水下混凝土澆筑方法及沖坑修補工程施工

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水電站和水庫大壩水墊塘、消能工護坦等結(jié)構(gòu)由于長期承擔(dān)高速水流的消能工作，其底板很容易形成沖刷破壞，并且它們會隨著時間的推移迅速發(fā)展擴大，形成沖坑、淘洞，從而對水庫大壩的安全、穩(wěn)定構(gòu)成巨大威脅。針對這一類結(jié)構(gòu)存在的問題，可采用水下鋼筋混凝土錨固式結(jié)構(gòu)進行修復(fù)及加固，水下混凝土的澆筑可采用導(dǎo)管法進行，這種結(jié)構(gòu)以及先進的施工方法曾先后在湖南馬跡塘水電站、云南曼灣水電站、四川龔嘴水電站等多個大型水電站的沖坑修補工作中得到運用，并且都取得了很好的效果。混凝土錨固式修復(fù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。這種鋼筋混凝土錨固式結(jié)構(gòu)的工作原理主要是鋼筋網(wǎng)把新澆注的混凝土結(jié)合成高強度的整體，抗沖、抗裂、耐磨。同時，錨筋把新澆筑鋼筋混凝土錨固結(jié)構(gòu)牢牢地錨固到?jīng)_坑底部，抗沖、抗浮托，保證了修補結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，解決了新老混凝土難結(jié)合成整體的問題。鋼筋網(wǎng)和錨筋規(guī)格，可由計算或經(jīng)驗確定，但錨固深度不宜小于30cm。水下不分散混凝土一般采用UBW型，其強度等級一般不宜低于C20。水下沖坑修補的關(guān)鍵技術(shù)是植錨筋、架設(shè)鋼筋網(wǎng)、澆筑水下不分散混凝土這三個環(huán)節(jié)。下面將從施工工藝選擇實施過程進行詳細(xì)介紹。

1澆筑方法選擇

水下混凝土澆筑的方法很多，常用的有導(dǎo)管法、袋裝法、吊罐法、升漿法。隨著水下混凝土材料和澆筑工藝的改進，升漿法已很少采用。過去幾年多用袋裝法、吊罐法。近年在水下工程中出現(xiàn)了先進的導(dǎo)管法澆筑水下混凝土，值得推廣?，F(xiàn)將各種澆筑方法的特點對比如下。

1.1導(dǎo)管法

導(dǎo)管法澆筑是將混凝土拌合料通過導(dǎo)管出口，進入到初期澆筑的混凝土（作為隔水層）底部，新澆筑的混凝土頂托著初期澆筑的混凝土上升和向周邊擴展的澆筑方式。導(dǎo)管法最大的優(yōu)點就是澆筑連續(xù)性好，澆筑速度快，不易造成骨料分離，能夠最大限度的滿足施工和設(shè)計要求，施工設(shè)備簡單易操作，澆筑成本低。采用導(dǎo)管法時，骨料的最大粒徑要受到限制，混凝土拌和物需具有良好的和易性及較高的坍?dāng)U度，以達(dá)到自流平、自密實的澆筑效果。

1.2升漿法

升漿法是在水下清基、安放模板并封密接縫后，預(yù)先填放粗骨料，埋置輸漿管，然后用砂漿泵壓送砂漿由底層向頂層壓送砂漿進行澆筑。升漿法澆筑水下混凝土，以前用于水下澆筑底板，使用的是陸上的普通混凝土，能達(dá)到設(shè)計強度。過去一般用于澆筑船塢底板，非干地施工的水閘底板，由于可以不用創(chuàng)造干地施工條件，可節(jié)省工程費用。升漿法澆筑水下混凝土的澆筑強度不高，不適宜用于高強度混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑；升漿法澆筑時，澆注壓力不易控制，壓力過大則會造成水泥漿的離析，堵塞管道，還會擾動預(yù)填骨料。而且水灰比要求嚴(yán)格，一般在0.15～0.17。

1.3袋裝法

袋裝法是將混凝土拌和物裝入料袋，依次下放入水，澆筑在水中預(yù)定地點。袋裝法施工方法和設(shè)備簡單、方便，易于操作，料袋可以直接在混凝土表面澆筑，水下混凝土中的膠凝顆粒流失少，可以達(dá)到很高的水陸強度比；但澆筑速度慢，不適于大方量水下混凝土澆筑。

1.4吊罐法

吊罐法澆筑時，將拌制好的混凝土用吊罐裝好，吊運至水下待澆筑倉內(nèi)，然后打開吊罐底部的活動倉門，混凝土在自重的作用下到達(dá)澆筑部位，自流平不振搗，澆筑高度小于30cm為好。該法施工設(shè)備簡單，易于操作，可以達(dá)到較高的水陸強度比，適合大、中方量和立面混凝土澆筑。問題是施工連續(xù)性差，澆筑速度較慢，且容易造成混凝土的骨料分離，混凝土澆筑質(zhì)量和強度較難控制。根據(jù)以上綜合對比分析以及水電站的交通條件、現(xiàn)場布置等實際情況，選用導(dǎo)管法進行水下混凝土澆筑最為理想。

2導(dǎo)管法澆筑的基本步驟

2.1沖坑清理

將沖坑內(nèi)破損混凝土和碎石等雜物清理出沖坑以外，將零星混凝土塊及卵石清除干凈，露出混凝土原面或基巖面，表面清洗干凈。同時對已出露的鋼筋除銹，達(dá)到無銹痕、無銹斑，可以澆筑混凝土的程度。

2.2布設(shè)鋼筋網(wǎng)

為了增強被澆筑沖坑內(nèi)新老混凝土的結(jié)合強度，并成為一個整體，在修補區(qū)域內(nèi)要布設(shè)錨固筋；然后架設(shè)抗沖、限裂鋼筋網(wǎng)，這道工序的步驟如下：

