大型渠道襯砌板水下不分散混凝土施工技術

寧亞濤，武媛媛

（中國南水北調集團中線公司河南分公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

南水北調中線工程是國家重大水利基礎設施，自2014 年12月12日通水以來，已成為沿線城市生活、生產供水的新生命線，水下襯砌板不停水修復施工是一項急需解決的技術難題，因此特別需要準確掌握水下不分散混凝土的施工技術。

1 工程概況

①修復段工況。修復段位于南水北調中線干線工程某轄區，此段為弱膨脹挖方區段，原渠道垂直渠坡1.40 m厚的土層采取換填土，此地于2021年7月18日至23日遭受強降雨后，地下水水位升高，土體出現過飽和，膨脹土液化變軟，土體失去支撐，造成原設計樁號Ⅳ193+791～Ⅳ193+863段左岸長72 m嚴重受損，襯砌板出現垮塌現象。②渠道水流情況。修復段渠道渠底寬18.50 m，設計水深7 m，現渠道實際水深7.30 m，流速1.10 m/min，流量250 m3/s。③施工方案及主要工程量。此次修復將破損垮塌的襯砌板拆除，將襯砌板下液化軟弱的土體刮除至堅硬密實土層，然后用不分散混凝土填充至與原渠道坡面齊平。經過水下摸排，此次需修復襯砌塊89塊，水下不分散混凝土工程量大約790 m3，模板支立1 284 m2，瀝青木板伸縮縫134 m2，含氯丁橡膠棒108.30 m，SR柔性填料108.30 m。

2 施工技術參數及工藝流程

2.1 技術參數

此渠段水下不分散混凝土施工段長72 m，設計厚度0.50 m，實際澆筑厚度根據開挖情況確定，不分散混凝土橫向每間隔4 m設置一道2 cm 寬的伸縮縫，縫內分水上、水下填塞不同材料，水下為2 cm 厚瀝青木板，水上為閉孔泡沫板，閉孔泡沫板頂2 cm灌注聚硫密封膠，縱向不設置分縫，新澆筑混凝土與舊的襯砌板之間的分縫，下面8 cm高粘貼2 cm厚閉孔泡沫板，上面2 cm高填塞氯丁橡膠棒和SR柔性填料。

2.2 施工工藝流程

水下不分散混凝土施工工作內容包括：模板及軌道加工、軌道安裝、瀝青木板安裝固定、模板固定、混凝土分層澆筑、層間插筋、混凝土固化、模板上滑。施工工藝流程見圖1。

圖1 不分散混凝土澆筑施工工藝流程圖

3 施工技術方法

3.1 混凝土澆筑分層

混凝土澆筑根據護坡分縫跳倉進行，每倉面寬度為一澆筑塊寬度。根據技術要求，澆筑分層按每層混凝土成型后坡面長度1.40 m控制，具體分層情況見圖2。

圖2 混凝土澆筑分層圖

3.2 軌道加工及安裝

由于襯砌板的塌陷，現狀一級馬道臨水側在襯砌板吊移后發現有三處瀝青路面基礎已塌陷掏空，掏空深度60 cm，為了人員和設備的安全，同時為了模板軌道安裝有固定的基礎，在一級馬道鄰水側將掏空部位瀝青混凝土路面進行切割，將基礎松散的土體進行清理，直到出現堅硬密實的基礎，然后用混凝土將拆除部位回填至與瀝青混凝土基礎面齊平，同時沿渠頂澆筑一道混凝土擋土墻，擋土墻與回填的路基混凝土同時澆筑，混凝土標號采用C25，擋墻外側頂高程低于渠坡頂30 cm，內側頂高程低于渠坡頂50 cm，混凝土擋墻沿渠道每4 m 設置一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內填塞閉孔泡沫板，分縫位置與原渠道分縫位置保持一致，混凝土擋墻頂面間隔4 m預埋一塊7.50 mm厚鋼板，以便將來固定模板軌道。

