水下混凝土施工工法.docx

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水下混凝土施工工法

水下混凝土施工工法

完成单位中国葛洲坝集团第二工程有限公司

主要完成人余炳福刘江平陈光国　　

魏义民黄先梁

水下混凝土施工工法

中国葛洲坝集团第二工程有限公司

余炳福刘江平陈光国魏义民黄先梁

1、前言

将拌制的高流态混凝土用工程的手段送入水下预定部位成型和硬化，这一过程称为水下混凝土施工。

这是一种在修建围堰难度较大或不可行的情况下，采用的一种施工方法。

山西天桥水电站是黄河上最后一座险坝，除险加固工程包括新增混凝土建筑物：

新增2孔泄洪闸及4孔排沙底孔，位于原泄洪闸右侧混凝土重力坝段，紧靠原闸，闸宽64.0m。

泄洪闸单孔净宽13.5m，排沙底孔单孔净宽4.5m；新增土坝加高：

原土坝坝顶高程为836.0m，除险加固后的坝顶高程为836.7m，并增加防浪墙、排水孔等项目。

除险加固工程的工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。

工程紧邻老泄水建筑物，地形地质条件极为复杂，为确保除险加固项目在干地施工，需修建围堰，形成施工基坑。

围堰设计时既要考虑不占压基坑施工区域，又要不占压原泄水通道，通过采用水下混凝土围堰实现这一目的。

在实施中进行检查、总结，并会同业主、设计、监理共同进行评估、改进和补充。

逐步形成了“水下混凝土施工工法”，以此指导后续工程施工。

目前运用本工法已完成。

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项目

2、工法特点

2.1设计水上作业平台

2.2设计水下组合大模板

2.3混凝土配合比设计

2.4水下施工流程

3、适用范围

本工法适用于必须水下施工的围堰、护岸工程。

4、工艺原理

水下混凝土用于修建围堰不仅解决了占压河道、工程量大工期紧等问题，且与陆地常规混凝土施工相比，可避免水下基础开挖，特别是对临近建筑物得水下开挖施工难题。

水下混凝土施工的特点主要包括以下几个方面：

（1）所有施工项目基本都处于水下施工，全凭潜水员施工经验摸索进行，对施工人员技能水平要求较高。

（2）对混凝土稳定性要求高，水下混凝土是在与环境水隔离的条件下施工，为减少水的不利影响，保证浇筑过程不中断，混凝土要达到有足够的流动性、抵抗泌水性和抗分离等稳定性。

（3）导管法入仓技术要求高，要根据混凝土的性能确定导管型号、导管平面布置、受料斗距离水面最低高度、首次下料方量、以及导管提升速度等参数。

（4）混凝土质量难以全面控制，混凝土质量只能从原材料和混凝土拌制过程控制，浇筑过程无法直观的了解浇筑质量，特别是对抗渗要求较高的结构。

本工法依据水下混凝土施工特点结合以往水下混凝土施工经验，从水下混凝土施工工艺入手。

较为系统的归纳总结了各项施工工艺的要点。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工准备淤泥开挖水上操作平台搭设组合大模板制作安装

