熱帶海洋地區侵蝕環境雅萬高鐵水下樁混凝土施工技術

劉曉鈺，袁文韜，蘭聰，張遠

（中建西部建設西南有限公司，四川 成都 610052）

0 引言

雅加達至萬隆高速鐵路（雅萬高鐵）是連接印尼首都雅加達和西爪哇省省會萬隆的新建高速鐵路[1]。雅萬高鐵是中國高鐵真正意義上的海外第一單，因為其將全面采用中國技術、裝備和標準，但中國缺乏相應的海外建設運營高鐵經驗，處理突變因素經驗存在部分不足[2]；同時由于雅萬高鐵地處印尼熱帶海洋地區，其氣候環境影響因素與國內大不相同，對混凝土性能提出了新的挑戰。該項目全線段橋梁頗多，其大部分混凝土為水下混凝土[3]，橋梁單樁混凝土用量最高為 120m3，全線水下樁數量巨大，為該工程建設的重中之重。通過對項目考察調研，結合印度尼西亞當地交通運輸狀況、地理環境特點和原材料特點，本項目水下樁混凝土施工主要存在以下技術難點：

（1）受整個行業落后的生產工藝影響，碎石技術指標較難達到要求，保質保量組織碎石難度較大。

（2）印尼地區白天日照強烈，罐車運輸過程中混凝土坍落度損失較快且溫升明顯，為保證混凝土入模溫度低于 30℃，應嚴格控制混凝土出機溫度。

（3）由于該地區對混凝土抗硫酸鹽滲透性能有極大要求，對混凝土含氣量[4,5]控制有明確要求，混凝土最高含氣量達 4.0% 以上，而混凝土在運輸過程中含氣量易發生變化。

（4）印尼雅萬高鐵地處雅芝高速沿線，高速為混凝土運輸主要路線，且經常堵車，同時備用路線較窄，罐車通行緩慢，因此混凝土應具有較小的坍落度損失。

總而言之，混凝土水化溫升控制[6]和坍落度經時損失控制是該項目的重點和難點，過程中應嚴格控制混凝土配合比中的水化反應放熱，同時保障生產運輸過程中的降溫保坍和穩泡。

1 施工準備

1.1 原材料選擇及技術指標

為保障水下樁混凝土良好的施工和質量，結合印尼當地原材料特點，經過長期調研及篩選，選擇優質原材料進行配合比設計；為延緩水泥水化放熱速率[7]，控制混凝土凝結時間，外加劑選擇緩凝型高性能聚羧酸減水劑，從而保證混凝土低坍損的性能要求。各原材料主要性能指標如下：

（1）水泥：選用 Garuda OPC 水泥，表觀密度為3.1g/cm3，標稠用水量 28.0%，比表面積 340m2/kg，初凝時間 158min，終凝時間 250min，28d 抗壓強度55.3MPa，安定性合格。

（2）粉煤灰：采用 Suralaya 電廠Ⅱ級 F 類粉煤灰，細度 12.6%，需水比 93%，燒失量 1.4%，游離CaO 含量 0.2%。

（3）砂：采用天然 Kalimantan 河砂，質地均勻堅固、細度適中、非活性的中粗河砂。細度模數 2.4，含泥量 0.1%，表觀密度 2680kg/m3。

（4）碎石：選用 Jonggol 5～16mm、16～31.5mm兩級配巖碎石，含泥量 0.1%，壓碎值 4.0%，針片狀含量 1%，吸水率 1.0%。

（5）減水劑：采用 ZJ-1 緩凝型高性能聚羧酸減水劑，減水率 28%，收縮率比 99%，7d 抗壓強度比155%，28d 抗壓強度比 163%。

（6）水：當地自來水，氯化物含量 113mg/L，堿含量 145mg/L，硫酸鹽含量 178mg/L。

（7）引氣劑：采用 ZJ-2 穩泡型引氣劑。

1.2 技術要求

項目混凝土設計使用壽命 100 年，強度等級 C40 水下，強度抽樣合格率 100%，齡期強度按 56d 設計。混凝土 3h 擴展度 500～600mm，坍落度 180～220mm，無離析泌水現象。各項性能指標要求見表 1。

