船坞工程无砂透水性混凝土施工技术

李莉，陈颖

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116031）

0 引言

20世纪70年代，欧美及日本等一些发达国家和地区开始研究无砂透水性混凝土材料，目前这些材料已经广泛应用于市政道路、地下建筑工程以及各种新型体育场地等地方，对于调节城市微气候、保持生态平衡起到了积极的作用。

随着我国造船业的发展，建造了大量的修、造船干船坞，船坞在使用期间，坞室底板既要承受巨大的地下水浮托力，又要承受巨大的船舶荷载，坞墙则须承受巨大的土压力和地下水侧压力。因此，船坞底板采取减压排水至关重要。

以往采取消除浮托力的方法有：1）用重力抵消浮托力。利用结构本身和回填料的重量抵消浮托力。2）用锚碇固定底板。利用锚桩、锚杆或锚块将底板固定在地基上，使船坞不至浮起。3）用防渗墙切断水源。利用钢板桩、钢筋混凝土板桩或木板桩做防渗墙，或用水泥砂浆灌浆、化学灌浆或黏土等将船坞底板下地下水来源切断，消除浮托力。

上述3种措施即费时又费力，而且材料费用大，施工工期长。采用无砂透水性混凝土材料可以解决船坞底板地下水浮托力的问题。

1 无砂透水性混凝土特点

无砂透水性混凝土是由胶凝材料、特殊级配的骨料和水，采用常规方法拌制而成的一种多孔轻质混凝土。它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层胶凝材料相互黏结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构。与普通混凝土相比具有质量轻、堆积密度小、水泥用量少；混凝土内部孔隙率大，透水、透气性好、导热系数小；无细骨料，简化运输及现场管理，成本低；表面存在蜂窝状孔洞，抹面施工方便，黏结力好等特点。

无砂透水性混凝土由于其内部含有大量的贯通性孔隙，因此对混凝土的抗压和抗折强度有一定的影响。

船坞工程使用的无砂透水性混凝土是利用混凝土内部孔隙率较大特点，起到减压排水的作用，降低船坞的浮托力。

2 无砂透水性混凝土性能

无砂透水性混凝土根据组成材料不同，可以分为水泥无砂透水性混凝土、高分子无砂透水性混凝土和烧结型无砂透水性混凝土3种类型。

水运工程中大量应用于船坞工程的是水泥无砂透水性混凝土。它是由胶凝材料水泥、特殊级配的骨料、水和外加剂组成，配制时，既要满足设计强度等级要求，又要有一定的渗透能力。选择普通硅酸盐42.5强度等级的水泥、碎石粒径为5.0～31.5mm和10～20mm，分别进行无砂透水性混凝土强度、孔隙率和透水系数试验。

2.1 无砂透水性混凝土强度

选择不同的水灰比和不同的水泥用量分别进行立方体抗压强度试验。试验采用的是包裹粗集料法。试验结果见图1和图2。

图1 5.0～31.5mm碎石不同水泥用量强度曲线Fig.1 Strength curve of different dosage of cement mixed with 5.0～31.5mm gravel

图2 10～20mm碎石不同水泥用量强度曲线图Fig.2 Strength curve of different dosage of cement mixed with 10～20mm gravel

从图1和图2可以看出，碎石粒径5.0～31.5mm和10～20mm在满足无砂透水性混凝土和易性的情况下，水灰比在0.25～0.34之间，随着水泥用量和水灰比的增加，其无砂透水性混凝土的强度也在增加。

2.2 无砂透水性混凝土的孔隙率

采用5.0～31.5mm和10～20mm粒径的碎石，选择不同的水灰比和不同的水泥用量，在满足施工工作性的情况下，分别进行孔隙率测定，试验结果如图3和图4。

图3 5.0～31.5mm碎石不同水泥用量孔隙率曲线Fig.3 Porosity curve of different dosage of cement mixed with 5.0～31.5mm gravel

图4 10～20mm碎石不同水泥用量孔隙率曲线Fig.4 Porosity curve of different dosage of cement mixed with 10～20mm gravel

