水下大體積混凝土施工技術

常乃波

山東中宏路橋建設有限公司 山東煙臺 264000

本公司中標承建的江南某大橋，全長663.00m，主橋橫跨恒水河，跨度105m。主墩采用V形墩身。兩個承臺平面尺寸為20.2×14.2m,厚3.5m。每個承臺的混凝土工程量為1004m3。兩個承臺均位于水面之下，屬于“水下大體積混凝土”施工。施工的關鍵是圍堰施工、混凝土養護及裂縫控制。

1 關于大體積混凝土裂縫

大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫，一方面是由于混凝土內部因素引起，即由于內外溫差而產生的。另一方面是由于混凝土的外部因素引起，即結構的外部約束和混凝土各質點間的約束，阻止混凝土收縮變形，當溫度應力超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫[1]。產生裂縫的具體原因為：

1.1 水泥水化熱

大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，熱量聚集在結構內部不易散失，使混凝土內外溫差增大。

1.2 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度會受外界氣溫變化影響。特別是氣溫驟降，會大大增加內外層混凝土溫差。

1.3 混凝土的收縮

混凝土中多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮。

2 主要施工技術方法

2.1 筑島圍堰明挖法施工

采用筑島圍堰明挖法施工，其施工要點如下：

（1）基坑內邊坡為1：0.75，圍堰外邊坡為1：1.75。鉆孔樁完成后，依據開挖放坡的需要，設計好圍堰的尺寸，用粘土填筑，出水后要分層填筑并壓實。臨水坡面用塑料膜覆蓋，以增強止水效果。圍堰頂堆碼兩排砂袋，中間填粘土并壓實，寬度不小于2m。圍堰頂高程達52.5m。基坑內的出土填在島的四周，并加土袋防護。

（2）基坑下挖3.5m深時，在內邊坡打兩排長6m的鋼板樁，樁間用5cm厚的木板進行支擋。

（3）挖到設計深度后，人工清底，進行基底檢查，堵涌和排水，澆筑封底混凝土。堵涌、排水，是封底工序質量控制的關鍵。

（4）精確放線后，在承臺邊緣澆筑厚40cm，高1m～2m的混凝土墻，以阻水和擋土。

（5）鑿除樁頭后，進行樁質量檢測，超聲波檢測，綁扎承臺鋼筋，安裝冷卻管等預埋件，安裝承臺模板。

2.2 大體積混凝土澆筑

根據結構物尺寸和混凝土的供應量等情況，選用全斷面分層澆筑法，其施工要點如下：

（1）每層澆筑布料實施先遠后近原則，布料厚度小于40cm或小于振動棒長的3/4，保證振動棒能插入下層混凝土中振搗。布料厚度與時限要求相適應，混凝土供應量與布料、振搗能力相適應。澆筑施工前進行分析測算。

（2）用移動布料法，避免混凝土離析和拌合物成堆而轉堆困難。

（3）布料口垂直向下，規范振搗，切勿觸動鋼筋和冷卻管等預埋件。

（4）上一層應在下一層混凝土凝結前澆筑完畢。當氣溫低于250C時，其時限為210分鐘，當氣溫高于250C時，其時限為180分鐘。

（5）混凝土上表面澆筑完成后進行二次以上的抹面，以清除裂縫。

（6）因水量較大，且施工時正處于洪水期，水位變化較大，在填土圍堰后，在基坑內增設混凝土圍堰。施工程序為：①先澆筑四周封底混凝土，有漏滲水的位置用PVC管引流；②澆筑下部混凝土圍堰，預埋出一段鋼筋，作為上部圍堰模板支撐用；③澆筑上部混凝土圍堰；④澆筑完封底混凝土。

開挖到設計標高后，河底為砂石層，出現明顯涌水現象，采用PVC管引流、匯水。涌水較強的地方預埋PVC管，封底混凝土下預留砂卵石盲溝匯水，然后將小型水泵埋入PVC管內，不間斷抽水，確保澆筑承臺混凝土時，無明顯水量影響承臺混凝土質量[2]。

3 主要施工控制方法

3.1 大體積混凝土的原材料控制

①選用熱膨脹系數較低的粗骨料，5mm-31.5mm碎石，連續級配，細骨料選用空隙率較小，細度模數2.8-3.1的天然河砂。②外加劑采用緩凝劑、減水劑；摻合料采用本市II級粉煤灰。③在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。④水泥選用水化熱低、凝結時間長的水泥，優先采用中熱硅酸鹽水泥。⑤混凝土配合比為：水泥:細骨料:粗骨料:水:泵送劑:II級粉煤灰==1:2.40:3.45:0.48:0.02:0.27。坍落度為12cm-16cm。

3.2 大體積混凝土的溫度調控

①內降：指利用預埋的冷卻水管，循環通水，降低混凝土內部的溫度，以避免混凝土內外溫差過大而產生裂縫。冷卻管采用ф50鋼管，水平間距為1.0m，按迂回式線路布設。上下共四層，層間距為0.8m。四層共用一個總進水管。進水管用ф200鋼管，與供水泵相連接。出水口各層分開布設，以便量測各層管的出水溫度。以承臺結構平面的軸線交叉點為中心，均勻布設ф50的豎向測溫鋼管11根，每根長為4.5m，其間距為2.5m和3m。澆筑混凝土前，對冷卻水管進行試通水，確保水流暢通，無滲漏。自混凝土入模12h開始測溫，跟蹤觀測10天～11天。同時做好大氣溫度測量。當測溫管測得的溫度與當時的氣溫差超過25℃時，就應及時加大冷卻水流量，以防止混凝土由于內外溫差較大而產生裂縫。在通水過程中，經常檢測進出口水溫，如溫差較大，說明冷卻效果不理想，應加大流量。②外蓄：指利用保溫材料覆蓋于混凝土的表面和四周以保溫，減少混凝土的內外溫差。氣溫在15℃以上，結構物表面可用草袋等層狀材料覆蓋，也可用濕砂、鋸末等散狀材料覆蓋，也可在混凝土頂面邊緣筑埂，灌注3cm-5cm深的水來保溫。結構物四周，在模板外再覆掛層狀保溫材料。

3.3 大體積砼溫度調控試驗數據采集

承臺設置測溫孔，由試驗室組織人員進行測溫記錄，南岸承臺5月17日凌晨3:00澆筑完畢，共持續測溫11天；北岸承臺5月27日早上7:30澆筑完畢，共持續測溫10天，到最后穩定在28度時結束。

在混凝土澆筑完成12h以內進行覆蓋和養護。澆水的次數以保證覆蓋物經常濕潤為準。澆水時間，在常溫條件下，不小于7d，本項目進行水中承臺施工時，正處于高溫季節，澆水頻率較大[3]。

4 結語

①水下大體積混凝土承臺，采用筑島圍堰明挖法施工，較采用套箱圍堰下沉，水下封底法施工，具有明顯的經濟性和節省工時。②南北兩岸主墩承臺分別經過10多天的溫度調控和精心養護，外觀質量良好，未發現有明顯的裂縫現象，證實了這套冷卻措施行之有效，可較好地保證工程質量。