水下混凝土澆筑方法及沖坑修補(bǔ)工程施工

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水電站和水庫大壩水墊塘、消能工護(hù)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(shí)間的推移迅速發(fā)展擴(kuò)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(jìn)行修復(fù)及加固，水下混凝土的澆筑可采用導(dǎo)管法進(jìn)行，這種結(jié)構(gòu)以及先進(jìn)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(gè)大型水電站的沖坑修補(bǔ)工作中得到運(yùn)用，并且都取得了很好的效果?；炷铃^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(qiáng)度的整體，抗沖、抗裂、耐磨。同時(shí)，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(bǔ)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(jì)算或經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)度等級一般不宜低于C20。水下沖坑修補(bǔ)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(gè)環(huán)節(jié)。下面將從施工工藝選擇實(shí)施過程進(jìn)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(jìn)，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(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(kuò)展的澆筑方式。導(dǎo)管法最大的優(yōu)點(diǎn)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(jì)要求，施工設(shè)備簡單易操作，澆筑成本低。采用導(dǎo)管法時(shí)，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(shí)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(jìn)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(jì)強(qiáng)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(fèi)用。升漿法澆筑水下混凝土的澆筑強(qiáng)度不高，不適宜用于高強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑；升漿法澆筑時(shí)，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(diǎn)。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(qiáng)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(shí)，將拌制好的混凝土用吊罐裝好，吊運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)際情況，選用導(dǎo)管法進(jìn)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(shí)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(qiáng)被澆筑沖坑內(nèi)新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度，并成為一個(gè)整體，在修補(bǔ)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(jī)在沖坑底部進(jìn)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(bǔ)需架立鋼模板時(shí)（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(jìn)行定位。定位可分為兩個(gè)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(jìn)行水下精確定位，水上水下同時(shí)進(jìn)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(shí)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(gè)澆筑系統(tǒng)是否正常，然后開始進(jìn)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(yùn)料斗運(yùn)送至澆筑地點(diǎn)，再進(jìn)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(shí)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(qiáng)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(jìn)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(shí)，導(dǎo)管內(nèi)也無水。這種先進(jìn)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(shí)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(shí)檢查軟袖管并把它埋好再繼續(xù)進(jìn)行澆筑。

3正常澆筑作業(yè)時(shí)的工藝控制及注意事項(xiàng)

3.1混凝土倒入

應(yīng)使混凝土徐緩的傾倒進(jìn)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(shí)排除而產(chǎn)生高壓氣囊。

3.2隨時(shí)檢查

在澆筑過程中要隨時(shí)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(shí)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(shí)調(diào)整使導(dǎo)管出料口埋深大于30cm。同時(shí)檢查模板漏漿情況，并及時(shí)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(shí)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(jìn)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(jì)高度后，移動作業(yè)船，進(jìn)行下一區(qū)域的澆筑。同時(shí)在第一罐澆筑時(shí)應(yīng)該再放入浮球進(jìn)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(hù)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