水利工程中水下混凝土的施工要點探討

于洋，張愛鋒

（1.河南省水下救助搶險隊，河南 鄭州 450003；2.河南省白沙水庫管理局，河南 禹州 461600）

0 引言

水下混凝土施工長期以來都是水利工程施工的重點和難點，這是因為在水下混凝土施工中，不僅僅需要考慮強度、硬度等性能，更要考慮裂縫、滲漏、露筋等一系列質量病害，才能更好地保證水利工程的穩定性、安全性以及使用性能。在具體施工中，需要結合水利工程的特點和地質水文條件，選擇合適的施工技術以及管理措施，才能控制各種病害，保證施工質量。基于此，開展水利工程中水下混凝土的施工要點的探討分析就顯得得尤為必要。

1 工程概述

某水利工程，壩體的總長度為2 000 m，高度達到84.65 m，地質條件比較松軟，為保證基礎的穩定性，采用了鉆孔灌注樁施工技術，對水下混凝土施工質量有嚴格的要求。既要嚴格控制混凝土裂縫問題，以免發生滲漏，同時也要考慮混凝土的強度問題，以保證水利工程壩體穩定，避免發生不均勻沉降，保證質量。工程所在的施工位置為土石混合體，地基含水量比較大，地下水位高，鉆孔灌注樁下部超過5 m需要進行水下混凝土施工，樁距為3 m。

2 水下混凝土施工重難點分析

在案例工程的水下混凝土施工中存在的重難點主要體現在以下幾個方面：

第一，受到季節的影響比較大。工程規模比較大，施工周期比較長，跨越了多個季節，在夏季枯水期，地下水水位比較高，需要綜合采取降水、排水、防水等相互結合的技術，以保障施工質量和安全，施工總是斷斷續續地進行，施工難度也成倍增長。

第二，水下混凝土施工施工技術復雜，施工受到環境的影響比較大，需要用到多種混凝土，在灌注孔開挖、導管安裝、混凝土灌注等環節需要用到大量不同的設備，以及較多的施工人員，技術落實和施工難度比較大。

第三，溫度控制難度大，在此工程水下混凝土施工中，采取了大體積混凝土施工技術，需要分塊、分層澆筑，為避免發生裂縫、凍害等質量問題，必須做好溫度控制措，以保證施工質量。

3 水下混凝土施工技術要點

3.1 施工準備

對于地基以上的覆蓋層，需要采取抓斗挖掘，或者通過疏浚的方法進行清除，薄層淤泥和粉土層需要通過高壓水槍、氣動提升器來清除，而對那些沉積下來的淤泥也要通過抓斗來清除，以便為正式施工營造良好的環境。從過去施工經驗來看，針對水下混凝土施工，清理地基比混凝土澆筑更加重要，在混凝土澆筑前需要先對基面進行全面清理和檢查，才能更好地控制施工質量。

除清基之外，混凝土原材料也要做好準備，為保證水利工程總體施工質量，工程在水下混凝土施工中用到的材料包括：水泥、砂、粗骨料、外加劑等。具體的質量檢驗方法和標準如下：

第一，水泥選擇普通硅酸鹽水泥，并對進場的水泥進行檢驗，檢驗內容包括：標號、凝結時間、安定性等，不合格的水泥，嚴禁應用到水下混凝土施工中。

第二，砂作為水下混凝土施工的細骨料，按照每600 t抽取一定的試樣進行檢驗，所選擇的砂必須質地堅硬、清潔、級配良好、細度模數在2.4～2.8之間。

第三，粗骨料的最大粒徑不應超過鋼筋籠鋼筋間隔的2/3，不同粒徑的碎石要分塊堆放，絕不可混合使用。

第四，外加劑的合理使用可有效改善混凝土的和易性，提升混凝土的整體性能，尤其是在水利工程施工中對混凝土的穩定性和強度要求比較高，就必須要加入適量的外加劑，如減水劑、膨脹劑等。但在所選擇外加劑時，需要和已經選擇好的水泥做好相容試驗，保證所選擇的外加劑能夠滿足水利工程水下混凝土施工要求，并通過多次配合比，合理確定外加劑的添加量。