基岩面清理水下锚杆、插筋施工导管配置混凝土浇筑

5.2施工准备

5.2.1根据设计施工图以及现场地形的实际情况，布设施工控制点。

水上控制点位采用浮标做标记，并将相应的点或线延伸引致陆路。

施工准备阶段控制点主要用于控制开挖范围，组合模板安装时应从新测放，采用边定位边校核的方法。

5.3淤泥开挖

5.3.1淤泥开挖分水上部分开挖和水下部分开挖。

水上部分开挖直接采用反铲配合自卸汽车，并完成水面以下3.0m部分的开挖。

水下部分开挖采用1艘1m3的抓扬式挖泥船，2艘30m3开底驳，并配备交通艇1艘，按从中间向两边开挖顺序施工。

开挖后的淤泥用60m3的开底船运到指定弃渣地点。

5.3.2淤泥开挖施工要点

黄河河水含沙率大，流速快，在库区内形成回流逐渐沉淀形成较厚的淤积层。

水下部分为淤泥，并具有一定的粘性，且随着淤积深度的增大，含水量逐渐减小，粘性逐渐增大。

水上部分为沙壤土，土质颗粒均匀，具有一定的强度，但遇水即软化。

水下部分开淤泥开挖范围距离结构线应不小于2.0m，防止结构部位开挖完成，周边淤泥重新淤积。

水上部分开挖形成稳定边坡，防止施工过程发生垮塌现象。

水下部分淤泥开挖可依据出采砂船沙链斗的出沙情况，判断是否开挖至基岩面，当链斗内出渣为泥浆，则未开挖至基岩面；当链斗内出渣为浑水，则说明开挖至基岩面。

5.4水上操作平台搭设

5.4.1采用6只浮箱6×3×1.5m拼装成长12m宽10m（内净4m）的浇筑船，浇筑船上布置一只1.5m3的集料斗和6根钢导管，导管的作用半径是3.5m，因此，重力式墩横向断面（宽8m）布置二根导管，纵向断面（长12m）布置3根，间距4m，平台的搭设通过计算确定材料，保证有足够的强度和刚度。

