水下不分散混凝土配制和施工

宋偉，李長鎖

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

水下不分散混凝土是一種在混凝土拌制過程中摻加絮凝劑，在水下澆筑過程中水泥砂漿很少流失、水泥砂漿體和骨料不分散、不離析，具有較大的坍落度、較好的黏聚性和自流平特性的混凝土。水下不分散混凝土流動(dòng)性極佳，在自重的作用下即可在模板內(nèi)形成平面并達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，且對(duì)施工水域無污染。水下澆筑混凝土可省出一般施工所必需的圍堰、基礎(chǔ)防滲和基坑排水工程的工期和費(fèi)用，在無法建成圍堰等施工條件較差的環(huán)境下，水下澆筑不分散混凝土甚至是唯一的施工方法。常見的施工方法有導(dǎo)管法、泵送法、開底容器法，本工程采用泵送法澆筑。

1 工程概況及特點(diǎn)

深圳海上運(yùn)動(dòng)學(xué)校下水坡道工程主要用于帆船、帆板的下水滑道。設(shè)計(jì)低水位0.24 m，設(shè)計(jì)高水位2.27 m，坡道采用1∶8縱向坡，坡道全長41 m，1.72 m標(biāo)高以下部分長21 m，寬37 m，面積777 m2，采用C30厚20 cm水下不分散混凝土進(jìn)行澆筑（見圖1）。

圖1 下水坡道水下部分?jǐn)嗝鎴D

水下不分散混凝土的施工需要充分考慮水下澆筑混凝土材料在水中的抗分散性能、良好的流動(dòng)性和自密實(shí)性、潮水的影響，特別是保持水下施工坡面的1∶8坡度和平整度，主要工程量約160 m3。

2 水下不分散混凝土的配制

2.1 混凝土的技術(shù)要求

1）保證水下不分散混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)。

2）混凝土在澆筑過程中具有水中不分散的性能。

3）具有良好的流動(dòng)性和較小的坍落度損失。

4） 混凝土在澆筑過程中不離析，具有良好的自密實(shí)性和填充性。

5）保證混凝土澆筑的連續(xù)性。

2.2 原材料的選擇

普通混凝土所用原材料加絮凝劑即可配制出滿足施工要求的水下不分散混凝土。

本工程混凝土選用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥、中砂和5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎石，外加劑選用緩凝型高效減水劑，原材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》的要求。混凝土所用絮凝劑選擇中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的UWB-Ⅱ高性能型絮凝劑，該絮凝劑由水溶性高分子聚合物、表面活性物質(zhì)等復(fù)合而成。當(dāng)絮凝劑摻量達(dá)到2.5%時(shí)，混凝土便具有很強(qiáng)的抗分散性和較好的流動(dòng)性。其特性通過對(duì)本工程混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測(cè)均得以體現(xiàn)。

2.3 水下不分散混凝土的試配

根據(jù)《水下不分散混凝土施工技術(shù)規(guī)范》附錄中水下不分散混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算方法，進(jìn)行水灰比、單位用水量、砂率的初定，砂石用量采用絕對(duì)體積法進(jìn)行計(jì)算。

1）水灰比的初定。

計(jì)算得出W/C=0.47。

《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》中C30混凝土平均水平的水灰比為0.45，水灰比初定為0.45。

2）單位用水量的確定。

施工坍?dāng)U度范圍為400～550 mm，此時(shí)的用水量在210～250 kg/m3左右，初定用水量為215 kg/m3。

3） 砂率的確定。

砂率應(yīng)在取得既定流動(dòng)性的范圍之內(nèi)，以單位用水量最小來確定，一般宜為36%～46%，初定砂率為39%。

4）砂石用量的確定。

計(jì)算得出：Wfa=647 kg，Wca=1 015 kg。

5）按絮凝劑廠家推薦的摻量即膠凝材料用量2.5%的比例加入絮凝劑。

由此初定配合比見表1。

表1 混凝土初定配合比

6） 配合比比選。

以初定配合比為基準(zhǔn)配合比，在基準(zhǔn)配合比的水灰比上分別增加和減少0.05進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目分為拌合物性能檢測(cè)和力學(xué)性能檢測(cè)，各試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見表2、表3。

表2 混凝土拌合物性能

表3 混凝土力學(xué)性能 MPa

表2中的3組混凝土拌合物和易性良好，且均具有很好的流動(dòng)性能，但是第3組混凝土坍落度及坍落擴(kuò)展度1 h經(jīng)時(shí)損失較大，在實(shí)際施工過程中可能產(chǎn)生諸如不易泵送、流動(dòng)性差、堵管等問題，所以不宜采用第3組作為施工配合比。

通過常規(guī)成型和模擬施工條件下的水中成型后，分別進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。從表3中各強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，摻入絮凝劑后，混凝土在水中成型的強(qiáng)度達(dá)到常規(guī)成型強(qiáng)度的80%以上，而由于第2組的水中抗壓強(qiáng)度及水中抗折強(qiáng)度保證率均不足，所以不宜作為施工配合比。綜合表2和表3各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果后，選擇第1組作為施工配合比。

3 施工

3.1 模板

1）兩側(cè)采用鋼模，中間分區(qū)采用預(yù)制20 cm×20 cm×200 cm素混凝土模板，混凝土標(biāo)號(hào)按設(shè)計(jì)要求C30預(yù)制，模板的安放見圖2。