工程水下混凝土施工中對配料數量的要求非常嚴格，具體情況如表1所示。

表1 混凝土配合料數量允許偏差表

3.2 水下混凝土澆筑施工

按照此工程施工所選擇的骨料形狀及大小，導管要選擇150～230 mm之間的導管。如果骨料粒徑為40 mm左右的圓形骨料，則需要選擇直徑為200 mm的導管，導管長度可結合鉆孔灌注樁的深度合理選擇，有1、2、4、6 m等長度不等的導管可供選擇，以便實現快速安裝和拆卸，并要有合理的防水接縫，料斗的容積不能低于整根導管的容積，以保證混凝土灌注的連續性，工程水下混凝土施工示意圖如圖1所示。

圖1 水下混凝土施工示意圖

圖1中a為裝一斗混凝土，b為排走導管中的水和混凝土，c為混凝土逐步向上推進。1為隔水塞，2為導管，3為接頭，4為混凝土。

在混凝土正式灌注之前，需要提前架設導管，保證導管底部安設在槽孔底部，并在導管中塞進一個浮力比較大管塞，再將配制好的混凝土管注入到管內。管塞在混凝土自重的作用下，會逐步向導管底部移動，將到導管中的泥漿擠出。在水下混凝土施工中管塞是否有效，直接決定了整個施工的成敗，因此，在布設管塞時，需要綜合考慮導管底部是否埋入到已經澆筑的混凝土中，并在導管中控制好混凝土柱的高度。

工程水下混凝土施工采取了導管灌注法，導管分節安裝，在導管上部布設供料斗，保證供料斗的高度始終高于水面，在豐水季和枯水期需要適當調整供料斗的高度。導管下端則插入到新澆筑的混凝土中，在整個水下混凝土施工中，導管必須始終保持在新澆筑混凝土表面以下。

在混凝土灌注時，導管間距需要控制在2～3 m之間，依次注滿每根導管之后，底部混凝土面會不斷上升，這就需要導管采用抬架支承方式，以保證各導管上升的垂直度，避免發生側向偏移，影響施工質量。在一些不適合架設支撐架的位置，可通過起重機將導管快速提升和下落，特別是在一些比較重要的地段施工中，必須保證混凝土供應的連續，避免混凝土分層，影響樁基的強度和承載力。如果采取了預拌混凝土，也需要保證混凝土灌注的連續性，拌合料的供應強度必須保證在混凝土面的最小上升速度在0.30～0.50 m/h之間，在具體實施過程中，為保證施工的方便性，此工程采取了水泥含量比較大的混凝土，控制水泥含量不低于350 kg/m3，而且坍落度不能小于150 mm。

在進行水下混凝土施工中，需要盡量對拌合料少擾動或者不進行擾動，將混凝土逐步澆筑到最終的位置。為達到這一目標，就需要在混凝土澆筑中無需借助其他措施，就能流動到需要澆筑的位置。針對那些結果斷面比較小的鉆孔灌注樁，就需要適當減少混凝土拌合物的坍落度。但由于混凝土中加入了大量的水，水泥漿皮比較多，泥漿量比較大，這就要求在新澆筑混凝土之前，必須先清除泥皮和泥漿。

工程在混凝土澆筑中，采取導管法澆筑，對澆筑的連續性有很高的要求，以求規避施工縫。從類似工程使用的角度來看，在水下混凝土澆筑時，可采取袋裝、水底敞口料斗、導管法進行澆筑，但從應用效果的角度來看，導管澆筑法效果最佳。在整個澆筑過程中，必須嚴格控制地導管提升速度，在提升導管時，要適當提升混凝土的供應量。而在導管下降時，需要適當減少混凝土的供應量或者直接停止供應混凝土。無論何種情況下，都不能將導管提出混凝土表面，如果導管中的混凝土已經從澆筑完成混凝土之外流出，并且有水進入到導管中，必須立即停止澆筑，等混凝土凝固之后，在清除表面上不合格的混凝土，再重新繼續澆筑。

3.3 合理使用鋼筋

通常情況下在水下混凝土施工時要盡量合理使用擇斷面比較大的鋼筋，且相互之間的間距要適當提升，不能阻礙混凝土的正常澆筑，在進行鋼筋綁扎和鋼筋籠焊接時，必須嚴格按照現場實際情況，組成一個單元自后再下設到設計位置。包裹在鋼筋之外的混凝土必須具有良好的密實度，以保證鋼筋混凝土保護層的厚度不小于80 mm。

