大型渠道襯砌板水下不分散混凝土施工技術(shù)

寧亞濤，武媛媛

（中國南水北調(diào)集團(tuán)中線公司河南分公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

南水北調(diào)中線工程是國家重大水利基礎(chǔ)設(shè)施，自2014 年12月12日通水以來，已成為沿線城市生活、生產(chǎn)供水的新生命線，水下襯砌板不停水修復(fù)施工是一項(xiàng)急需解決的技術(shù)難題，因此特別需要準(zhǔn)確掌握水下不分散混凝土的施工技術(shù)。

1 工程概況

①修復(fù)段工況。修復(fù)段位于南水北調(diào)中線干線工程某轄區(qū)，此段為弱膨脹挖方區(qū)段，原渠道垂直渠坡1.40 m厚的土層采取換填土，此地于2021年7月18日至23日遭受強(qiáng)降雨后，地下水水位升高，土體出現(xiàn)過飽和，膨脹土液化變軟，土體失去支撐，造成原設(shè)計(jì)樁號Ⅳ193+791～Ⅳ193+863段左岸長72 m嚴(yán)重受損，襯砌板出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。②渠道水流情況。修復(fù)段渠道渠底寬18.50 m，設(shè)計(jì)水深7 m，現(xiàn)渠道實(shí)際水深7.30 m，流速1.10 m/min，流量250 m3/s。③施工方案及主要工程量。此次修復(fù)將破損垮塌的襯砌板拆除，將襯砌板下液化軟弱的土體刮除至堅(jiān)硬密實(shí)土層，然后用不分散混凝土填充至與原渠道坡面齊平。經(jīng)過水下摸排，此次需修復(fù)襯砌塊89塊，水下不分散混凝土工程量大約790 m3，模板支立1 284 m2，瀝青木板伸縮縫134 m2，含氯丁橡膠棒108.30 m，SR柔性填料108.30 m。

2 施工技術(shù)參數(shù)及工藝流程

2.1 技術(shù)參數(shù)

此渠段水下不分散混凝土施工段長72 m，設(shè)計(jì)厚度0.50 m，實(shí)際澆筑厚度根據(jù)開挖情況確定，不分散混凝土橫向每間隔4 m設(shè)置一道2 cm 寬的伸縮縫，縫內(nèi)分水上、水下填塞不同材料，水下為2 cm 厚瀝青木板，水上為閉孔泡沫板，閉孔泡沫板頂2 cm灌注聚硫密封膠，縱向不設(shè)置分縫，新澆筑混凝土與舊的襯砌板之間的分縫，下面8 cm高粘貼2 cm厚閉孔泡沫板，上面2 cm高填塞氯丁橡膠棒和SR柔性填料。

2.2 施工工藝流程

水下不分散混凝土施工工作內(nèi)容包括：模板及軌道加工、軌道安裝、瀝青木板安裝固定、模板固定、混凝土分層澆筑、層間插筋、混凝土固化、模板上滑。施工工藝流程見圖1。

圖1 不分散混凝土澆筑施工工藝流程圖

3 施工技術(shù)方法

3.1 混凝土澆筑分層

混凝土澆筑根據(jù)護(hù)坡分縫跳倉進(jìn)行，每倉面寬度為一澆筑塊寬度。根據(jù)技術(shù)要求，澆筑分層按每層混凝土成型后坡面長度1.40 m控制，具體分層情況見圖2。

