水下不分散混凝土及在水工沉箱工程中的應用

陳鐵山 彭巨湘

（華海達（北京）工程管理咨詢有限公司，廣東 廣州510310）

1 、概述

70年代始，世界各國科研人員著手從事水下混凝土澆搗技術的研究，原西德于1974年率先研制成功，定名為：水下不分散混凝土(Non-Dispersive Underwater Concrete)。該技術1982年獲得英國勞氏船級社和挪威船級社的認可，認定該混凝土可以在海洋工程中應用。1978年日本從德國引進這項技術，并于1981年開始工程應用。我國在1983年開始研發，中國石油集團工程技術研究院于1987年首先研制成功水下不分散混凝土聚丙烯系UWB-Ⅰ絮凝劑和SCR絮凝劑；經若干年發展，該院于2003年采用高分子接枝技術研制成功由糖類高分子化合物組成的UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝劑(Anti-washout Admixture)，并獲國家發明專利；我國2003年發布"水下不分散混凝土施工技術規范"把其定名為：水下不分散混凝土(Antiwashout Underwater Concrete)。

2 、水下不分散混凝土的概念

水下不分散混凝土是指在普通混凝土中加入絮凝劑的專用混凝土，這種加入絮凝劑的混凝土拌合物即使在水洗作用下骨料和水泥也不分散、不離析，且能自行流平和硬化，從根本上解決了新拌混凝土遇水分離問題，實現了水下施工"陸地化"。

3 、工程概況

華海達（北京）工程管理咨詢有限公司于2008年底承接了廣東省茂名市正源碼頭的施工監理任務。該碼頭長144.5m，碼頭前沿停泊水域水深為-9.30m，設計為重力式10000t雜貨碼頭，設計安放16個沉箱。東護岸原設計有11.0m漿砌塊石護岸，經設計變更為3個6.0m×3.6m×3.5m（高）鋼制護箱，護箱底部不封堵鋼板，內澆C25水下混凝土，混凝土理論體積226.8 m3。

設計、監理單位通過對國內水下不分散混凝土性能和使用情況的經驗，選定中國石油集團工程技術研究院生產的UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝劑配制水下混凝土，混凝土標號：C25。

4 、水下混凝土原材料情況

（1）水泥：湛江海螺股份有限公司生產的海螺牌P.O42.5

（2）河砂：廣東省吳川市鑒江的河砂

（3）粗集料：廣東省茂名市水東石場的5－31.5mm連續級配的花崗巖碎石

（4）絮凝劑：UWB-Ⅱ型水下不分散混凝土絮凝劑

（5）水下混凝土相關技術參數

表1 水下不分散混凝土材料用量及技術參數

5.1 傳統的水下混凝土施工工藝及缺點

傳統的水下混凝土施工工藝有：袋裝疊置法、開底容器法、泵送法、導管法等，這些施工方法操作起來比較繁瑣，操作稍有不慎，就會影響混凝土的澆搗質量。

眾所周知，水泥是水硬性材料。將混凝土拌合物直接傾倒于水中，當其在水中下落時，由于水洗作用，骨料將與水泥分離，部分被水帶走，部分長期處于懸浮狀態。當水泥下沉時，已呈凝固狀態，失去膠結骨料的能力。這樣，在水中直接澆筑的混凝土拌合物有可能是一層砂、礫石骨料，一層薄而強度很低的水泥絮凝體或水泥渣，無法保證混凝土中材料的均勻性、接縫的可靠性和鋼筋的握裹力等，影響工程質量，造成環境污染。按常規澆筑的水下混凝土，工藝的關鍵是盡量隔離混凝土拌合物與環境水的接觸來避免上述問題。為防止水洗，澆搗過程不能中斷，在硬化后還要清理其表面一定數量的強度不符合要求的混凝土。

水工工程進行水下澆搗普通混凝土施工，模板不可能做得絲扣嚴密滴水不漏。傳統的施工工藝，當需要抽水施工或處于動水環境下時，海水倒灌進沉箱內，涌動的環境水沖洗普通混凝土，會導致水泥漿的流失，造成砂石分離，嚴重影響混凝土的工程質量。