表 1 水下樁混凝土性能要求

1.3 配合比設計

根據 TBT 3275—2011《鐵路混凝土》和 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》進行配合比設計，要求膠凝材料用量大于 350kg/m3，配制強度 fcu.o≥1.15fcu.k+1.645σ，標準差取 5.0MPa；選用優質Ⅱ級粉煤灰，摻量不低于 30%，有效改善混凝土的工作性能，降低混凝土水化熱，并保障混凝土在不同環境類別的耐久性。

具體配合比設計流程見圖 1。

通過正交試驗，對比研究混凝土工作性能和抗壓強度，在滿足工作性能和強度的基礎上，對不同配合比混凝土進行抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕以及氣泡間距系數檢測等相關耐久性試驗，經過大量試配驗證，最終確C40 水下樁混凝土配比見表 2。

表 2 C40 水下樁混凝土配合比 kg/m3

通過對上述兩種配合比工作性能、力學性能和耐久性能進行測試，其各項指標均符合水下樁混凝土性能要求，其具體性能指標如表 3、表 4 所示。

圖 1 配合比設計流程圖

表 3 C40 水下樁混凝土工作性能和力學性能

表 4 C40 水下樁混凝土耐久性能指標

為保證生產混凝土工作性能滿足施工要求，必須確保上表配合比中試混凝土 3h 坍落度損失在 20mm 以內，生產過程中必須嚴格按照實驗室配合比材料要求一一對應上料生產。且若該配合比生產間斷 3 天以上，則必須中試合格后方可進行生產應用。

2 水下樁混凝土生產

2.1 生產前組織工作

2.1.1 原材料的組織

混凝土預拌廠雖緊靠高速路入口，但由于原材料運距遠，且道路交通壓力大，經常堵車，而印尼原材料單車運能較小（30m3/車），大方量混凝土生產下原材料保供壓力非常大。其中河砂全部來自外島，每船到廠周期約半個月，若逢雨季，海運受到很大影響，河砂無法按時到位；碎石運距 60～80km，單趟運時 10～14h，連續供應能力差。為保證混凝土及時供應，預拌廠應做好以下幾點：

（1）平時做好原材料儲備，規范堆碼原材料，并對材料使用進行交底，保證料倉倉滿度達 90% 以上。

（2）與材料商進行協商，保證材料供應，旱季時，材料及時運進，自尋堆場儲存為雨季備料。

（3）Kalimantan 砂除料倉儲備外，堆場儲備量必須保證雅萬高鐵項目半個月以上的生產量。

（4）及時了解項目施工進度，并根據項目施工計劃提前做好材料進貨。

（5）尋找材料合格的備用供應商，從而解決突發的原材料空缺問題。

2.1.2 原材料進場檢驗流程及過程控制

原材料進場檢測流程見圖 2。

每批次原材料進場時進行初檢，初檢合格后存放于預拌廠待檢倉，待所有指標檢測合格后轉至已檢倉用于生產。初檢不合格的原材料立即組織退貨。針對雅萬高鐵水下樁混凝土原材料質量要求，預拌廠根據標準制定本項目專用材料驗收質量控制標準，以確保本項目原材料質量符合工程指標要求。

2.1.2.1 水泥

（1）全檢：任何新選貨源或使用同廠家、同規格水泥達 6 個月的水泥需要對 15 項檢驗項目進行全面檢驗。

（2）水泥全檢的取樣方法按照 GB/T 12573—2008執行，取樣量不少于 12kg。

（3）常檢：使用同廠家、同編號、同生產日期且連續進場的散裝水泥不大于 500t、袋裝水泥不大于 200t作為一個檢驗批次。水泥出廠日期達 3 個月要進行取樣檢驗。取樣量不少于 12kg。

