水下混凝土澆筑施工組織技術研究

徐 瑛 黃 杰

［1.重慶航運建設發展(集團)有限公司 重慶 401121；2.重慶交通旅游投資集團有限公司 重慶 400021］

水下灌注混凝土，是一項通過混凝土泵壓導管，依靠混凝土自重進行水下灌注的施工技術。因混凝土與水的比重差異，混凝土從管子底端緩慢流出向四周擴大分布時，不易被周圍的水流所擾動，在一定程度上保證了施工質量。這一現已廣泛應用在大壩、水電站、水閘、泵張、大橋、碼頭、防波堤、海洋構筑物、河底隧洞、廠房基礎、渠道襯砌等工程上。混凝土工程直接在水下施工，在一定條件下省去了圍堰工程，在縮短工期、減少成本方面有獨特的優勢。但水下混凝土澆筑也存在局限性。由于倉面位于水下，水上無法直接見到澆筑情況，必須由潛水員下到水底或通過監控設備控制施工進度和質量。立模工作也要由潛水員在水下進行，工程條件施工比陸地上困難許多。由于水的流動性模板不易固定，澆筑在水下的混凝土其中水泥砂漿易被水流帶走，導致骨料離析，從而影響施工質量。并且水下振搗混凝土幾乎是不可能的，全靠混凝土自重來壓實，因此結構的強度和耐久性需要通過設計施工環節加以控制。本文以重慶某河道整治工程中的護岸工程為例，分析水下大體積混凝土連續澆筑的工程技術特點。

一、工程概況

護岸工程的護腳為水下混凝土擋墻結構，總長1175m，擋墻頂標高為+203.2m，施工水位+202.0m，設計混凝土強度等級為C20，混凝土方量共計46183m3。設計擋墻分段長度為10～15m，寬度2.5～5m，高度3～10m，混凝土最大澆筑方量為500m3，擋墻尺寸統計表見表1。水文計算參數選取與工程所在地相距不遠，氣候條件等情況相似的羅渡溪水文站為設計主要參證站。本次工程所在航道整治區內的巖土層有淤泥混砂、卵石土和泥巖。卵石土：卵礫石粒徑1.5～11cm，卵石含量60%～85%，砂土充填稍密～很密，揭露厚度0～4.60m。本工程位于山區河流流域，洪水頻繁，水位暴漲暴跌。渠江干流和主要支流的洪水一旦相遇，即造成中下游特大洪水。

7.05 1 5.7 4 10 2 6 3 15 1 6.2 4 10 5 15 2 6.7 4 10 17 11.9 1 7 4 10 1 4.7 10 1 5 8.1 1 10 11 9 4.7 10 1 8 5 1 8.96 1 11.04 1 10 59 10 5

二、技術參數設計

（一）基槽開挖

護岸工程的基槽開挖最大深度為13m，土質以砂卵石土為主，開挖深度為3～10m左右的基槽，按照設計要求開挖至中風化巖層，開挖土質主要以強風化泥巖或砂巖為主。主要設備為鏟斗挖泥船（18×12×2.0m）配備PC460LC型反鏟挖機一臺（鏟斗挖掘力28.3t），不同區段配置不同型號鏟斗，采用雙樁定位進行開挖施工，詳見表2。

表2 不同區段施工設備配置表

（二）混凝土供應

設計擋墻最大截面尺寸為10×5m，澆筑速度為1m/h，混凝土需求量為50m3/h，配備1臺HZS180拌合站，混凝土供應速度為60m3/h，同時配備4輛8m3罐車同時進行供應，保證首罐混凝土連續澆筑完成；混凝土拌和采用一臺HZS180攪拌站生產，每盤混凝土拌和時間約為2.5～3.0min，生產能力約為60m3/h，混凝土供應能力能夠滿足施工需要；混凝土運輸配備4輛8m3混凝土罐車，混凝土攪拌時間約6min，運輸距離按1km計算，運輸時間約為4～5min，混凝土澆筑時間約為6min，每趟運輸時間為16min，故混凝土運輸能力為96m3/h，混凝土運輸能力能夠滿足施工需要。

（三）擋墻模板設計

由于擋墻尺寸隨擋墻高程變化，每段擋墻長度、高度、寬度都不完全相同。為減少模板浪費，方便模板轉移和拼裝，增強模板的通用性，但同時必須保證模板的整體性滿足要求，因此模板采用拼裝無底箱型鋼模施工工藝。對于部分高度和寬度變化較大的模板，采用分段拼裝的方式進行組合。高度為10m模板通過1塊6.8m高和1塊3.2m高的模板組裝，分別用于高度6.8m以下的擋墻和高度在6.8～10m的擋墻施工。5m模板寬度由2.0+1.0+2.0m寬度組裝而成，可用于澆筑寬度4m和5m擋墻。當澆筑4m寬擋墻時，可由左右兩側的兩塊2m寬模板組裝而成。組合模板根據擋墻尺寸組合進行拼裝，設計組合模板連接處用M18螺栓加固，螺栓間距40cm，擋墻在高度和長度方向可拼裝加高，隨擋墻尺寸靈活調整。