两条浇筑平台在施工时可以交叉使用。

5.4.2水上操作平台施工要点

1）水上操作平台必须四周设安全防护栏。

2）水上施工人员劳保着装整齐，必须穿戴救生衣，并在现场配备一定数量的救生圈，做好防冻、防滑工作。

3）操作平台上的材料、机具必须有可靠的防护，预防材料、设备因防护不充分在操作平台承载或卸载过程上下浮动造成损失。

同时机具设备起吊必须专人指挥，并通知平台上的操作人员站稳扶好。

5.5组合大模板吊装

5.5.1根据仓面尺寸，在加工场采用钢板和型钢加工可拆卸的组合式模板。

模板运至现场后，在陆地上用螺栓连接。

模板间设置穿拉条，采用¢16圆钢按70cm×70cm的间排距，呈梅花形布置，加强模板的整体稳定性。

模板拼装完成用25T汽车吊将组合大模板转到水上操作平台，并在模板四周设置定位缆绳，再由浮吊安装就位。

经测量验收校核，模板满足设计要求后，在组合模板底部打定位桩，焊接牢固。

模板底部的间隙采用木板及沙袋等进行封堵。

5.5.2组合模板施工要点

1）加工组合模板的钢板、型材的质量必须满足相关规范要求。

2）严格按照模板设计图进行加工制作，构建之间焊接包满，母材没有受损。

3）组合模板吊装必须由专人指挥，

5.6基岩面清理

5.6.1由潜水员配高压水枪，入仓冲刷扰动局部采砂船无法完全开挖完的淤泥，清淤管（虹吸管）吸渣并送至仓外下游。

5.6.2基岩面清理施工要点

淤泥受到开挖扰动影响，部分淤泥被重新“溶解”，细颗粒悬浮于水中形成泥浆。

当周围扰动停止后部分颗粒重新沉淀聚集，形成“泥浆层”，刚形成的“泥浆层”不具有粘性。

基岩面清理主要针对“泥浆层”，根据“泥浆层”特性采用“固定区域内抽换法”。

即组合大模板按照设计的仓位尺寸安装完成形成一定施工区域，再由潜水员配高压水枪入仓冲洗扰动“泥浆层”，同时打开操作平台上的泥浆泵，将仓内的浑水抽至仓位下游。

大模板阻隔仓外的淤泥涌入，新的补给水进一步“稀释”仓内泥浆，进而达到仓内基岩面清理。

5.7水下锚杆施工

5.7.1水下锚杆施工：

锚杆主要作用增大混凝土与基础的结合力以及用于焊接拉条加固模板。

采用HPR20294型的液压动力钻钻孔，钻孔直径为45mm，成孔后采用高压水枪进行清孔，并检查孔深、孔内清理是否满足施工要求，然后在安放锚固剂、插杆的工艺施工。

5.7.2锚杆施工要求

1）钻孔孔位偏差不大于10cm，孔轴线应沿结合面法线方向，偏斜偏差小于5°，孔径5cm，孔深应符合设计要求，允许偏差应不大于5cm。

2）锚固剂采用药卷式水下锚固剂，进场后进行抽样检查，检验合格后方能进行使用。

5.8导管配置

5.8.1水下混凝土属于特种混凝土，采用导管法将拌制合格的混凝土送人水下预订部位成型硬化。

整个混凝土浇筑过程无法振捣，主要依靠下料导管内混凝土的自重压力自行密实。

因此导管的密封性良好与否、导管长短配置在其提升拆卸过程难易情况等，都影响混凝土浇筑。

导管选用Φ250mm钢管，导管之间采用套接，增强导管的密封性。

导管长度选用2.0m和0.5m两种规格，最低部选用2.0m的长导管，在接两节0.5m短导管，然后长短间隔布置接出仓外。

导管底部距离基岩面不大于0.5m。

根据仓面的大小不设导管套数，导管的间距不大于4.0m，且导管距离结构边线不小于1.5m。

5.8.2导管配置施工要点

1）导管管径与浇筑强度和骨料最大粒径有关，导管直径应不小于骨料最大粒径的4倍。

2）导管的平面布置与混凝土的扩散半径有关，一套导管的控制面积不宜超过30m2，并且在浇筑块最低部位不设专门的下料管。

3）导管安装前应进行压水检验，水压力应大于满管混凝土是的最大压力，且管身与接头不得漏水。

4）导管各节通过法兰盘用螺栓连接，螺栓练接要可靠，随混凝土浇筑上升在导管逐节拆除。

5.9混凝土浇筑

5.9.1混凝土采用6m3搅拌车配IPF-85B2型混凝土泵机送人收料斗，由受收料斗经下料导管入仓。

根据水下混凝土的特性，浇筑过程应尽量减少甚至避免混凝土直接与水接触，影响混凝土质量。

因此首批入仓的混凝土量必须确保导管底部具有一定的埋深，保证后续入仓混凝土是通过挤压的方式连续不断的抬升先浇筑混凝土面，避免与水接触，同时达到挤压密实混凝土。

导管的埋深根据导管间距与混凝土扩散坡率（砼试验确定）的乘积来确定。

再根据混凝土扩散范围和埋深确定首批入仓的混凝土量。

水下混凝土是靠下料导管内外的压力差来达到密实效果，同时保证混凝土下料通畅，不出现堵管现象，通过控制下料导管距水面的最小高度来控制。

根据公式：

Ha=P-（RC-RW）×Hac/Rc

式中：

P——导管底部的最小超压力取7.5T/m2.

Rc——水下混凝土的容重取2.4T/m3。

Rw——水的容重取1T/m3。

Hac——水面至己浇筑混凝土面的高度，取最小值0m。

则下料导管距离水面的最小高度为3.0m。

5.9.2混凝土施工要点

1）混凝土开始浇筑时，为避免堵管，先用水泥砂浆润滑泵管。

水泥砂浆用量根据输送泵管长度确定。

2）混凝土浇筑应连续，若浇筑间隙时间过长或浇筑过称导管脱空导致停仓，均应按施工缝处理。

3）根据混凝土生产系统的供应能力进行仓面划分，同时浇筑量控制在白班时段能完成。

单层仓位应跳仓施工，减少组合模板的安装工程量，相邻层仓位必须进行错缝，错缝长度不小于1.5m。

水平和垂直施工缝上应设置过缝插筋，过缝插筋设计参数为Φ20@1500呈梅花型布置。

4）施工过程派专人进行下料指挥，在保证混凝土浇筑连续性的条件下，根据实际浇筑方量和导管提升、拆卸长度控制导管埋深；各个导管应轮流下料，确保混凝土面均匀上升，防止出现覆盖产生堰体空洞。

5）收仓阶段由于随混凝土浇筑面的上升，导管内外的压力也随之减少，下料难度增大，为达到预定的浇筑高程，避免产生欠浇、高差过大等缺陷，采用加大入仓混凝土的坍落度、经常活动下料导管以及改用软管下料等方式。