（4）水泥進場后立即進行檢驗，當常規檢驗指標和 3 天抗折強度、抗壓強度達到要求后方準使用。

2.1.2.2 粉煤灰

（1）全檢：對任何新選貨源或使用同廠家、同規格產品達 6 個月時進行全檢，取樣量不少于 12kg。

（2）常檢：不大于 200t 的同廠家、同批號、同出廠日期的粉煤灰作為一個批次進行常驗，取樣量不少于12kg。

2.1.2.3 細集料

（1）全檢：任何新選貨源或連續使用同料源、同品種、同規格產品達 1 年時進行全面檢驗，取樣量不少于 40kg。

（2）常檢：連續進場的同料源、同品種、同規格不大于 600t 或 400m3作為一個驗收批進行抽檢，取樣量不少于 20kg。

2.1.2.4 粗集料

圖 2 原材料進場檢測流程

（1）全檢：任何新選貨源或連續使用同料源、同品種、同規格產品達 1 年時進行全面檢驗，取樣量不少于 60kg。

（2）常檢：連續進場的同料源、同品種、同規格不大于 600t 或 400m3作為一個驗收批進行抽檢，取樣量不少于 40kg。

2.1.2.5 減水劑

（1）全檢：對任何新選貨源或使用同廠家、同品種的減水劑達 6 個月或出廠日期達 6 個月，進行全檢，取樣量不少于 2.5kg。

（2）常檢：不大于 50t，同廠家、同品種、同批號的減水劑作為一個批次進行常檢，取樣量不少于2.5kg。

2.1.2.6 機械設備運輸罐車準備

確保可動用攪拌車數量和攪拌機實際產能，保證產能和運能滿足項目澆筑需求。為保障施工順利進行，除正常的設備保養外，應在生產前對設備進行全面、徹底的檢查、維護和保養，確保設備投入使用時正常運轉。

生產任務下達后，核定運輸路線，根據樁基需求量、運距以及交通狀況以單根樁一次性澆筑為前提，確定運輸車輛，運輸車輛一經確定，不得臨時抽調，運輸車輛必須確認全部排除積水后方可進入攪拌樓運輸水下混凝土。在運輸的全過程中強調信息化施工，準確、實時地與施工現場取得聯系，隨時做好樁基補方準備。

2.2 混凝土的生產

混凝土生產系統采用自動計量控制，原材料計量允許偏差須符合 TBT 3275—2011《鐵路混凝土》規定，混凝土生產過程中的質量控制嚴格按下述要求執行：

（1）開盤前 2h，組織質檢員明確當次混凝土澆筑控制要點，并同材料員巡視料倉，檢查骨料中是否有雜物，過程中交底鏟車上料要求，及時安排試驗員檢測骨料含水率，并檢查骨料隔網是否破損，計量設備是否正常以及檢查運輸罐車積水是否排盡等。

（2）開盤時，由技術負責人或試驗室主任組織開盤鑒定，并復核配合比信息，每根樁至少留置 2 組強度檢測試件，每組檢測 7d、28d、56d 強度，每 20000m3留置耐久性檢測試件。前 3 車混凝土，每車檢測混凝土坍落度以及損失，生產穩定后要求對每車混凝土進行取樣觀測。

（3）C40 水下混凝土攪拌時間不少于 120s。

（4）每班次至少抽檢砂、石含水率 3 次以上。明確原材料庫存情況，完成設備計量校核，做好混凝土開盤準備；生產配合比一經確定，未經技術負責人或試驗室主任同意不得進行調整。

2.3 混凝土的運輸

（1）專門抽調混凝土質量意識較強的駕駛員，根據生產需求安排車輛，要求現場車不到齊不澆筑。

（2）裝載混凝土前將車內殘留的其他品種混凝土清洗干凈，并將罐內積水排盡。所有運輸車輛駕駛員必須正確懸掛混凝土標識牌，混凝土運輸過程中，嚴格控制轉速，保持罐車轉速在 3～5r/min。混凝土澆筑前先快轉 1min 再放料。卸料完畢后，不得在卸料口清洗放料斗。

