湛江引調水工程穿越河道沉管水下混凝土施工技術

摘要：湛江引調水工程輸水管線穿越西溪河，采用沉管的方式，管道材質為鋼管，直徑DN2600，為水下開挖、水中下沉。由于西溪河與南海相通，受潮汐影響較大，采用沙石材料回填，會對回填料會產生沖移，產生浮管。同時，咸潮對鋼管的腐蝕較大，對鋼管的使用壽命有較大影響。為確保水下沉管今后可靠運行，延長其使用年限，在沉管到位后，對沉管四周包裹澆筑水下混凝土。本文主要介紹了沉管水下混凝土施工技術，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：沉管；水下混凝土；施工技術

DOI：10.12433/zgkjtz.20233550

一、工程概況

湛江引調水工程由取水口、泵站前池、取水泵站、調壓塔、輸水管道等組成。主要施工內容是輸水管線，包括輸水管道工程、穿鐵路頂箱涵工程、穿運河頂管工程、穿高速頂管工程、穿國道頂管工程、沉管工程、調壓塔工程、機電安裝工程等，具體樁號范圍16+699.76～50+429.502，共計34.60km。

湛江引調水工程沉管，位于遂溪縣許宅村附近的西溪河，施工樁號為34+759.825～34+926.690，全長167m，鋼管規格為DN2600（壁厚26mm，Q345CZ）。在管槽底部填筑0.5m的碎石和0.5m的砂墊層后，水下澆筑C25素混凝土，超過管頂1m，并在頂部中心6.652m范圍外形成1：6的坡度，總澆筑方量約為7460.73m3。

二、水下混凝土澆筑

（一）施工布置

在西溪河現狀右岸平整出20×100m的施工平臺作為沉管施工場地。沿右岸布置一座30×50m的臨時碼頭，設置400KW的變壓器一臺，利用許宅村通往西溪河的道路作為此次水下混凝土澆筑的施工便道。

（二）測量放線

沉管施工準確就位后，依據布設好的施工控制點恢復管道軸線，安排潛水員在水下配合測量人員測出澆筑寬度和高度。

（三）水下混凝土配合比

水下混凝土要在水下進行灌注施工、完成強度增長，混凝土必須滿足強度要求，并具有良好的和易性、自密性、混凝土強度和耐久性等性能。

1.混凝土的和易性

水下混凝土采用導管法施工，混凝土灌注過程中會受高差和重力作用，因此，混凝土必須具有良好的和易性，并能經受高差，下料后不得產生離析現象。

2.混凝土的自密性

水下混凝土屬于自密實混凝土。混凝土的密實等均由混凝土自身的重量密實，配合比設計按自密性指標進行。

3.混凝土的強度

水下混凝土施工和凝結硬化，會受上部水的滲透影響，改變水灰比會直接影響混凝土的強度。

4.混凝土的耐久性

水下混凝土在施工后凝結硬化，水下混凝土必須嚴格控制最大水灰比和最小水泥用量，一般最小水泥用量不小于350kg/m3，以保證混凝土能達到規定的使用壽命。

三、水下混凝土施工技術

（一）泵管架設

采用混凝土泵送浮箱系統實施水下混凝土澆筑，以5～10m為一個澆筑區域。采用泵管浮箱架設新技術，可有效解決水上混凝土連續泵送的效率問題和成本節約問題，關鍵是在水流較湍急的河流中可抵御水流的沖擊，混凝土泵送浮排系統可正常工作，混凝土澆筑的效率是常規方法的三倍以上。水下混凝土澆筑泵管架設，如圖1所示。

1.浮排材料的選擇

浮排采用鐵桶，2個桶為一組，用鋼管扣件綁扎固定。西溪河道較寬，因此，應在對拉鋼絲繩上游設工程船定位，兩根鋼絲繩拉住軸線對拉鋼絲繩，避免鋼絲繩過長，因水流沖擊而向下游形成較大的弧度，連接好的混凝土輸送泵管整體弧度過大。

2.對拉鋼絲繩的布置

為了抵御水流的沖擊、保證浮排系統的穩定牢固性，需在澆筑點軸線上游布置對拉鋼絲繩，一側埋地錨，一側用25T卷揚機收緊，選擇適宜的對拉鋼絲繩的直徑和張緊度，對拉鋼絲繩全部在水上1m高度為宜。