6）混凝土浇筑过程必须严格控制混凝土的质量，受原材料、配料、搅拌及施工组织等各方面的原因，混凝土的和易性难免受到影响，采用和易性较好、坍落度损失较小的配合比，入仓的混凝土坍落度不小于18cm。

7）混凝土凝固后要凿除与水接触部位强度不满足要求部分。

6、材料与设备

6.1混凝土主要施工材料

水泥：

选用满足《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准的P.C32.5水泥。

粉煤灰：

选用满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005标准的Ⅱ级粉煤灰。

砂：

采用满足《建筑用砂》GB/T14684-2001标准中II类砂的要求的天然砂。

天然砂。

骨料：

采用人工骨料，质量标准满足《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2001标准中I类碎石的品质要求。

外加剂：

外加剂品质应符合《混凝土外加剂》（GB8076-1997）要求，不同品种外加剂应分别储存，在运输与储存中不得相互混装，以避免交叉污染。

6.2施工主要机具见表6-1。

表6-1主要机具设备表

序号

设备名称

型号

单位

数量

备注

1

水下测仪

套

1

2

潜水装具

TF-12

套

4

轻装、重装

3

空压机

0.9

套

3

潜水专用

4

直流焊机

500A

台

2

5

水下割焊矩

SWH-Ⅱ

套

2

6

高压水泵

1.0MPa

台

2

7

浮舶

6×3×1.5

只

20

8

泥浆泵

台

5

9

电焊机

300A

台

3

10

经纬仪

J2

台

2

11

水准仪

DSC240

台

1

12

运输车

10T

辆

1

13

泵车

IPF-85B2

辆

1

每小时60m3

14

砼运输车

6m3

辆

2

7、质量控制

7.1质量控制标准

7.1.1所有老混凝土面碳化层应全部凿除。

新增键槽位置、结构尺寸、键槽长短边方向和间距满足设计要求。

7.1.2碳化层凿除应在凿除面按2m×2m的网格设置，预留面积约为25m2的检验墩检测凿毛深度，经验收合格后应凿除检验墩。

7.1.3碳化层凿除应重点检查碳化层是否清除、凿除深度是否满足最小值要求。

质量检查标准按表7.1.3执行。

表7.1.3碳化层凿除质量检查标准表

序号

项目

质量标准

备注

1

碳化层

全部清除

2

凿除深度

所有结合面最小凿除厚度不小于20mm

3

混凝土表面

无破碎及松动骨料和混凝土块、残碴及污物

7.1.4新增键槽应重点检查键槽位置、尺寸，键槽表面质量。

新增键槽质量检查标准见表7.1.4

表7.1.4　　　　　　新增键槽质量检查标准表

序号

项目

质量标准

备注

1

键槽尺寸

满足设计文件要求，轮廓误差不超过±30mm。

2

键槽表面

无机械或爆破裂隙，无残留切口或钻孔，无破碎及松动骨料及混凝土块

7.1.5止浆片型式、尺寸应符合施工图纸要求，其拉伸强度、断裂伸长率及抗老化性能等均应符合设计要求；其拉伸试验应按国家标准进行。

7.2质量保证措施

7.2.1建立质量控制网，健全质量管理体系。

见下框格图：

7.2.2混凝土浇筑过程必须严格控制混凝土的质量，受原材料、配料、搅拌及施工组织等各方面的原因，混凝土的和易性难免受到影响，采用和易性较好、坍落度损失较小的配合比，入仓的混凝土坍落度不小于18cm。

7.2.3施工过程派专人进行下料指挥，在保证混凝土浇筑连续性的条件下，根据实际浇筑方量和导管提升、拆卸长度控制导管埋深；各个导管应轮流下料，确保混凝土面均匀上升，防止出现覆盖产生堰体空洞。

7.2.4收仓阶段由于随混凝土浇筑面的上升，导管内外的压力也随之减少，下料难度增大，为达到预定的浇筑高程，避免产生欠浇、高差过大等缺陷，采用加大入仓混凝土的坍落度、经常活动下料导管以及改用软管下料等方式。