滑軌采用10#槽鋼，滑軌長度根據現場坡面長度確定，滑軌最低端焊接一段15 cm 長的短槽鋼，用以控制模板底邊位置，上端與混凝土擋墻埋件連接，滑軌分段加工，水下拼裝，為了滿足滑軌剛度要求，同時出于固定瀝青木板需要，每側軌道都有上、下兩條10#槽鋼，兩條槽鋼之間用Ф25 鋼筋焊接，鋼筋間距1 m，另做50套50 cm高支腳，支腳的腿采用Ф25鋼筋，腳采用10#槽鋼，槽鋼長度均50 cm，如果斷面超挖，根據超挖深度，在相應位置焊接支腳來調節軌道高度，以確保軌道的滑行面滿足坡面高程控制要求，倉內兩側軌道用對拉螺栓調節軌道間距，確保澆筑過程中軌道不會在混凝土的側壓力作用下，偏離設計位置，對拉螺栓間距沿軌道方向每隔0.70 m設置一根，螺栓倉內長3.98 m，用Ф10鋼筋，兩端分別焊接一個長10 cm的螺栓，軌道上對應位置打Ф12 mm 小孔，螺栓穿過小孔用螺母固定，混凝土澆筑完成后，將螺母拆下，軌道吊移，用液壓鉗將外露螺栓剪斷。

軌道每6 m一段，水上將每段軌道焊接好，25 t吊車吊裝入水，潛水員水下調整至軌道安裝位置，就位后，由潛水員將兩段軌道拼裝在一起。軌道拼裝采用40 cm 長8 cm 寬7.50 mm 厚的鋼板條，鋼板條上打四個Ф12小圓孔，軌道上相應位置同樣打孔，兩段軌道用鋼板條，通過螺栓連接成整體。每個澆筑塊坡面方向設置6 根對拉螺栓，垂直坡面方向設置上下兩層，每塊共計設置對拉螺栓12根。

3.3 模板安裝

模板安裝采用吊車吊裝入水，水下潛水員引導模板放到指定位置，確保軌道卡在模板兩側短槽鋼形成的卡槽內。模板就位后，下放牽引鋼絲繩，潛水員將鋼絲繩固定在模板的上側吊環，鋼絲繩上端連接倒鏈，倒鏈上拉模板至下邊線與老混凝土面銜接，模板即安裝完成。

3.4 水下不分散混凝土澆筑

水下不分散混凝土采用商混站集中拌制，澆筑施工前到商混站對原材料進行取樣送檢，滿足要求即可委托試驗室進行配比設計，試驗室選用河南某某工程檢測咨詢有限公司，配合比設計完成要報監理審批，監理審批后的配合比要嚴格執行，不得隨意加、減材料用量，絮凝劑作為混凝土水下抗分散劑，其質量必須符合相關規范的嚴格規定，由施工單位采購，提供商混站，按照配比用量進行摻加。

3.4.1 水下不分散混凝土攪拌

水下不分散混凝土的既定質量要求準確計量各種材料并充分攪拌。根據項目工程的規模、工程量、水下不分散混凝土的攪拌時間來選擇攪拌設備，一般應采用強制式攪拌機并控制攪拌時間2-3 min。需要提醒一點，不分散混凝土攪拌過程中剛加完水時很粘稠，但經過充分攪拌后混凝土拌合物逐漸由粘稠變稀，最終達到所需要的流動性。此項目采用混凝土配合比依據設計要求通過試驗確定并報監理單位批準后使用，其試驗方法按SL677-2014有關規定執行。通過試驗性拌和料來檢驗由試驗室出具的混凝土配合比拌制的混凝土和易性、坍落度等指標的符合度，并設計最佳拌和時間和投料順序。施工配合比的調整：現場配置專職人員負責進行混凝土原材的日常檢測、混凝土進行出機口和入倉前的常規檢測，出現偏差及時上報質檢處進行配比的微調整。現場拌制混凝土人員嚴格按經由監理單位批準的試驗室提供的配料單配料。

3.4.2 水下不分散混凝土運輸

水平運輸水下不分散混凝土宜于采用混凝土攪拌運輸車運送至施工現場，再由混凝土泵輸送至澆筑倉面。運輸技術滿足以下要求：明確混凝土運輸、卸料完畢的允許時間，超過允許最長運輸時間的混凝土不得使用。混凝土運罐車每班裝運之前，都要將車罐清洗干凈，保持罐內濕潤但不能存水。混凝土攪拌運輸車在裝、運、卸過程中不得加水。經常對混凝土運輸車輛進行維護保養，保證混凝土運輸車輛的狀態優良，能及時將混凝土運至施工現場。線路布置合理，道路平整通暢，確保混凝土運輸順利。