从图3和图4可以看出，在水灰比0.25～0.34之间随着水泥用量的增加和水灰比的增大，其无砂透水性混凝土的孔隙率在逐渐减少。

2.3 无砂透水性混凝土的透水系数

无砂透水性混凝土的透水系数是衡量透水能力的指标。透水系数越大，水的渗透能力越强。采用5.0～31.5mm和10～20mm粒径的碎石，选择不同的水灰比和不同的水泥用量分别进行透水系数测定，试验结果如图5和图6。

图5 5.0～31.5mm碎石不同水泥用量透水系数曲线Fig.5 Permeability coefficient curve of different dosage of cement mixed with 5.0～31.5mm gravel

图6 10～20mm碎石不同水泥用量透水系数曲线Fig.6 Permeability coefficient curve of different dosage ofcement mixed with 10～20mm gravel

从图5和图6分析，水灰比在 0.25～0.34之间，无砂透水性混凝土的渗透系数随着水泥用量的增加和水灰比的增大，渗透系数在逐渐减小。

根据上述试验结果，考虑无砂透水性混凝土既能满足设计要求的强度指标，又能满足施工要求的和易性，还能满足船坞底板的减压排水作用，选择水灰比0.31；水泥用量360 kg/m3；碎石粒径分别是5.0～31.5mm和10～20mm进行施工现场试验。

3 工艺原理

船坞施工时，选择常用的混凝土搅拌机进行无砂透水性混凝土搅拌。当混凝土搅拌均匀时，采用翻斗汽车运输。在施工现场指定位置卸料，然后摊铺碾压。碾压满足要求时，进行覆盖、养护。当无砂透水性混凝土达到设计要求后，再在无砂透水性混凝土上面浇筑钢筋混凝土。使无砂透水性混凝土在下层为岩基或者是块石混凝土，上层为钢筋混凝土，在船坞底板两层之间起到减压排水作用。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 基底清理

首先，将基底清理至基岩面，并且人工清除基岩表面残留的破碎石渣，然后用压缩空气将基底面的灰尘和小颗粒的石渣吹干净，必要时采用清水冲洗基底。清理完成后立即进行无砂混凝土的施工，防止灰尘再次落入基底。

4.2 模板支护

无砂透水性混凝土因为孔隙率大、密度小，对模板的侧压力较小，约为普通混凝土的1/3，因此可采用五夹板、竹胶板或钢板作模板。模板设计时，混凝土侧压力可按47～50MPa考虑，计算时应验算模板的强度和挠度。

4.3 混凝土搅拌

无砂透水性混凝土搅拌方法有多种，根据实际情况可以采用预拌水泥浆法、一次全部倒入法，或者采用包裹粗集料法。

采用包裹粗集料法，按照满足设计要求的配合比，在搅拌机中先上碎石，然后再上水和外加剂搅拌30 s，再上水泥搅拌3min出机。

4.4 混凝土运输

无砂透水性混凝土坍落度较小，一般采用翻斗汽车运输。由汽车把搅拌均匀的无砂透水性混凝土运输到施工现场指定位置卸料，然后进行摊铺。

4.5 混凝土浇筑

4.6 混凝土压密

由于无砂透水性混凝土中的胶凝材料量较少，施工时不宜采用强烈振捣或夯实。实践证明在采用高频振捣器振捣时，会使无砂透水性混凝土沉浆使底部过于密实，严重影响其透水效果，因此宜采用压路机压密施工工艺。

对无砂透水性混凝土压密施工工艺进行了5.0～31.5mm和10～20mm两种粗骨料和3种工况比较。

第1种：无砂透水性混凝土从翻斗汽车卸下之后，操作工人采用铁锹进行拍平，不碾压。

第2种：采用山推工程机械股份有限公司生产的压路机进行碾压2遍施工。

第3种：采用第2种设备和方法，碾压4遍。

通过上述2种粗骨料和3种工况比较，现场无砂透水性混凝土碾压后的立方体试件，同条件养护强度在27.5～27.8 MPa，现场芯样强度为17.0～22.5 MPa，标准养护的抗压强度在28.7～31.7 MPa。无碾压的标准养护强度在11.6～14.8 MPa，现场芯样强度为6.7～8.9MPa。