7.2.5施工过程，进行严格的全面质量管理，质检部门随时对施工质量进行检查，杜绝质量事故的发生，确保质量目标的实现。

7.2.6按科学化、标准化、程序化作业，实行定人、定部位、定岗施工，在岗位人员应承担岗位工作的质量责任。

施工现场挂牌，写明施工区域，技术负责人及行政负责人，接受全方位、全过程的监督。

7.2.7严格执行质量三级自检制度。

在施工的整个过程中坚持质检员旁站制。

在现场进行质量跟踪检查，加强对各道工序的专职检查，严格把关，发现问题及时督促有关人员纠正。

对在施工中发现的问题作好记录，达不到质量要求或工艺要求的工序不得进入到下道工序。

8、安全措施

8.1依照国家颁布的安全生产法规、政策，结合生产实际，组织编制项目施工安全生产技术措施。

8.2认真实行标准化作业，严格按安全操作规程进行施工，严肃劳动纪律，杜绝违章指挥与违章作业，保证防护设施的投入，使安全生产建立在管理科学、技术先进、防护可靠的基础上。

8.3深化安全教育，强化安全意识。

施工人员上岗前必须进行安全教育和技术培训，牢记“安全第一”的宗旨，安全员坚持持证上岗。

8.4严格执行操作规程，遵守安全文明生产纪律，施工人员进入施工现场按劳保规定着装和使用安全防护用品，禁止违章作业。

8.5各种交通、施工信号标志完备，供电线路畅通、架设正确。

施工现场紧张有序，施工工序有条不紊。

8.6施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）的有关规定执行。

浇筑设备用电，按用电规范配置接线盘、接线板、设置漏电保护器，雨季施工时，加强线路、设备检测，防止漏电事故。

8.7潜水员潜水施工时，必须专人负责指挥，并备用一套潜水工具，进行应急。

上操作平台作业人员必须穿戴救生衣，并在现场配备一定数量的救生圈。

操作平台四周设置栏杆，做好防冻、防滑工作。

8.8安排专职人员与电站水调中心联系，24小时了解库区水位及流量情况，随时做好2小时内全部撤离现场准备。

8.9必须专线供应水下作业施工用电，严禁乱搭乱接，防止超负荷跳闸断电，并配备应急电源。

9、环保措施

9.1严格遵守《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国噪声污染防治法》、《中华人民共和国水土保持法》、《中华人民共和国森林法》等一系列国家及地方颁布的各项环境保护法律、法规、条例和制度，坚持“以防为主、防治结合、综合治理、化害为利”的原则，制订环境保护和水土保持的实施方案和具体措施，确保生态环境不受破坏。

9.2建立环境保护与水土保持领导小组，由生产副经理、总工程师、各部门负责人及环保与水保专职监督员组成，严格按照环境保护、水土保持措施落实各项工作，确保生态环境不受破坏。

9.3施工现场所有施工机械、材料、机电设备等全部实行定置化管理，定置地一律划线挂牌，明确停放物的名称、所属单位（部门）、数量等；所有材料、设备的停放按规格、型号、专业分类，，标识用标牌、字形、色标均按规定统一设置。

9.4施工现场设置指定的垃圾收集箱和废弃物堆放场,钻孔灌浆的施工废水，就近设沉淀、过滤箱，合格后排放。

9.5对易扬尘的部位移动洒水、高噪音作业采取封闭区域、调整施工时间或降噪等措施，将噪声对环境的影响减少到最低限度。

9.6加强噪声的控制和管理，合理安排施工时间，选用低噪声设备，加强机械设备的维护和保养，降低施工噪声。

9.7施工弃渣和固体废弃物以国家《固体废弃物污染环境防治法》为依据，按要求送至指定弃渣场。

遇有含有害成份的废渣，经报请当地环保部门批准，在环保人员指导下进行处理。

9.8机械设备使用过程中谨防燃油和机油泄漏，处理废机油等油性杂物应采取有效的措施防止污染空气、水体和大地。