2） 鋼模安裝方法。為了防止混凝土壞邊，兩側(cè)模板采用鋼模，以模板邊線作為施工控制線，在低潮位時(shí)施放控制線的兩端點(diǎn)，在兩端拉線定出控制線，以控制線為基準(zhǔn)，吊車配合潛水進(jìn)行模板安裝，測(cè)量控制標(biāo)高。用混凝土塊和鋼筋對(duì)模板進(jìn)行加固。

3） 混凝土模板安裝方法。以每排模板邊線作為施工控制線，在水深小于1.5 m時(shí)施放出每條控制線的兩端點(diǎn)，在兩端進(jìn)行拉線定出控制線，以控制線為基準(zhǔn)，吊車配合潛水先將混凝土模板安放到位，對(duì)每塊模板的標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，潛水配合進(jìn)行調(diào)整，模板安裝高程與設(shè)計(jì)混凝土面高程一致。模板采用直徑12 mm鋼筋在每2 m混凝土接頭處對(duì)拉（見圖3），使兩邊混凝土模板連接，增強(qiáng)模板穩(wěn)定。

圖2 模板布置和分區(qū)圖

圖3 混凝土模板固定示意圖

3.2 澆筑

澆筑按7個(gè)板塊安排，分4次全部澆完，第1次澆筑3區(qū)和5區(qū)，第2次澆筑4區(qū)和6區(qū)，第3次澆筑1區(qū)和7區(qū)，第4次澆筑2區(qū)。采用泵送法進(jìn)行澆筑，由上向下，由一邊向另一邊下料澆筑，然后用刮尺靠在模板上由上向下進(jìn)行刮平；在混凝土表面自密實(shí)和自流平終止后進(jìn)行抹面；澆筑過程中對(duì)每車混凝土制作抗壓和抗折試塊進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)和同條件養(yǎng)護(hù)。

在典型施工過程中曾出現(xiàn)了如下問題：混凝土細(xì)骨料受海水沖刷流失，輸料管進(jìn)水導(dǎo)致粗細(xì)骨料分離，潛水員踩踏混凝土導(dǎo)致水泥漿流失及混凝土進(jìn)場(chǎng)時(shí)間間隔較長。經(jīng)過多次研究討論，總結(jié)出具體的解決方法如下：

1） 澆筑水下不分散混凝土區(qū)域處于浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)，為防止海水沖刷造成混凝土細(xì)骨料流失，應(yīng)在高潮位時(shí)進(jìn)行澆筑；泵車和混凝土都應(yīng)提前做好準(zhǔn)備，以保證在潮位高于1.9 m時(shí)進(jìn)行澆筑；

2） 施工中，為了不使輸送管內(nèi)混凝土產(chǎn)生大的水中落差及防止水在管內(nèi)反竄，輸送管的出口端安裝閥門，在輸送管沒入水之前，先在水上將管內(nèi)充滿混凝土，關(guān)上閥門再沉放到即定位置；

3） 當(dāng)混凝土輸送中斷時(shí)，為防止海水倒灌入泵管，應(yīng)將輸送管出口插入已澆筑的混凝土中；

4） 由潛水員水下移動(dòng)軟管澆灌，在移動(dòng)時(shí)，不得擾動(dòng)已澆筑的混凝土；

5） 每個(gè)區(qū)域應(yīng)連續(xù)澆筑。當(dāng)施工過程中不得不停頓時(shí)，續(xù)澆時(shí)間間隔不宜超過水下不分散混凝土初凝時(shí)間。

3.3 養(yǎng)護(hù)

1） 在水下不分散混凝土硬化過程中應(yīng)對(duì)浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)進(jìn)行苫蓋，采用彩條布進(jìn)行苫蓋，苫蓋要伸入到最低潮位以下50 cm，并用塊石壓邊，防止水下不分散混凝土在硬化過程中受動(dòng)水、波浪等沖刷造成水泥流失。

2） 對(duì)于暴露于空氣中的混凝土，應(yīng)進(jìn)行與普通混凝土相同的養(yǎng)護(hù)。

3.4 拆模

1） 在澆筑過程中制作拆模試塊，對(duì)試塊進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，試塊抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%時(shí)進(jìn)行拆模。

2）只需拆除兩側(cè)的鋼模即可。

4 實(shí)施效果

坡道澆筑完成后對(duì)其整體尺度進(jìn)行測(cè)量，滿足設(shè)計(jì)要求。坡道表面平整，平整度偏差檢測(cè)點(diǎn)小于5 mm的點(diǎn)數(shù)達(dá)到85%以上，坡度滿足設(shè)計(jì)要求。混凝土實(shí)體檢測(cè)厚度和強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。使用斜坡道將大運(yùn)會(huì)比賽用帆板放入港池使用功能良好。

5 結(jié)語

通過本次施工，需要注意以下方面，以保證水下不分散混凝土的施工質(zhì)量。

水下不分散混凝土施工前要先組織典型試驗(yàn)，檢查配制的混凝土是否達(dá)到施工過程中所要求的抗分散性、坍落度、坍落擴(kuò)展度、流動(dòng)性和自密性。

施工過程中要提前做好相關(guān)準(zhǔn)備；盡量安排在高潮位時(shí)進(jìn)行澆筑；采取適當(dāng)措施避免在澆筑過程中細(xì)骨料流失；澆筑高度寧高勿低，但不宜過高，潛水刮平之前先對(duì)區(qū)域的混凝土標(biāo)高進(jìn)行檢查，低的部分先補(bǔ)平，做到一次刮平，防止多次刮平造成水泥漿的流失；采取合理的措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

[1] Q/CNPC 92—2003，水下不分散混凝土施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTS202—2011，水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范[S].

[3] JTS257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].