三、施工作業

本護岸工程為水下混凝土澆筑工程，因此以水下模板安裝和水下混凝土澆筑為主要介紹內容。

（一）模板安裝

由于擋墻尺寸隨擋墻高程變化，每段擋墻長度、高度、寬度都不完全相同。為減少模板浪費，方便模板轉移和拼裝，增強模板的通用性，但同時必須保證模板的整體性滿足要求，因此模板采用拼裝無底箱型鋼模施工工藝。對于部分高度和寬度變化較大的模板，采用分段拼裝的方式進行組合。5m模板寬度由2.0+1.0+2.0m寬度組裝而成，可用于澆筑寬度4m和5m擋墻。組合模板根據擋墻尺寸組合進行拼裝，設計組合模板連接處焊接雙槽鋼，用M18螺栓加固，螺栓間距40cm，接縫處安裝橡膠止漿條，保證模板拼縫處不漏漿，擋墻在高度和長度方向可拼裝加高，隨擋墻尺寸靈活調整。

圖1 5m模板組裝示意圖

圖2 10m間隔段模板組裝示意圖

（二）混凝土澆筑

進行首罐混凝土澆筑前，對導管距離基槽底距離進行核算。可測量導管安裝總長和導管距離模板頂面高度計算導管深度，導管底距離基槽底約為15cm，澆筑速度控制在1m/h左右，頂層露出水面后混凝土澆筑速度應適當減小，控制在0.5m/h左右。泵車的混凝土泵送速度與澆筑速度相匹配，泵送速度為20m3/h左右，頂層泵送速度控制在10m3/h。當澆筑過程中導管埋深超過1.5m后，即可逐漸緩慢提升導管，基本保持導管提升速度與澆筑速度一致。混凝土面高度達到2.2m以上時，即可拆除第一節1m導管，導管高度達到3.2m時，即可拆除第二節2m導管，以此類推，直至混凝土面露出水面。

（三）模板拆除

水下混凝土擋墻強度達到設計要求后，可進行模板拆除。獨立模板采用整體式吊裝方式，水下模板拆除時，由潛水員將模板四個角處的連接拉桿松開后，依次拆除模板四角的丁字型拉條，然后采用頂托將模板頂層頂松后，將吊架與4片模板連接后，再利用模板上安裝的4臺20t液壓千斤頂將模板向上頂松，利用起重船上的克令吊將模板一次吊出。

間隔段模板拆除采取整體吊裝方式，擋墻達到設計強度后，由潛水員將兩片模板連接拉桿依次進行拆除后，用頂托將模板頂層頂松，然后利用起重船上的克令吊將模板吊出。

四、質量驗收

基槽開挖和模板工程由施工方技術負責人組織進行自檢，自檢合格后申請監理單位進行驗收，驗收合格后方可進行下道工序施工。水下混凝土擋墻施工質量須滿足《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）要求。

主要驗收項目包括：（1）基槽開挖至設計標高時，應對土質進行核對，槽底土質應符合設計要求；（2）基槽開挖的平面位置應滿足設計要求，斷面尺寸不應小于設計規定；基槽開挖允許偏差應符合《水運工程質量檢驗標準》的規定；（3）模板及支撐的材料及結構必須符合施工技術方案和模板設計要求；（4）混凝土所用原材料的質量必須符合現行行業標準《水運工程混凝土施工規范（JTJ 268）》和國家現行有關規定；（5）混凝土配合比設計應符合現行行業標準《水運工程混凝土施工規范（JTJ 268）》和國家現行有關規定；（6）混凝土強度必須滿足設計要求，并符合現行行業標準《水運工程混凝土施工規范（JTJ 268）》和國家現行有關規定。

表3 現澆混凝土模板安裝允許偏差

表4 現澆混凝土擋土墻允許偏差

五、結束語

根據本工程的具體情況（山區河道、峰高浪急、河床覆蓋較厚）采用水下澆筑混凝土在進度上較圍堰旱地施工工期更有保障、更具操作性；在工程造價上也更節約。應該注意的是，采用超大模板時應對其結構尺寸、荷載峰值進行專項設計和驗算；水下混凝土的生產和儲存應嚴格按現場試驗控制配合比和澆筑量。