（3）攪拌罐車應做好防雨措施，防止下雨天雨水流入罐車內造成混凝土坍落度過大或離析。

2.4 混凝土的澆筑

2.4.1 新拌混凝土的驗收

混凝土到現場后，預拌廠技術員與項目人員逐車取樣檢測坍落度、擴展度、溫度和含氣量，并記錄。現場混凝土應具有良好的勻質性，入導管前將罐車快轉20s，混凝土坍落度應控制在 180～220mm，質量不合格且不滿足現場調整條件的，不得強行澆筑，如需退回預拌廠，立即通知預拌廠安排備用車輛運輸，在最短時間內抵達現場，確保順利澆注。現場混凝土由項目人員隨機抽 2 車取樣留置 2 組試塊檢測強度，預拌廠技術人員配合成型，成型時確保各試模內粗骨料充足，防止試塊成型不均造成強度波動。

2.4.2 新拌混凝土的澆筑

（1）混凝土澆筑前應確認現場具備灌注條件，灌注前檢查料斗是否合規、隔水栓是否放置、隔網（間距50×50mm）是否放置、吊機是否正常。

（2）水下混凝土施工時先灌入首批封底混凝土，首批混凝土數量要經過計算（按導管距孔底 30cm，一次性將導管埋入 100cm 深計算，1m 直徑灌注樁的首批混凝土數量按不小于 1m3控制），使其有一定的沖擊能量，能把泥漿從導管中排出，并能把導管下口埋入混凝土不小于 1m 深。

（3）在整個灌注過程中，導管在混凝土中埋深以1.5～4m 為宜，既不能小于 1m，也不能大于 6m。施工中指派專人負責測量導管埋置深度及管內外混凝土面的高度差，并及時填寫水下混凝土灌注記錄。利用導管內混凝土的超壓力使混凝土的灌注面逐漸上升，上升速度不得低于 2m/min，混凝土灌注距樁頂約 5m 處時，坍落度控制在 190～200mm，以確保樁頂浮漿不過高，灌注高度應高于設計標高 0.5～1m 左右。

（4）在灌注過程中，當導管內混凝土含有空氣時，后續混凝土宜通過溜槽慢慢地注入漏斗和導管，不得將混凝土整斗從上面傾入漏斗內，以免導管內形成高壓氣囊，沖出管節間的橡膠墊而使導管漏水。

（5）若發生水下樁導管堵塞，應抓緊時間把導管內的混凝土清除，以最快的速度將導管處理好，及時插入已灌注的水下混凝土內，然后將導管中的水和沉淀物用吸泥和抽水的方法吸出。若為重下的新管，必須通過潛水泵將管內的水抽干，方可繼續灌注混凝土。為了防止抽水后導管外的泥水穿透原灌混凝土從導管底口翻入，導管插入混凝土內應有足夠的深度，一般要求大于200cm，由于潛水泵不可能將導管內的水全部抽干，需灌注的混凝土配合比應增加水泥量，提高稠度后灌入導管內，灌入前將導管進行小幅度的抖動或掛振搗器予以振搗片刻，使原混凝土損失的流動性得以彌補，后續灌注的混凝土可恢復正常配合比。

（6）混凝土宜在到達現場 30min 內完成澆筑，混凝土從出站到澆注完畢不宜超過 4h。現場技術及前臺人員應對灌注過程中的一切故障等情況均要如實記錄在案。

3 混凝土質量檢驗

3.1 檢驗方法

采用標準養護和同條件養護試塊的強度代表值來判斷實體強度，即在混凝土澆筑地點制備通過標準養護和與結構實體混凝土養護條件相同的試塊，通過確定試塊的強度代表值來評定結構實體的強度。

