混凝土水下施工與設計方案研究

摘要：本文對不同混凝土水下施工方法進行了深入的剖析，并對相應的施工方法的設計方案進行了一系列的探討，提出了相應的建議，可為混凝土水下現場施工提供一些指導。

關鍵字：混凝土；水下；施工與設計

水下澆筑混凝土就是在地面將混凝土進行拌制，再將拌制好的混凝土用某種方法在水下進行澆筑和硬化，這一過程簡稱為水下混凝土施工。水下混凝土已經在鉆孔灌注樁、地下連續墻等相應的水利工程和海洋工程中得到了普遍的應用，并收到了良好的效果。本文就將各種常用的水下混凝土施工方案進行一下簡要的介紹，并對設計時應考慮的問題進行了一系列的討論。

1 混凝土水下施工技術

1.1 裝袋疊置法

將混凝土拌制物（坍落度控制在50-40mm）裝入透水的纖維織袋之中，要注意裝料體積占織袋容積的2/3左右為宜，將這些料袋碼放到水下的預定位置。這樣，料袋就像砌磚一樣交錯有序的疊放在水下，必要時也可利用短鋼筋進行加固。這種方法是最為傳統，造價也最為高昂，但其顯著的優勢就是所形成的結構十分的牢固。

值得注意的是，這種方法僅能應用在排水口的附近以及非沖蝕的情況下，或者是對水下結構的整體要求并不高的堵漏、搶險等工作進行應用，也可以作為水下模板在水下立模困難的地方進行應用。

1.2 開底吊桶法

開底吊桶法的施工原理就是最大限度的保證拌制物與水體的接觸面始終如一。吊桶中的混凝土拌制物的頂部必須由油布等防水材料進行覆蓋隔離；吊桶低部則要沿水下的地面打開以便混凝土拌制物在不受干擾的環境下進行灌注施工。

值得注意的是，這種方法僅限于混凝土的用量較小或零星的水下灌注工程，同時必須要保持混凝土的坍落度要在150mm左右。與這種方法原理相類似的還有夯擊法和振搗法，又稱為端進法，這兩種方法都是將混凝土由岸邊逐漸向水中推進的灌注方法，已經在水運和水電混凝土工程中普遍進行了應用。續澆的混凝土必須在已露出水面的混凝土頂端進行澆筑，接下來在混凝土的內測利用夯擊或振搗等方式使混凝土的外側向水區逐漸進行擴散。

1.3 垂直導管法

垂直導管法就是采用密封性能優質的金屬管來對高坍落度的混凝土拌制物盡心灌注施工。初次灌注時，在導管的前端放置一個軟球，使混凝土頂住軟球在導管中流動；當軟球被頂出導管后，混凝土拌制物靠自身的流動特性向導管底部四周流動，這樣就在導管的底端形成了自流平。

值得注意的是，導管的底端，也就是混凝土的出口必須保持在新灌注混凝土的表面之下，這種方法一般來說都需要混凝土配合紡織用品來提高25%的單方水泥量，也就是說采用富水泥配合比的方式，允許部分水泥在水下被沖刷掉，但這種方式很可能帶來環境的污染。

1.4 泵壓法

泵壓法就是以混凝土泵送機為主要設備，將拌制好的混凝土一次性的進行泵送和灌注施工。這樣的方式可以使灌注出來的混凝土不僅工作度十分的優良而且其強度也非常的高。但是，泵管的出口端必須在混凝土中保持一定的深度（一般30-40mm，最大不超過1m）。倘若埋深過淺，則會導致倒流水的現象發生；如若埋深過深，由于管內的蹩壓過大會產生爆管的可能。除此之外，并不是任意型號的泵都能保證在這種工況下而不發生堵管的現象。同時，泵管還必須要確保混凝土在管中的流動狀態，否則泵壓則會使混凝土的流動狀態發生紊亂，進而在其附近發生流動失控的現象。

值得注意的是，這種方式與導管法原理及其相似，不同的是這種方式使導管的截面積增大的同時減少了提升的次數，而且能夠確保終灌時還能有充足的壓力；當水下所灌注混凝土的觸及面積需要擴大時，還要將柔性軟管與金屬泵管進行連接，由潛水員在水下進行移動灌注施工。泵壓法需用專屬的泵送設備且要求有較強的攪拌能力以滿足灌注的強度，水深一般不宜超過15m。

1.5 摻和絮凝劑法

通過添加絮凝劑，又稱為抗分離劑或增稠劑。利用這種混泥土外添加劑可以制備出一種具有較高黏度的、在水下可以不分散的混凝土體系。這種特殊的混凝土在水下進行短距離的自由沉降時不僅可以有效的抵抗水流的沖蝕作用而且還不需要進行振搗，可以在水下自流平、自密實，使施工程序大大的簡化而且縮短了工期，最為重要的是可以降低對水域的污染。

這種方式由于可以沿用目前所應用的灌注設備，是一種大規模應用的較好辦法。此種方法在抗壓強度在25-30MPa的范圍內，其成本在我國要比普通混凝土的成本要多0.5-1倍，在國外大約為1.5-2倍。

除以上所述之外，水下混凝土的施工方法還有預填集料灌漿法及水下瀝青混凝土等等，這里就對其進行詳述。

2 混凝土水下施工設計

在上述所討論的各種水下混凝土的施工方法中，最為常用的就是導管法以及改進方法。這種方法由于能夠確保結構的整體性和強度要求，可以應用在規模較大、進行連續施工的水下工程中。在施工過程中，除了實踐經驗和操作的熟練程度以外，導管的布置、灌注程序以及混凝土的流動控制等都是影響導管施工質量的重要因素。很多實踐可以證明，混凝土的強度隨著其與導管的距離的加大而降低，因此，導管的間距要在合理的范圍之內控制到最小為宜。

水下混凝土施工的關鍵就是利用相應的設備將水體與混凝土相隔離，或者單純的依靠混凝土自身的黏度來抵御與水體接觸所發生的沖蝕和離析作用。在不同的環境可采取不同的方式進行施工，例如，在流動較強的水域或者較深的水環境條件下進行施工時，應加強對增稠劑的應用來提高混凝土的整體質量，即采用機械隔水法和化學隔水法相結合的方式來提高灌注過程中以及灌注后的混凝土抗水性能。這種以兩種或者多種方式來提高水下混凝土質量的措施已經成為當前水下混凝土施工的發展方向。

不同的施工方法都有其自身的優勢和不足，此外，各種施工方法都有著自身的適用范圍。在方案的設計時，要依據工程的具體要求，分別從成本控制、施工條件、現場以及水下環境等方面進行綜合的技術經濟評價。水下混凝土工程的成敗，不僅設計理論對其有著直接的影響，而且在很大的程度上式取決于施工的實踐經驗與施工態度上，因此，必須加強對施工管理工作的重視程度。

3 結語

除了以上所述有關施工方法的設計與施工措施之外，還要增和考慮水下灌注混凝土的配合比，原材料的選擇，在高寒地區還要考慮防凍措施等，由于篇幅所限，這里就不再一一進行贅述。最重要的是要加強施工管理的工作來提高整個工程的質量。

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作者介紹：王暉（1975.07-），男（漢族），陜西洛川人，延安市聯昌建筑工程有限責任公司建筑工程工程師，主要從事建筑工程施工管理及技術。