混凝土運輸采用攪拌車，盡量減少運輸時間，不得中途倒運，運到施工現場的混凝土要及時入倉。運輸過程中因停歇過久而出現混凝土初凝，或造成混凝土塑性降低導致無法振搗，或因混凝土被雨水淋濕嚴重或混凝土失水過多，或因混凝土遭受冰凍而含有凍塊等情況，均按不合格料處理。

3.4.3 澆筑前準備

水下不分散混凝土澆筑之前準備工作主要包括混凝土運輸、澆筑機具的類型、配套機具及其布置能滿足預先制定的澆筑計劃，并嚴格要求鋼筋、模板等現場作業符合設計規定。水下不分散混凝土澆筑準備工作著重做好三項內容：①嚴格檢查水下不分散混凝土的運輸及澆筑機具性能，防止出現故障，最好預留備用機具及動力。②現場認真及時核對已經布置好的鋼筋或鋼骨架位置符合設計圖紙標準，確保澆筑時不發生位移。③嚴格檢查組裝模板符合設計尺寸，模板的搭接接縫處是否會跑漿。

3.4.4 混凝土澆筑

采用泵壓法澆灌方法。澆筑前對模板安裝質量進行檢驗，并且用噸包袋內裝碎石袋對安裝號的模板進行壓重，對可能存在隱患的部位認真整改并進行復驗，合格后方可進行后續施工。模板驗收合格后，在澆筑前使用空壓機連接分管進行清倉，保證澆筑質量。分倉面界面處理：每倉澆筑初凝前，布設φ12 螺紋插筋長度30 cm，深入澆筑的混凝土內15 cm，角度與坡面保持一致，插筋間距30 cm。每倉澆筑前，應檢查倉面是否有淤泥和沉淀物，若有采用水下吸污機對倉面進行清理，避免淤泥和雜物沉積在倉內。埋設的導管底部與澆筑單元底部距離不超過30 cm，澆筑過程中導管埋入混凝土且應對稱澆筑均勻，不得在同一導管位置澆筑過多混凝土，避免應力集中造成跑模、脹模等現象；澆筑過程中隨時觀測混凝土上升情況，保證澆筑質量。澆筑過程中潛水員進行水下混凝土面測量，重點檢查模板接縫位置，組合模板連接處，保證每倉澆筑高度與澆筑質量；發現問題時需停止澆筑，采取措施進行處理。澆筑后及時清理現場，清洗導管。澆筑過程中嚴格控制混凝土上升速度，嚴格按澆筑分層高度進行澆筑。澆筑混凝土終凝并具有一定強度后，方可上滑模板，準備下一倉面混凝土澆筑。澆筑完的水下混凝土表面平整度控制在2 cm/2 m以內。

4 混凝土澆筑缺陷修復

水下混凝土澆筑完畢并拆除模板后，有時澆筑的混凝土表面會存在缺陷，主要缺陷為局部部位的混凝土未填充密實。這可以通過潛水員排查來檢查。對于發現的澆筑缺陷，應結合水下不分散混凝土的澆筑經驗，及時采取措施對缺陷進行修復，修復施工流程如下：對澆筑缺陷處進行鑿毛處理并露出新鮮混凝土面。對露出的新鮮混凝土面進行鉆孔植筋工作，鉆孔深度20 cm、間距20 cm、混凝土保護層厚度5 cm。上述工序完成后進行水下檢查，滿足要求后方可進行后續施工。在澆筑缺陷處模板安裝之前將浮泥沖洗干凈，然后立即開始模板安裝與固定。澆筑過程中使用風鎬敲擊模板進行振搗，保障缺陷部位修復混凝土填充密實。混凝土終凝后拆除模板檢查修復質量，對仍存在缺陷部位按照上述施工流程再次進行修復，直至全部缺陷部位修復滿足施工質量要求。

5 結語

總而言之，水利工程的建設運行管理對社會的發展來說有著十分重要的影響，其中水下不分散混凝土的施工技術對提高水利工程運行管理水平有著緊密的聯系，所以，水下不分散混凝土的施工技術對類似工程施工提供了技術參考，具有較好的社會效益和經濟效益。