3.2 試塊留置原則

對水下樁混凝土各強度等級，均應留置標準養護試件、同條件養護試件，留置試件頻次為每根樁至少 1組，每 100 方混凝土至少 1 組。

56d 電通量、56d 氯離子擴散系數（氯鹽環境）、56d 抗硫酸鹽結晶破壞等級（鹽類結晶破壞環境）檢測項，同標段、同施工工藝、同配合比混凝土至少取樣檢驗一次，每 20000m3混凝土至少取樣檢驗一次。

3.3 留置方式

同條件養護試件與標準養護試件制作時，需經監理單位現場見證取樣制作，設專職人員進行日溫度的登記，日平均溫度統一現場實測為依據，參照當地氣象部門公布的氣溫。待同條件養護試件達到等效養護齡期時進行強度試驗。留置方式如圖 3 所示。

圖 3 同條件養護試件留置箱示意圖

3.4 結構實體強度確定

依據 TB 10424—2003《鐵路混凝土與砌體工程施工質量驗收規范》、TB 10426—2004《鐵路工程混凝土強度檢測規范》的規定。

（1）標準養護檢查試件強度應按現行行業標準 TB 10425—2019《鐵路混凝土強度檢驗評定標準》的規定檢驗評定，結果必須符合設計強度等級的 1.15 倍。

（2）當設計要求鉆芯取樣時，鉆芯取樣試件的平均強度不應低于設計強度標準值。

4 結語

該項目水下樁混凝土施工成功地克服了當地水泥水化放熱快、氣溫高、交通不暢等不利環境因素和原材料特點，通過優化混凝土配合比，使用大摻量粉煤灰和緩凝型高性能聚羧酸減水劑，實時監控混凝土各項性能指標控制措施，保證了水下樁混凝土質量。過程中主要控制手段如下：

（1）深入了解該項目施工過程中氣溫高、交通不順暢、水下樁基連續施工等技術難點，明確對混凝土生產、運輸、澆筑及性能的要求。

（2）根據混凝土要求優選合適的原材料，并加強原材料保供→進場快檢→暫存→全檢→合格→儲存過程控制，同時加大原材料檢測頻次，減少因原材料變化造成的混凝土質量波動。

（3）根據原材料各項指標以及相關標準進行配合比設計，并對配合比進行反復驗證和調整，中試合格后方可進行生產，整個過程中均由項目監理參與監督；同時縮短生產配合比的驗證周期，驗證不合格時及時進行調整，避免材料、氣溫、計量設備等其他因素對混凝土質量造成影響。

（4）混凝土生產前對料倉進行巡視，檢查料倉材料質量情況，并對鏟車司機進行交底上料情況，合理安排罐車數量，交底罐車司機反轉罐車進行排水，并提前安排前臺和技術人員前往現場，反饋現場準備情況。

（5）生產開始后，安排技術人員對前幾車取樣進行坍落度、倒坍測試，若與設計值相差較大時應及時調整，調整后繼續取樣測試，待混凝土穩定后每車進行取樣觀察，按批次留置強度及耐久性檢測試塊，并將信息及時反饋給試驗室主任和技術總工。

（6）現場技術人員應及時觀察到場混凝土狀態，配合項目人員對混凝土進行性能檢測及留樣措施，對于不滿足澆筑條件的混凝土進行及時調整或退回站內調整，并及時通知站內人員補發混凝土，以保證澆筑過程的連續性；當澆筑過程發生突發情況時應在最短時間內解決，盡快恢復澆筑。

（7）該項目通過對成型試塊采用同條件養護與標準養護來判斷實體強度，并加強混凝土耐久性方面檢測。

經過半年多施工，該項目 C40 水下樁混凝土澆筑順利，施工監測過程中，并未發現坍落度小、含氣量不合格、混凝土入模溫度較高、抗壓強度不合格以及耐久性能不滿足要求等現象，為后期大批量水下樁澆筑提供了寶貴的經驗。