探討水下封底混凝土技術(shù)在橋梁沉井施工中的應(yīng)用

任健

(中交二公局工程檢測技術(shù)有限公司， 陜西 西安 710000）

沉井施工是橋梁工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)， 但由于其施工環(huán)境較為特殊， 且采用傳統(tǒng)施工材料技術(shù)所涉及的施工工序也比較復(fù)雜， 普通混凝土材料以及澆筑工藝無法滿足復(fù)雜施工條件下的沉井施工要求， 此時便會采用水下封底混凝土這項施工工藝。 與傳統(tǒng)施工技術(shù)工藝相比， 水下封底混凝土技術(shù)不需要進行圍堰修筑、 基坑排水以及防滲處理等工序， 其施工操作更加簡便， 可以有效提高橋梁工程沉井施工的質(zhì)量和效率， 因此該技術(shù)在橋梁沉井施工中被廣泛應(yīng)用。 施工單位應(yīng)根據(jù)橋梁沉井工程的實際情況準(zhǔn)確把握水下封底混凝土施工的各項技術(shù)要點， 提高施工操作的規(guī)范性， 以保證橋梁沉井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性， 從而推動我國橋梁建設(shè)事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 概述橋梁沉井施工中的水下封底混凝土技術(shù)

所謂水下封底混凝土技術(shù)也就是在地面完成混凝土的攪拌作業(yè)， 然后在水下結(jié)構(gòu)位置直接進行澆筑，使其能夠直接在水下環(huán)境下完成成型硬化的混凝土澆筑技術(shù)。 由于應(yīng)用水下封底混凝土技術(shù)可以適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境下的澆筑施工要求， 同時其與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比， 不需要進行圍堰結(jié)構(gòu)、 基坑排水以及防滲施工等工序， 有利于加快施工進度， 并能夠保證施工的質(zhì)量和效率， 因此在橋梁工程的沉井施工中被廣泛應(yīng)用。

2 南京仙新路過江通道橋梁工程沉井施工基本概況

南京仙新路過江通道全長約13.17km， 跨江大橋主跨采用1760m的單跨雙塔整體鋼箱梁懸索橋， 邊跨580m。 北錨錠基礎(chǔ)共20 個隔倉， 采用3 次下沉的方法， 將錨碇基礎(chǔ)下沉到位后， 通過水下混凝土進行封底的澆筑。 在本次封底澆筑時所采用的混凝土型號為C30 水下混凝土， 且一次性完成澆筑封底作業(yè)， 并在澆筑完成后不抽水， 將符合設(shè)計要求的填倉料倒入16個隔倉 （另4 個隔倉加水）， 滿足配重要求后再進行填倉封頂施工。

3 南京仙新路過江通道橋梁沉井工程施工中水下混凝土技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 施工準(zhǔn)備階段的技術(shù)應(yīng)用要點

3.1.1 水下混凝土配比的準(zhǔn)確控制

在應(yīng)用水下封底混凝土技術(shù)進行橋梁沉井施工時， 應(yīng)首先嚴格控制混凝土混合料各種原材料的規(guī)格以及質(zhì)量性能， 確保所使用的所有原材料的各項指標(biāo)參數(shù)均符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。 該水下混凝土配合比設(shè)計核心是良好的包裹性和大流動度， 由于C30 的混凝土標(biāo)號較低， 考慮其經(jīng)濟成本， 膠材用量不會高， 包裹性會受到比較大的影響， 所以在設(shè)計配合比的時候， 保證混凝土強度的情況下， 選擇了44%這個比較大的砂率， 保證混凝土的包裹性和流動性。