5.2 工程現場施工工藝簡介

絮凝劑生產廠家提供的應用業績和相關施工經驗顯示，使用了UWB-Ⅱ型絮凝劑的水下混凝土可以使用砼汽車泵直接在水底進行混凝土澆搗。

本次水下混凝土澆搗，選用的攪拌站離施工現場約50公里，運輸時間約70分鐘，選用的汽車泵臂長45m，泵送管徑125mm，設計混凝土泵送量60 m3/h，實際泵送量50 m3/h左右，230 m3混凝土計劃在250－270min左右澆搗完畢。現場鋼護箱每個高3.5m，汽車泵出口軟管長3.0m，汽車泵軟管伸入海水面以下，軟管出口距離沉箱基床面500mm，隨著混凝土澆搗進程推進，管口不斷向上提升，直至混凝土澆滿鋼護箱，從而在海水環境下制成3個混凝土實心方塊。

5.3 相關統計數據

表2 抗壓強度（MPa）

表3 強度統計結果

6 、注意事項

6.1 澆搗水下不分散混凝土前，先吹洗汽車泵出料管路，后在出料管口封堵上吹洗管路的吹洗球，防止海水倒灌入出料軟管內，導致竄水；施工過程中，泵車軟管出口控制在離澆搗面300～500mm左右，使混凝土在水中自由落下，自流平；當接駁混凝土運輸車時，為防止海水倒灌入軟管內，導致竄水，可將導管下端插入已澆灌好的混凝土中。

6.2 水下不分散混凝土澆搗時，難免有少量的水泥流失，從強度、耐久性、抗滲性等方面的要求考慮，水下不分散混凝土的單位水泥用量需要比普通混凝土的水泥用量大。絮凝劑的使用量按使用說明的最大使用量，所配制的水下不分散混凝土，流動性和粘度優良，混凝土抗分散效果優良。混凝土在水下能自動流平和密實。

6.3 海岸及海上混凝土澆搗作業的自然條件要比陸地艱苦得多，因此施工前必須制定合理的施工計劃。水下不分散混凝土澆搗一般多以風速10m/s，有效波高0.6m，周期4-5s，潮流1.0km左右為作業極限。

6.4 水下不分散混凝土的粘性強，其中的水泥難于被水沖洗掉，當混凝土澆搗到既定高度，待混凝土表面沉實和自流平終止后，即可進行表面抹平。自流平的終止時間一般為澆搗后1-2小時。如水下澆搗，不具備抹平條件者，僅自流平亦可。

6.5 水下不分散混凝土的浮漿少，水下施工過程中僅需稍加注意，讓混凝土自流平，即使不進行施工縫表面處理，也可以得到一定程度的結合強度。水工工程使用水下不分散混凝土澆搗的沉箱、沉箱基礎等混凝土重力構件，可對施工縫不必予以特別考慮，施工難度低，可操控性好。

6.6 按照廠家的出廠說明，UWB-Ⅱ型絮凝劑無毒無害，所配制的水下混凝土對環境水域無污染，對水產養殖、工業和民用水源無害，可適用于食品類的工程，有利于生態環境保護。

7 、結語

摻加了UWB-Ⅱ絮凝劑的水下不分散混凝土抗分散性優異，施工工藝簡單，混凝土的流動性優良，可泵送，施工配合機具少，能在水下免振搗、自流平，減少了傳統澆搗工藝需支立塔架，制作施工平臺、需吊車配合吊罐施工等工序，減少了機具成本的支出，在水工工程水下施工上應用前景十分廣闊。

[1]林寶玉，吳紹章.混凝土工程新材料設計與施工.第一版.北京：中國水利水電出版社，1998.

[2]林鮮，陳凌華，周偉等.UWBⅡ型水下不分散混凝土絮凝劑的性能研究.混凝土,2006,(4),52－73.

[3]劉娟.水下不分散混凝土抗分散劑的研究.湖南大學碩士學位論文，2005.