰施工中選擇4根鋼板樁，每根鋼板樁施打前設置一個連通閥，用來保證圍堰內外的水位差。連通閥的標高選擇在+1.0 m(最低潮位1.2 m)。圍堰抽水前保持連通閥處于連通狀態，使圍堰內外水壓差一樣，保證圍堰和封底混凝土的安全。待封底混凝土強度達到100%，潛水員安裝連通閥的封孔板，截斷圍堰內外的水流連通［6］。

6 結語

圍堰水下封底混凝土的施工難點和重點是要保證封底結構的連續性和整體性，封底混凝土要求有良好的流動性，一般要保證混凝土的流動半徑達到5.5 m～6.5 m，同時在封底混凝土施工中要統一協調和指揮，要有專人進行水下混凝土的標高測量，隨時掌握混凝土的上升標高。

上海引水三期取水泵站封底混凝土施工，通過將整個區域分為四個倉，化整為零進行施工，降低每次封底混凝土的澆筑強度，采用商品混凝土封底，有效規避了施工水域無法布置大型船舶的難題，整個施工方案合理周詳，措施得當，保證了封底混凝土的順利澆筑。抽水后，混凝土無滲水現象，止水效果非常好，封底混凝土面比較平，基本不用鑿平混凝土面。鉆芯取樣，混凝土的密實效果較好，無夾渣、夾泥現象，封底非常成功，同時節約近200萬元的施工成本。

［1］董廣文.南京大勝關長江大橋主橋8號墩鋼吊箱圍堰封底施工［J］.橋梁建設，2009(1):1-3，6.

［2］黃增財，楊江虎，吳 健.鋼套箱封底混凝土與鋼管樁間的握裹力分析［J］.公路，2006(9):84-87.

［3］劉幸福.拉薩河特大橋圍堰封底混凝土樁周堵漏技術［J］.橋梁建設，2005(5):49-50.

［4］高平原.上海長江大橋基礎工程承臺水下封底混凝土施工技術［J］.水運工程，2009(5):143-148.

［5］王海琴，王光勇.瀘州長江大橋3號墩水下封底混凝土施工［J］.鐵道建筑，2002(3):25-26.

［6］向道明.鋼板樁圍堰的設計和施工［J］.橋梁建設，2003(3):64-65，78.