仙新路工地試驗室根據(jù)橋梁沉井水下封底施工要求選擇相應(yīng)的緩凝型外加劑， 結(jié)合仙新路過江通道橋梁沉井工程的實際情況， 在本次施工中所采用的是水科院下屬子公司瑞迪的HLC-IX型緩凝型聚羧酸系高性能減水劑， 其調(diào)配過后緩凝時間能夠達到50h， 減水率達到29%。 但由于聚羧酸系外加劑的特性， 其對于用水量是非常敏感的。 尤其在膠凝材料較少時， 多一點水就有可能離析， 少一點水可能就會失去流動性， 所以各種因素綜合起來就造成C30 水下混凝土的調(diào)配在某種程度上說是有一定難度的。

聚羧酸外加劑里面的減氣成分和引氣成分是相互對立的， 緩凝成分和減水成分一定程度上也是矛盾的， 這給外加劑的調(diào)配造成了不小的困擾， 既要保證減水率滿足需求， 又要滿足凝結(jié)時間50h 的基本目標(biāo)； 凝結(jié)時間變長了， 混凝土的黏性也變大了， 不得不在確定原材料用量的基礎(chǔ)上不停地試拌， 增加引氣成分， 使得混凝土流動性變得更好； 結(jié)果混凝土含氣量又超標(biāo)了， 不得不再次添加減氣成分， 使混凝土的含氣量減少， 讓容重滿足設(shè)計要求 （見表 1、 2、 3）。最終在多次試拌調(diào)配后， 確定外加劑的成分含量， 確保其拌合物的抗壓強度、 坍落度、 和易性、 流動性以及緩凝時間等各項工作性能均能夠滿足沉井水下施工要求。

表1 C30 水下混凝土試拌配合比

序號 水膠比 砂率 水泥 粉煤灰 砂 碎石5 -16mm 16 -25mm 外加劑 水1 0.40 44% 255 110 823 314 733 3.65 145 2 0.45 45% 225 97 861 316 736 3.22 145 3 0.35 43% 290 124 783 311 727 4.14 145

表2 拌和物性能試驗結(jié)果

水膠比 用水量 （kg/m3） 坍落度 （㎜）表觀密度 （kg/m3）0.40 145 200 2380 0.45 145 230 2390 0.35 145 180 2390

表3 混凝土力學(xué)性能試驗結(jié)果

水膠比 抗壓強度 （MPa）7d 28d 0.40 38.3 43.8 0.45 35.1 40.6 0.35 40.9 47.2

根據(jù)沉井水下混凝土的施工要求和經(jīng)濟性因素，最終采用了水膠比0.40 的配合比， 其砂率為44%。本次施工中水下混凝土的坍落度達到220mm ～230mm， 而流擴度則達到55cm以上。 其緩凝時間達到 50h 以上， 且 7d 的強度達到 38.3MPa， 28d 強度則達到43.8MPa， 確保施工的質(zhì)量安全， 同時滿足發(fā)布的耐久性指標(biāo)中混凝土強度不得大于設(shè)計強度的150%技術(shù)要求。

3.1.2 準(zhǔn)確掌握水下混凝土拌和運輸技術(shù)要點

在對水下混凝土進行攪拌前， 仙新路項目部配置2 臺全新的180 型攪拌設(shè)備， 以確保其拌和能力能夠滿足工程中混凝土施工拌和要求， 同時對設(shè)備進行全面的檢查維護， 防止設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)故障。 在確認攪拌設(shè)備狀態(tài)良好能夠滿足連續(xù)運行要求后， 工地試驗室人員將本次拌和配比輸入拌合站電腦， 拌合站操作人員嚴格按照投料順序以及投料量依次將各種原材料加入， 攪拌時應(yīng)均勻充分， 且攪拌時間不小于2min， 達到 2min 到 3min 左右。 在完成拌和后對出場混凝土的各項指標(biāo)參數(shù)進行檢測， 滿足施工現(xiàn)場的澆筑需求。 在運輸水下混凝土?xí)r， 選擇專業(yè)隊伍， 至少8 成新的攪拌運輸設(shè)備。 做好相應(yīng)的防護措施， 警告攪拌車駕駛員不得擅自加水， 盡量少的對放料口進行沖洗， 以避免水下混凝土在運輸過程中出現(xiàn)泌水、離析等問題。 如氣溫較高， 則需要在拌合水中加冰并在罐車罐體上加裝冷卻布條， 防止水分過度散失， 確保混凝土不會因為罐體溫度過高產(chǎn)生凝固現(xiàn)象。 如氣溫較低， 則需要對拌合水進行加溫， 且對罐車罐體上進行綁扎棉被等保溫措施。