3种工况条件下的无砂透水性混凝土的渗透系数如图7。

目前各高校基建账是按照基建财务和会计制度要求单独核算和管理的，新《规则》、新制度要求将基建账纳入“大账”核算。涉及“在建工程”与基建账中的“建安工程投资”、“设备投资”、“待摊投资”等科目的衔接问题。另外涉及各种往来款项，必须对基建账的应收、应付款等债权债务进行彻底清理。

图7 现场不同工况、粒径的透水系数曲线图Fig.7 Permeability coefficient curve of the different grain sizes and working conditions

从图7透水系数曲线图可以看出，碾压遍数越多其透水系数越小。因此，在施工时无砂透水性混凝土的碾压遍数不宜太多，采用两遍碾压即可以满足要求。如果采用无碾压工艺时，由于其抗压强度较小，达不到设计要求，因此不宜采用。

4.7 混凝土养护

无砂透水性混凝土的拆模时间与养护温度和最早受荷时间有关。一般情况下，拆模时间比普通混凝土早，其侧面和边缘很容易暴露在空气中。尤其是无砂透水性混凝土存在着大量的孔洞，易失水，干燥很快，所以养护非常重要，特别是早期养护，在拆模以后应立即覆盖塑料薄膜或土工布，可避免混凝土中水分大量蒸发。

无砂透水性混凝土应在浇筑后1 d开始洒水养护，若遇干热天气，可在浇筑后8 h开始养护，以免过早失水。无砂透水性混凝土的潮湿养护时间应为3～7 d，每天至少洒水4次。每次洒水养护时，应在2～3m处用散射水直接从上往下浇水养护，不宜用压力水直冲无砂透水性混凝土表面。另外，还要防止雨淋，特别是暴雨冲刷，这样会带走一些水泥浆，影响无砂透水性混凝土的质量。

在冷天施工时，不仅采用覆盖塑料薄膜和土工布，而且还应采取保暖措施，使无砂透水性混凝土养护条件始终保持在5℃以上。

5 质量控制

1）无砂透水性混凝土的原材料品种、规格和质量应满足设计要求，同时应有进场材料质量合格检验报告和材料的质量证明文件；

2）碎石的堆放场地应进行硬化，防止骨料污染，影响无砂透水性混凝土质量；

3）无砂透水性混凝土应按照配合比进行计量，根据设定的投料工序进行投料；

4）无砂透水性混凝土的搅拌时间应该按照要求进行；

5）无砂透水性混凝土的强度和透水性应满足设计要求；

6）无砂透水性混凝土铺设的范围、厚度和分段接茬处理应满足设计要求。其铺设允许偏差、检验数量和方法应符合表1的规定。

表1 无砂透水性混凝土铺设允许偏差、检验数量和方法Table 1 Allowable deviation，test amount and method for laying of the non-fine permeable concrete

6 效益分析

对于用重力抵消浮托力的船坞，当采用无砂透水性混凝土作为减压排水时，可以大大减少结构本身和回填料的材料用量，缩短施工工期。

对于用锚碇固定底板，利用锚桩、锚杆或锚块将底板固定在地基上的船坞，采用无砂透水性混凝土施工，可以节约固定船坞的锚桩、锚杆或锚块的大量钢材，并缩短工期。

7 应用实例

目前，无砂透水性混凝土已成功的作为船坞减压排水结构的一部分，并被广泛应用。近几年施工的大连香炉礁新建造船坞工程、长兴岛STX船坞工程、中远大连旅顺造船项目1号、2号船坞工程、大连船舶重工海洋工程有限公司建造基地钻井平台专用坞工程、福建泉州船厂修船区三期工程3号、4号船坞工程，全部采用无砂透水性混凝土作为减压排水垫层，效果显著，起到船坞底板减压排水效果。

[1] 雍本.特种混凝土设计与施工[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2005.YONG Ben.Design and construction of special concrete[M].Second edition.Beijing：China Architecture&Building Press，2005.

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