3.混凝土輸送泵管的連接方法

每組浮排間距3m，混凝土泵送管長度3m，縱向架設在浮排上，卡扣位于兩組浮排之間，方便拆卸。浮排的上游鋼管用塑料繩連接卸扣固定在對拉鋼絲繩上，每組浮排都設置一個繩索固定點。在連接長距離輸送泵管時，可一邊連接混凝土輸送泵管，一邊往施工點送浮排組合。在此過程中，連接對拉鋼絲繩與浮排的卸扣在對拉鋼絲繩上向前滑動，直至連接到水下混凝土澆筑施工點。

（二）水下混凝土澆筑

采用導管法施工，澆筑應盡量縮短時間，堅持連續作業，每倉澆筑5～10m左右。沉管水下混凝土澆筑斷面如圖2所示。

1.單元法澆筑水下混凝土

考慮到水下混凝土澆筑導管初始瞬間埋深需在0.5m以上，而現場澆筑范圍非常大，漏斗里灌滿混凝土只有0.86m3左右，為了確保混凝土不離析，潛水員應先到水下導管位置用沙袋圍一個圍堰，高度1m，直徑比導管稍大即可，從而確保初始混凝土澆筑時導管的埋深達到1m。排水塞擬用沙袋排水，將沙袋放進導管后，末端用鐵絲連接，當漏斗內混凝土快要注滿時，迅速剪斷鐵絲，使混凝土瞬間沖落，馬上泵送混凝土，混凝土澆筑應連續不間斷地進行。

第一，安裝D=250mm的鋼導管，導管接頭采用螺紋連接，并帶有橡膠密封圈，確保接口嚴密，有足夠的抗拉強度。保證導管不滲水、不透氣，并要經閉水、承壓試驗后，符合要求方可使用。

第二，河中水下混凝土澆筑，采用船吊將導管吊澆筑單元內，位置應保持居中，導管下口與孔底間距離保留在30cm左右。

第三，水下混凝土漏斗中放入首批混凝土。在確認儲存量充足后，即可剪斷鐵絲，澆筑的首批混凝土量應使導管埋入混凝土中深度不小于0.5m。

第四，首批混凝土澆筑完成后，應連續不斷澆筑，澆筑過程中，應用測繩測探混凝土面高度，計算導管下端埋入混凝土的深度，并做好記錄。當埋管深度符合要求后，應及時進行導管的提升和拆除。

第五，導管內混凝土不滿時，必須緩緩灌注混凝土，防止在導管內形成負壓，導致混凝土無法灌注。在灌注過程中，應保持基槽水頭高度，定時探測槽內混凝土面的位置，及時調整導管埋深。

第六，為保證混凝土質量，混凝土灌注完成時，混凝土面應較設計標高高出0.2～0.4cm。

2.各工作單元移位

一個位置澆筑到達設計標高后，如果要移到其他段面水下澆筑施工，工程船移位可采用一邊絞錨纜一邊送錨纜的方式，使船舶沿上下游及左右移動，移動速度每分鐘不可超過1m，移動時不要將導管提出混凝土面。

水平泵管移位時，應先拆除船舶與浮箱上的泵管連接。將船舶移位定位后，再將泵管接到船上，與船上的泵管連接。浮箱與船舶分開后，最下游的浮箱要拋錨穩定，防止整條浮箱管線來回擺動。

澆筑水下混凝土時，潛水員應在水下控制混凝土的流動性及標高。水上人員應配合用測繩測量混凝土的高度，澆筑不可超過設計標高，避免造成混凝土的浪費。由于混凝土澆筑方量較大，一次性無法全部澆筑完成。當天的混凝土澆筑完成后，要排空導管內的混凝土，將導管提出水面。泵管中的混凝土也要排空，并用清水沖洗。

四、水下混凝土施工質量控制措施

（一）水下混凝土澆筑

第一，每段施工前，對上一段已初凝的混凝土進行鑿毛，確保結合面質量。第二，每次提升導管前，用測繩測量澆筑面高度，計算埋入導管深度。每次提升導管，至少要保證導管埋深1m以上。第三，水下混凝土施工，應根據設計圖紙的軸線和斷面尺寸，在西溪河兩岸設置控制網點，建立水下混凝土澆筑的平面及高程控制網。第四，施工中，每次進行測量放樣前，應檢查測量控制網的精度，做好測量技術交底工作。第五，應檢查混凝土攪拌站原材料的試驗資料。項目部質量控制人員要到商品混凝土站對各類原材料進行取樣，在工地實驗室進行檢測，把好材料質量關，使其符合設計和規范要求后再投入使用。

