板桥水库溢流坝水下浇筑混凝土防渗面板施工技术

赵国亭

(驻马店市板桥水库管理局，河南 驻马店 463000)

1 基本情况

1.1 水库概况

板桥水库位于淮河支流汝河上游河南省驻马店市驿城区板桥镇，水库始建于1951年，是一座以防洪为主，结合城市供水、灌溉、发电和养殖等综合利用的大(2)型水库。板桥水库复建工程蓄水后，混凝土溢流坝渗漏严重，2012年大坝安全鉴定为三类坝。板桥水库为驻马店市城市供水唯一水源地，在保证城市供水的前提下，进行水库除险加固。

1.2 工程情况

凝土溢流坝段长150 m，8个表孔1个底孔，上游建基面最低高程72.20～75.80 m，表孔坝段堰顶高程104 m，正常水位111.50 m，坝顶高程120 m。混凝土溢流坝渗漏处理方案是在混凝土溢流坝迎水面水下浇筑混凝土防渗面板，结合坝内廊道化学灌浆。防渗面分缝与溢流坝现有分缝对应，缝宽20 mm，基础最低高程72.20 m，顶部高程102.28 m，基础宽1.50 m，厚0.30～1.50 m，面板厚0.40 m，C30不分散混凝土，抗渗标号为W8，抗冻标号为F100。最大作业水深38 m，水下浇筑混凝土工程量1 415 m3。

2 建基面清理

2.1 坝基清理

经勘测坝基最大淤积厚度6.50 m。设计坝前1.50 m范围淤积物清至基岩，清淤边坡1∶6，清淤量1.50×104m3。运用清淤设备采用SSYA350型气动式深水清淤机，可将淤积物与水的混合物输入泥浆中转池，利用中转池内的渣浆泵将淤积物通过排泥管线翻过坝顶，输送至指定的排泥场。清淤机最大作业水深为120 m，可清除泥沙和粒径350 mm以下的块石等淤积物，其清淤效率150 m3/h。

2.2 坝面清理

采用压力为35 MPa的高压水枪对混凝土坝面进行冲毛清理，通过高压泵将动力源的机械能转换成压力势能，具有一定压力势能的水通过小孔喷嘴，再将压力势能转变成动能，从而形成高速射流冲击混凝土表面。压力水流高速流动，可随时带走冲毛所产生的混凝土渣屑等杂物，使混凝土无乳皮、成毛面、微露粗砂，达到施工规范对混凝土凿毛的要求，在冲毛的同时也进行了混凝土面清理。

3 钢筋模板施工

3.1 钢筋制作安装

为保证防渗面板与坝体连接可靠，设计在坝体植入直径25 mm的锚固筋，植筋深500 mm，高程84 m以下锚筋间距650 mm，高程84～92 m之间锚筋间距1 000 mm，高程92 m以上锚筋间距1 500 mm。水下植筋方法：潜水员采用手持式水下液压凿岩机按设计要求在底部和坝面上钻锚筋孔；成孔后采用高压水枪对钻孔进行冲洗，保证孔内清洁无杂物；采用灌注法注入锚固剂，满足锚筋插入后锚固剂能够充满锚孔；潜水员向锚孔内植入锚筋，锚筋到达钻孔底部后潜水员将锚筋转动几圈，使锚筋与锚固剂充分有效粘结；植筋完毕，做好成品保护，在锚固剂未固化前，不得碰动锚筋。现场试验检测，钢筋植入深度500 mm，拉拔力分别达到480.50 m,495.50 MPa，直径25 mm的三级钢筋达到轻微屈服，而基材没有出现裂缝，满足设计及规范要求。

防渗面板的钢筋网采用φ12Ⅲ级螺纹钢筋，纵横间距200 mm布设。在陆上加工制作钢筋网片，使用吊车将其吊放至安装区域，潜水员配合安装钢筋网片，钢筋网片之间采用搭接的方式进行连接，搭接长度为50 cm，为了固定钢筋网，避免后续施工和混凝土浇筑时造成钢筋网移位，将钢筋网与部分锚筋水下焊接在一起。钢筋网外部预留50 mm厚混凝土保护层。

3.2 模板制作安装

3.2.1 模板制作

钢模板采用6 mm钢板作为面板，每块成品模板高度2 m，长度为2.15 m。采用拼装的方式，用[8槽钢作为次梁，用14#工字钢作为主梁，在陆地上将模板按照高度2 m，宽度17 m拼装成一个整体结构，使用吊车进行模板吊放工作。

3.2.2 模板安装

底层模板的安装：使用吊车将底层模板吊放到位，潜水员在吊机的配合下，对模板的位置进行调整；在模板底部外侧使用植入垫层φ25钢筋进行限位和固定；模板顶部利用植入坝体的锚筋固定。