3.2 澆筑施工技術(shù)應(yīng)用要點

3.2.1 嚴格遵守水下混凝土封底澆筑工藝流程

當(dāng)水混凝土運抵施工現(xiàn)場后， 項目部合理選擇澆筑泵送設(shè)備， 以保證澆筑施工的順利進行。 在澆筑時則應(yīng)按照施工工藝要求嚴格遵守澆筑順序。 布料應(yīng)從邊部開始， 逐步向中部推進， 且應(yīng)采取分層布料方式作業(yè)。 施工作業(yè)人員應(yīng)嚴格控制澆筑分層厚度， 且應(yīng)根據(jù)澆筑方量要求選擇相應(yīng)容量的漏斗設(shè)備， 以確能夠完全埋住導(dǎo)管， 且埋設(shè)導(dǎo)管的深入應(yīng)在1m到3m之間。 各下料口的澆筑間隔應(yīng)均控制在5h 左右， 以避免下層混凝土初凝現(xiàn)象。 在澆筑過程中還應(yīng)通過混凝土下料時所產(chǎn)生的震動作用來流平混凝土。 同時可以通過多次封底方式促使導(dǎo)管排空。 為了適應(yīng)該橋梁沉井工程基礎(chǔ)的大面積混凝土澆筑要求， 應(yīng)合理控制下料導(dǎo)管之間的距離， 以確保混凝土下料后的擴展半徑能夠達到4m以上。 而為能夠順利完成對下料導(dǎo)管口的封堵， 并確保封底止水效果良好， 工地試驗室確保混凝土流擴度不小于55cm。 當(dāng)其強度達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的75%后才能進行下一步的回填配重作業(yè)， 以確保封底混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強度能夠達到施工安全要求。 在完成混凝土的澆筑以及養(yǎng)護施工后， 檢查四周是否與封底混凝土緊密結(jié)合， 以防止有滲漏情況發(fā)生， 以確保封底混凝土頂面能夠形成良好的施工環(huán)境。

3.2.2 嚴格控制混凝土封底表面平整度

在仙新路過江通道的北錨錠沉井施工中， 對封底混凝土表面的平整度應(yīng)有較高的要求， 因此應(yīng)合理布設(shè)導(dǎo)管位置。 水下封底混凝土流動性的平整度能否滿足實際需求， 對于水下封底混凝土的平整度控制起到至關(guān)重要的作用。 經(jīng)過對該橋梁工程沉井水下封底混凝土的施工質(zhì)量檢測， 其混凝土標(biāo)高以及表面高差均應(yīng)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)， 為后續(xù)的填倉施工奠定堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

水下混凝土技術(shù)是現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中的常用技術(shù)工藝之一， 其能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下沉井施工的要求， 且能夠有效提高施工的質(zhì)量和效率。 隨著水下封底混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展完善， 其在橋梁沉井施工中的應(yīng)用將越來越廣泛。 水下混凝土配合比設(shè)計對于外加劑的依賴性也越來越高， 外加劑調(diào)配的理想與否對于混凝土質(zhì)量起到非常重要的角色。 沉井施工應(yīng)結(jié)合橋梁工程的實際情況科學(xué)確定各項技術(shù)工藝要點。 同時要不斷總結(jié)施工實踐經(jīng)驗， 大膽進行技術(shù)創(chuàng)新和改進， 以提高技術(shù)應(yīng)用的合理性， 從而為保證橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性奠定堅實的基礎(chǔ)。