2.2.1鉆錨筋孔

(1）鉆孔。由潛水員用水下鉆孔機在沖坑底部進行水下鉆孔。

(2）洗孔。鉆孔完畢后，用高壓水槍把屑渣沖除干凈。

2.2.2錨固鋼筋洗孔完畢之后，在內(nèi)部充填水下砂漿或水下環(huán)氧砂漿作為錨固劑，錨固鋼筋。

2.2.3架立鋼筋網(wǎng)待錨固劑硬化12h后，將在岸上已綁好的雙向鋼筋網(wǎng)整體吊放下水就位，鋼筋網(wǎng)布置在新澆水下混凝土的上部，鋼筋網(wǎng)與插筋之間、新老鋼筋網(wǎng)之間用水下電焊聯(lián)接。

2.3架立模板

對損壞部位修補需架立鋼模板時（立面澆筑），模板可采用鋼板和角鋼拼接而成的鋼模板，或用木板和角鋼制成的鋼木模板，并與錨固鋼筋用電焊連接作模板支撐。

2.4澆筑

2.4.1導(dǎo)管定位前期準(zhǔn)備、處理工作完成后，在作業(yè)船適當(dāng)位置安裝導(dǎo)管，并調(diào)試起吊設(shè)備，調(diào)試工作完成后，將作業(yè)船移動至待澆筑區(qū)域進行定位。定位可分為兩個步驟：

(1)作業(yè)船初步定位。作業(yè)船上工作人員根據(jù)沖坑大概位置，調(diào)整作業(yè)船位置使其盡量處于沖坑的正上方；

(2)水下精確定位。作業(yè)船初步定位完成后，潛水員入水進行水下精確定位，水上水下同時進行，確保導(dǎo)管出料口處在澆筑倉內(nèi)適當(dāng)位置、導(dǎo)管傾角合適并且不滲水的軟袖管能夠平鋪到?jīng)_坑內(nèi)，便于澆筑時形成埋管澆筑。調(diào)整完成后用纜繩將作業(yè)船固定，避免澆筑過程中作業(yè)船發(fā)生移動，影響澆筑質(zhì)量及澆筑效率。

2.4.2開始澆筑澆筑作業(yè)開始之前仔細(xì)檢查整個澆筑系統(tǒng)是否正常，然后開始進行澆筑。在澆筑第一斗混凝土之前，把直徑略小于導(dǎo)管內(nèi)徑的軟質(zhì)浮力通球投放在導(dǎo)管內(nèi)，通球浮在水面；然后將已拌制好的混凝土通過運料斗運送至澆筑地點，再進入到導(dǎo)管。導(dǎo)管內(nèi)的混凝土與通球接觸，并推動通球下移。在下移的過程中，混凝土由于有球體的隔離，不與水接觸，不受混凝土下降時水流的沖刷，混凝土中的膠粘顆粒不受損失，大大有利于水下混凝土水陸強度比的提高。通球到底后，經(jīng)過軟袖管出水，由于軟袖管是平臥在基底上，混凝土不會全部流出，把不滲水的軟袖管封堵住，導(dǎo)管內(nèi)形成無水環(huán)境。用同樣的方法進行通球澆筑2次～3次，便可將不滲水的軟袖管埋在混凝土里，形成埋管澆筑。即便是不連續(xù)澆筑，中途停止時，導(dǎo)管內(nèi)也無水。這種先進的澆筑方法，既避免了水流對流態(tài)混凝土的沖洗，也避免了澆筑過程中的骨料離析，能夠最大限度的滿足施工要求、保證施工質(zhì)量。在澆筑過程中，要隨時用手電筒檢查管內(nèi)情況，做到導(dǎo)管不漏水、不返水。如果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)有水，應(yīng)立即使用通球法，同時檢查軟袖管并把它埋好再繼續(xù)進行澆筑。

3正常澆筑作業(yè)時的工藝控制及注意事項

3.1混凝土倒入

應(yīng)使混凝土徐緩的傾倒進承料漏斗，防止不連續(xù)倒入，致使導(dǎo)管內(nèi)空氣不能即時排除而產(chǎn)生高壓氣囊。

3.2隨時檢查

在澆筑過程中要隨時做水上和水下檢查。水上檢查導(dǎo)管壁是否由于混凝土漿粘掛在管壁上形成堵塞，并及時疏通；水下檢查導(dǎo)管出料口是否始終處于埋沒狀態(tài)，并及時調(diào)整使導(dǎo)管出料口埋深大于30cm。同時檢查模板漏漿情況，并及時封底堵漏。

3.3導(dǎo)管調(diào)節(jié)

隨著水下混凝土澆筑面的上升，隨時調(diào)節(jié)導(dǎo)管在水中的角度和導(dǎo)管出料口的埋入深度，保證埋入深度大30cm。如果發(fā)現(xiàn)翻水，應(yīng)該再用浮球法進行澆筑。

3.4調(diào)整澆筑區(qū)域

在澆筑區(qū)域,混凝土澆筑到設(shè)計高度后，移動作業(yè)船，進行下一區(qū)域的澆筑。同時在第一罐澆筑時應(yīng)該再放入浮球進行重新埋管澆筑。

4結(jié)語

導(dǎo)管法澆筑水下混凝土的質(zhì)量，和混凝土澆筑前的準(zhǔn)備工作是否充分，混凝土配比是否合適，砂石級配是否最佳，導(dǎo)管埋深是否適中，混凝土面上升情況，以及澆筑后的保護等工作是否全面密切相關(guān)，只有做好以上幾方面的工作才能保證水下混凝土的澆筑質(zhì)量。

作者：湯自超 單位：陜西漢陰水利局