（二）異常情況和解決方法

1.導管封堵包頭管內堵塞

原因分析：開始水下混凝土灌注時，管節受損變形或內壁殘留混凝土渣未清除干凈；導管封堵包的形狀或封堵包制作的材料堅硬。

預防措施：采用柔性材料，如橡膠空心球塞等作導管塞。下管前，認真檢查導管的垂直度，做落球試驗；混凝土灌注前，安排專人灌注適量的砂漿進行導管潤滑處理。

處理方法：混凝土剛開始灌注即發生導管阻塞，可判斷為球塞卡堵，應及時提升導管，上、下來回緩慢升降處理。若導管內混凝土仍不能下料，應立即拆除導管重新安裝，再重新下管澆筑。

2.導管堵塞

原因分析：當混凝土的落度偏小、和易性和流動性差、氣溫較高時，混凝土未添加緩凝劑。混凝土灌注時埋管過深，澆筑過程中因故停頓時間長，造成混凝土初凝等。

預防措施：導管連接應采用螺旋式，以減小提升阻力。混凝土灌注宜加緩凝劑；澆筑混凝土時，應嚴格控制入倉混凝土的質量，特別是混凝土的塌落度。同時，加強拌和能力，保證混凝土的供應速度；混凝土灌注過程中要勤起拔，嚴格控制導管的埋深，一般以不得超過6.0m為宜。

處理方法：埋管深度不大時，應停止澆筑，拆除上部導管，挖除已經澆筑的混凝土。

3.導管接頭處滲水

原因分析：外部泥漿壓力作用下縫隙擴大、滲水，導管接頭橡皮墊圈老化、損壞等；接頭連接不緊，起吊過程中松動等。

預防措施：導管在地面做導管連接及密封試驗，導管下管前，應對橡皮墊圈仔細檢查，按密封圈的使用壽命及時進行更換處理。

處理措施：導管漏水部位較深時，則提出導管，處理滲漏處或更換導管，重新下管至混凝土面1.5m以上，用小吸泵抽凈管內泥漿，繼續澆筑。若導管漏水部位較高，可提升導管，最下面的導管不能提出混凝土面，對滲漏的接頭進行處理，符合要求后下導管，繼續澆筑。

五、主要的安全控制措施

（一）水上起重船作業

第一，施工期間需向申請航道管理部門發布航行通告。水面作業均應備足救生衣具，進入作業現場必須穿救生衣。第二，在水面作業施工區邊界打木樁，4根為一級，共3～4級，木樁上設信號燈和信號球，相鄰木樁之間用鋼絲繩連接，以此隔開通航區和施工區。第三，起重船舶錨泊時，白天應掛信號旗等規定信號，夜晚應有燈標并派專人值班。

（二）潛水員作業

第一，潛水作業前，必須對專用設備進行檢查，潛水員和潛水助理必須嚴格遵守操作規程，確保潛水設備安全、正常運轉，并配備應急設備和專人監護。第二，潛水助理必須認真檢查潛水員穿戴的衣具，確認安全可靠后，潛水員才能下水。潛水員下水作業時，潛水助理應堅守崗位，隨時準備接聽潛水電話。潛水作業結束后，應整理潛水記錄。第三，潛水員與潛水助理可采用專業對講機聯系，每隔15s相互聯系一次，若聯系中斷，應立即下水施救。

六、結束語

西溪河沉管段鋼管改用外包混凝土的形式，西溪河沉管段管道由原管道兩側及上方回填中粗砂改為外包C30素混凝土，取消防沖刷干砌石。水下混凝土澆筑采用導管法，分單元澆筑水下混凝土的施工方案切實可行。現場作業時，安排專職質檢員和安全員跟班檢查，嚴格執行施工技術方案，經過12天連續作業，順利完成水下混凝土施工。經第三方質量檢測，水下混凝土施工質量符合設計要求。

參考文獻：

[1]GB50268-2008，《給水排水管道工程施工及驗收規范》[S].北京，中國建筑工業出版社，2008.

[2]DL/T 5309-2013，《水電水利工程水下混凝土施工規范》[S].北京，中國電力出版社，2013.