圖2 混凝土澆筑分層圖

3.2 軌道加工及安裝

由于襯砌板的塌陷，現(xiàn)狀一級馬道臨水側(cè)在襯砌板吊移后發(fā)現(xiàn)有三處瀝青路面基礎(chǔ)已塌陷掏空，掏空深度60 cm，為了人員和設(shè)備的安全，同時(shí)為了模板軌道安裝有固定的基礎(chǔ)，在一級馬道鄰水側(cè)將掏空部位瀝青混凝土路面進(jìn)行切割，將基礎(chǔ)松散的土體進(jìn)行清理，直到出現(xiàn)堅(jiān)硬密實(shí)的基礎(chǔ)，然后用混凝土將拆除部位回填至與瀝青混凝土基礎(chǔ)面齊平，同時(shí)沿渠頂澆筑一道混凝土擋土墻，擋土墻與回填的路基混凝土同時(shí)澆筑，混凝土標(biāo)號采用C25，擋墻外側(cè)頂高程低于渠坡頂30 cm，內(nèi)側(cè)頂高程低于渠坡頂50 cm，混凝土擋墻沿渠道每4 m 設(shè)置一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內(nèi)填塞閉孔泡沫板，分縫位置與原渠道分縫位置保持一致，混凝土擋墻頂面間隔4 m預(yù)埋一塊7.50 mm厚鋼板，以便將來固定模板軌道。

滑軌采用10#槽鋼，滑軌長度根據(jù)現(xiàn)場坡面長度確定，滑軌最低端焊接一段15 cm 長的短槽鋼，用以控制模板底邊位置，上端與混凝土擋墻埋件連接，滑軌分段加工，水下拼裝，為了滿足滑軌剛度要求，同時(shí)出于固定瀝青木板需要，每側(cè)軌道都有上、下兩條10#槽鋼，兩條槽鋼之間用Ф25 鋼筋焊接，鋼筋間距1 m，另做50套50 cm高支腳，支腳的腿采用Ф25鋼筋，腳采用10#槽鋼，槽鋼長度均50 cm，如果斷面超挖，根據(jù)超挖深度，在相應(yīng)位置焊接支腳來調(diào)節(jié)軌道高度，以確保軌道的滑行面滿足坡面高程控制要求，倉內(nèi)兩側(cè)軌道用對拉螺栓調(diào)節(jié)軌道間距，確保澆筑過程中軌道不會在混凝土的側(cè)壓力作用下，偏離設(shè)計(jì)位置，對拉螺栓間距沿軌道方向每隔0.70 m設(shè)置一根，螺栓倉內(nèi)長3.98 m，用Ф10鋼筋，兩端分別焊接一個(gè)長10 cm的螺栓，軌道上對應(yīng)位置打Ф12 mm 小孔，螺栓穿過小孔用螺母固定，混凝土澆筑完成后，將螺母拆下，軌道吊移，用液壓鉗將外露螺栓剪斷。

軌道每6 m一段，水上將每段軌道焊接好，25 t吊車吊裝入水，潛水員水下調(diào)整至軌道安裝位置，就位后，由潛水員將兩段軌道拼裝在一起。軌道拼裝采用40 cm 長8 cm 寬7.50 mm 厚的鋼板條，鋼板條上打四個(gè)Ф12小圓孔，軌道上相應(yīng)位置同樣打孔，兩段軌道用鋼板條，通過螺栓連接成整體。每個(gè)澆筑塊坡面方向設(shè)置6 根對拉螺栓，垂直坡面方向設(shè)置上下兩層，每塊共計(jì)設(shè)置對拉螺栓12根。

3.3 模板安裝

模板安裝采用吊車吊裝入水，水下潛水員引導(dǎo)模板放到指定位置，確保軌道卡在模板兩側(cè)短槽鋼形成的卡槽內(nèi)。模板就位后，下放牽引鋼絲繩，潛水員將鋼絲繩固定在模板的上側(cè)吊環(huán)，鋼絲繩上端連接倒鏈，倒鏈上拉模板至下邊線與老混凝土面銜接，模板即安裝完成。

3.4 水下不分散混凝土澆筑

水下不分散混凝土采用商混站集中拌制，澆筑施工前到商混站對原材料進(jìn)行取樣送檢，滿足要求即可委托試驗(yàn)室進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)室選用河南某某工程檢測咨詢有限公司，配合比設(shè)計(jì)完成要報(bào)監(jiān)理審批，監(jiān)理審批后的配合比要嚴(yán)格執(zhí)行，不得隨意加、減材料用量，絮凝劑作為混凝土水下抗分散劑，其質(zhì)量必須符合相關(guān)規(guī)范的嚴(yán)格規(guī)定，由施工單位采購，提供商混站，按照配比用量進(jìn)行摻加。