3.4 模板施工

水下混凝土施工技術對模板施工質量有極高的要求，不僅僅需要具有足夠的強度，還要具有良好的穩定性、平整度，且拼縫必須嚴密，以便能夠很好地承受水下混凝土灌注時的壓力和荷載，以免水進入到模板內部，影響水下混凝土灌注質量。要充分選擇和水下混凝土結構、特征、施工條件、澆筑方法相互適應的大模板。且模板支架的材料，必須選擇鋼材，豎向模板和內傾模板需要設置內部撐桿和外部欄桿，以保證模板的穩定性。如果模板的支撐安裝在基土之上，則基土需要進行合理處理，以保證具有足夠的強度，并加墊上支撐模板，做好模板接縫處理。在雨季施工時還要布設完善的排水系統。在混凝土澆筑前，要將模板內的雜物清理干凈。

3.5 拆模和養護

為避免鋼筋與混凝土之間的粘接力的損失，上部混凝土初凝時應解除對鋼筋籠的固定。在混凝土強度大于設計值的25%后，拆除護筒或模版。鑿除多余混凝土時應采用手工操作，不得使用爆破或其他影響其質量的方法，否則將會影響混凝土結構的穩定性。混凝土剛筑好之后立即進行養護，可以使用蓄水養護方法。混凝土澆筑完成后的兩天內，要保持混凝土處于潮濕環境中。如果說混凝土澆筑面積大，那么還需要借助相關養護劑進行養護。

4 水下混凝土施工中常見的問題和解決方法

4.1 氣泡

引起混凝土澆筑的氣泡的主要原因所選擇的砂子太細，或者引氣劑的用量不足，致使混凝土中的氣泡無法及時排除。為科學有效的控制氣泡，在選擇原材料時，所選擇的砂必須符合相關標準和規范的要求，并通過多次配比試驗來確定使用量，以選擇合適的引氣劑，能夠將混凝土中的氣泡及時排除，以免形成麻面，影響水下混凝土施工的總體質量。如果已經出現了氣泡，需要用毛刷去除表面雜物，再用清水潤濕一遍，使用相同強度的水泥砂漿進行壓光處理，并及時進行覆蓋養護。

4.2 裂縫

在水下混凝土施工中裂縫的控制是重中之重，溫度是引起裂縫的主要原因，水下混凝土澆筑時需要大量的混凝土，形成的水化熱量也比較大，致使混凝土內部溫度比較高，而外部混凝土受到水的降溫影響溫度比較低，就形成了溫度差，相互之間就會形成溫度應力，形成裂縫。為控制裂縫，需要切實做好配合比試驗，尋找最佳的配合比，在保證水利工程對混凝土強度要求的基礎上，盡量減少水泥用量，可用一些粉煤灰來代替水泥，但需要保證水膠比在合適的范圍中。此外，在水利工程水下混凝土澆筑時需要做好保溫處理，以免溫差過高，形成裂縫。

4.3 孔洞殘留

混凝土孔洞處理。孔洞是指結構內部有空腔，局部沒有混凝土或蜂窩缺陷過多，大部分孔洞是指超過鋼筋保護層厚度，但不超過物件截面尺寸1/3的缺陷。孔洞使結構物斷面減少，降低結構物承載能力，蓄水結構物還可能形成滲漏通道。預防措施：混凝土拌和物應均勻，混凝土和易性好，分層攤鋪、振搗、平倉及時，振搗均勻，不漏振，模板縫隙密合，模板支撐牢固。

4.4 露筋

露筋是指混凝土結構內部的主筋、架立筋、箍筋等沒有混凝土包裹而外露的缺陷。舊建筑物的露筋是由于混凝土表面腐蝕、浸蝕、凍融破壞，使混凝土保護層脫落或受到各種意外撞擊所致。露筋不處理，可使鋼筋產生銹蝕破壞，影響結構物受力或形成滲水通道。處理方法：是澆注混凝土，應保證鋼筋位置和保護層厚度正確，并加強檢查，發現偏差，及時糾正。鋼筋密集時，應選用適當粒徑的石子，石子最大顆粒尺寸不得超過結構截面最小尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋凈距的3/4。截面較小鋼筋較密的部位，宜用細石混凝土澆筑。

5 結語

綜合工程實例，分析了水利工程水下混凝土施工的要點，分析結果表明，水下混凝土施工是水利工程施工的關鍵工序和技術，其施工質量，直接關系到整個水利工程的總體質量。但水下混凝土施工的難度遠遠大于地面施工，具有很多不可控的因素，這就需要施工單位能夠結合水下混凝土施工的特點，嚴格把控好每個細節，明確施工要點，以保證各項技術和措施能夠落實到實處，提升水利工程的總體質量。