3.4.1 水下不分散混凝土攪拌

水下不分散混凝土的既定質(zhì)量要求準(zhǔn)確計(jì)量各種材料并充分?jǐn)嚢琛８鶕?jù)項(xiàng)目工程的規(guī)模、工程量、水下不分散混凝土的攪拌時(shí)間來選擇攪拌設(shè)備，一般應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)并控制攪拌時(shí)間2-3 min。需要提醒一點(diǎn)，不分散混凝土攪拌過程中剛加完水時(shí)很粘稠，但經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬蠡炷涟韬衔镏饾u由粘稠變稀，最終達(dá)到所需要的流動(dòng)性。此項(xiàng)目采用混凝土配合比依據(jù)設(shè)計(jì)要求通過試驗(yàn)確定并報(bào)監(jiān)理單位批準(zhǔn)后使用，其試驗(yàn)方法按SL677-2014有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。通過試驗(yàn)性拌和料來檢驗(yàn)由試驗(yàn)室出具的混凝土配合比拌制的混凝土和易性、坍落度等指標(biāo)的符合度，并設(shè)計(jì)最佳拌和時(shí)間和投料順序。施工配合比的調(diào)整：現(xiàn)場配置專職人員負(fù)責(zé)進(jìn)行混凝土原材的日常檢測、混凝土進(jìn)行出機(jī)口和入倉前的常規(guī)檢測，出現(xiàn)偏差及時(shí)上報(bào)質(zhì)檢處進(jìn)行配比的微調(diào)整。現(xiàn)場拌制混凝土人員嚴(yán)格按經(jīng)由監(jiān)理單位批準(zhǔn)的試驗(yàn)室提供的配料單配料。

3.4.2 水下不分散混凝土運(yùn)輸

水平運(yùn)輸水下不分散混凝土宜于采用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送至施工現(xiàn)場，再由混凝土泵輸送至澆筑倉面。運(yùn)輸技術(shù)滿足以下要求：明確混凝土運(yùn)輸、卸料完畢的允許時(shí)間，超過允許最長運(yùn)輸時(shí)間的混凝土不得使用。混凝土運(yùn)罐車每班裝運(yùn)之前，都要將車罐清洗干凈，保持罐內(nèi)濕潤但不能存水。混凝土攪拌運(yùn)輸車在裝、運(yùn)、卸過程中不得加水。經(jīng)常對混凝土運(yùn)輸車輛進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保證混凝土運(yùn)輸車輛的狀態(tài)優(yōu)良，能及時(shí)將混凝土運(yùn)至施工現(xiàn)場。線路布置合理，道路平整通暢，確保混凝土運(yùn)輸順利。

混凝土運(yùn)輸采用攪拌車，盡量減少運(yùn)輸時(shí)間，不得中途倒運(yùn)，運(yùn)到施工現(xiàn)場的混凝土要及時(shí)入倉。運(yùn)輸過程中因停歇過久而出現(xiàn)混凝土初凝，或造成混凝土塑性降低導(dǎo)致無法振搗，或因混凝土被雨水淋濕嚴(yán)重或混凝土失水過多，或因混凝土遭受冰凍而含有凍塊等情況，均按不合格料處理。

3.4.3 澆筑前準(zhǔn)備

水下不分散混凝土澆筑之前準(zhǔn)備工作主要包括混凝土運(yùn)輸、澆筑機(jī)具的類型、配套機(jī)具及其布置能滿足預(yù)先制定的澆筑計(jì)劃，并嚴(yán)格要求鋼筋、模板等現(xiàn)場作業(yè)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。水下不分散混凝土澆筑準(zhǔn)備工作著重做好三項(xiàng)內(nèi)容：①嚴(yán)格檢查水下不分散混凝土的運(yùn)輸及澆筑機(jī)具性能，防止出現(xiàn)故障，最好預(yù)留備用機(jī)具及動(dòng)力。②現(xiàn)場認(rèn)真及時(shí)核對已經(jīng)布置好的鋼筋或鋼骨架位置符合設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)準(zhǔn)，確保澆筑時(shí)不發(fā)生位移。③嚴(yán)格檢查組裝模板符合設(shè)計(jì)尺寸，模板的搭接接縫處是否會跑漿。

3.4.4 混凝土澆筑

采用泵壓法澆灌方法。澆筑前對模板安裝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，并且用噸包袋內(nèi)裝碎石袋對安裝號的模板進(jìn)行壓重，對可能存在隱患的部位認(rèn)真整改并進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行后續(xù)施工。模板驗(yàn)收合格后，在澆筑前使用空壓機(jī)連接分管進(jìn)行清倉，保證澆筑質(zhì)量。分倉面界面處理：每倉澆筑初凝前，布設(shè)φ12 螺紋插筋長度30 cm，深入澆筑的混凝土內(nèi)15 cm，角度與坡面保持一致，插筋間距30 cm。每倉澆筑前，應(yīng)檢查倉面是否有淤泥和沉淀物，若有采用水下吸污機(jī)對倉面進(jìn)行清理，避免淤泥和雜物沉積在倉內(nèi)。埋設(shè)的導(dǎo)管底部與澆筑單元底部距離不超過30 cm，澆筑過程中導(dǎo)管埋入混凝土且應(yīng)對稱澆筑均勻，不得在同一導(dǎo)管位置澆筑過多混凝土，避免應(yīng)力集中造成跑模、脹模等現(xiàn)象；澆筑過程中隨時(shí)觀測混凝土上升情況，保證澆筑質(zhì)量。澆筑過程中潛水員進(jìn)行水下混凝土面測量，重點(diǎn)檢查模板接縫位置，組合模板連接處，保證每倉澆筑高度與澆筑質(zhì)量；發(fā)現(xiàn)問題時(shí)需停止?jié)仓扇〈胧┻M(jìn)行處理。澆筑后及時(shí)清理現(xiàn)場，清洗導(dǎo)管。澆筑過程中嚴(yán)格控制混凝土上升速度，嚴(yán)格按澆筑分層高度進(jìn)行澆筑。澆筑混凝土終凝并具有一定強(qiáng)度后，方可上滑模板，準(zhǔn)備下一倉面混凝土澆筑。澆筑完的水下混凝土表面平整度控制在2 cm/2 m以內(nèi)。

4 混凝土澆筑缺陷修復(fù)

水下混凝土澆筑完畢并拆除模板后，有時(shí)澆筑的混凝土表面會存在缺陷，主要缺陷為局部部位的混凝土未填充密實(shí)。這可以通過潛水員排查來檢查。對于發(fā)現(xiàn)的澆筑缺陷，應(yīng)結(jié)合水下不分散混凝土的澆筑經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)采取措施對缺陷進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)施工流程如下：對澆筑缺陷處進(jìn)行鑿毛處理并露出新鮮混凝土面。對露出的新鮮混凝土面進(jìn)行鉆孔植筋工作，鉆孔深度20 cm、間距20 cm、混凝土保護(hù)層厚度5 cm。上述工序完成后進(jìn)行水下檢查，滿足要求后方可進(jìn)行后續(xù)施工。在澆筑缺陷處模板安裝之前將浮泥沖洗干凈，然后立即開始模板安裝與固定。澆筑過程中使用風(fēng)鎬敲擊模板進(jìn)行振搗，保障缺陷部位修復(fù)混凝土填充密實(shí)。混凝土終凝后拆除模板檢查修復(fù)質(zhì)量，對仍存在缺陷部位按照上述施工流程再次進(jìn)行修復(fù)，直至全部缺陷部位修復(fù)滿足施工質(zhì)量要求。

5 結(jié)語

總而言之，水利工程的建設(shè)運(yùn)行管理對社會的發(fā)展來說有著十分重要的影響，其中水下不分散混凝土的施工技術(shù)對提高水利工程運(yùn)行管理水平有著緊密的聯(lián)系，所以，水下不分散混凝土的施工技術(shù)對類似工程施工提供了技術(shù)參考，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。