上层模板安装：使用吊机将上层模板吊放至安装位置；潜水员在吊机的配合下，对模板的位置进行调整，使之准确就位；将上层模板的底部与底层模板使用螺栓连接固定；模板顶部利用植入坝体的锚筋固定。

为方便拆模，模板内部涂刷环保脱模剂，减少混凝土与模板间的粘结力；模板安装完毕，进行检查验收。

4 水下混凝土施工

4.1 配合比设计

板桥水库溢流坝防渗面板混凝土的设计标号为：C30W8F100。依据实验室试验确定的配合比，再经现场实验，最终确定现场采用的配合比见表1(kg/m3)：

表1 现场采用的配合比表

施工配合比中水泥标号PO42.5，掺合料采用粉煤灰，砂子为中粗河砂，细度模数2.40～2.93，碎石为5～20 mm连续级配碎石，外加剂为加气剂及UWB-Ⅱ型乳凝剂，拌合用水使用洁净水。混凝土塌落度260～280 mm，塌扩度500～550 mm，初凝时间约8 h，终凝时间约20 h，抗压强度>30 MPa，劈裂强度为1 MPa。配合比中胶凝材料的用量相对较多，砂率较大，这样有利于保证混凝土的水下强度和抗分散性，保证防渗面板与原坝面混凝土的结合，弥补原坝面混凝土表面的蜂窝、缝隙等缺陷，实现混凝土能够自流平、自密实的工作性能。

4.2 混凝土制备运输

混凝土在商品混凝土站制备，采用强制式搅拌机拌制，有专人负责。控制原材料质量检验，严格按照混凝土施工配合比和配料单进行配料和拌和，投料顺序依次为粗骨料、细骨料、胶凝材料及加有外加剂的拌合水，搅拌时间控制在120～150 s。

搅拌站距浇筑点12 km，使用搅拌罐车运输至溢流坝坝顶，采用泵车将混凝土输送到浇筑导管顶部的料斗。混凝土制备和运输能力保证施工浇筑的连续性。

4.3 混凝土浇筑

4.3.1 导管布置

采用导管法浇筑水下不分散混凝土。板桥水库溢流坝设有8个表孔坝段，每段长为17 m，1个底孔坝段长16 m，导管选用直径220 mm钢管，经试验导管浇筑直径6 m，每坝段布置3根导管，能够实现浇筑坝段内的混凝土自流平。在水上工平台上设吊架和卷扬机，导管由吊架支撑，卷扬机起吊，下端导管节长4 m，上端导管节长2 m，集料漏斗高1 m，导管法兰连接之间加密封垫。采用导管法浇筑水下不分散混凝土，既有利于控制不分散混凝土的质量，也有利于加快浇筑施工进度。

4.3.2 浇筑方法

混凝土浇筑前，检查起吊设备完好，调整导管位置，导管直通浇筑仓面，出口距浇筑面高度25～30 cm，料斗底部安放隔水球。采用泵车将混凝土输送到浇筑导管顶部的料斗，在重力作用下，混凝土推动隔水球沿导管向下移动，到达浇筑仓面，隔水球较轻，离开导管后自动浮出水面收回。由于有球体的隔离，混凝土在到达浇筑面前，几乎不与水接触，避免了水流的冲刷，混凝土中的胶粘颗粒不受损失，有利于水下混凝土水陆强度比的提高。每浇筑2 m提升一次导管，控制导管在混凝土中埋深0.80 m。混凝土浇筑接近完毕，缓慢提升导管，使导管内混凝土全部进入浇筑仓。依序拆除导管，清理施工场地。混凝土强度达到10 MPa后，高压水冲毛混凝土顶面，拆除模板。坝段依序由下至上浇筑，直至该坝段完成，而后跳坝段施工，完成水下浇筑混凝土防渗面板浇筑。

4.3.3 结构缝处理

防渗面板之间设置的结构缝，采用由内之外填塞聚乙烯泡沫板、直径40 mm柔性橡胶条、嵌填SR柔性材料、粘贴三元乙丙柔性盖片、安装钢板压条进行处理。新浇筑防渗面板周边及施工缝涂抹水下环氧浆液，提高混凝土面板整体防渗性能。

5 质量控制

5.1 施工前质量检测

按照规范要求，对水泥、河砂、石子、外加剂、钢筋等原材料进行核验、检查、检测；对混凝土接茬面冲毛、清理情况检查；对模板的强度、刚度、稳定性、尺寸、拼缝进行检测；对植筋、模板安装进行验收。

5.2 施工过程质量检测

安排专人负责监督现场混凝土搅拌，按照规程检测混凝土塌落度、塌扩度；制作试块检测混凝土强度、抗渗、抗冻性能；按设计试验要求控制混凝土施工工艺。

5.3 混凝土面板质量控制

施工完毕，由潜水员近观目视及水下摄像的方式，水上人员通过监控视频同步检查混凝土外观质量，主要检查混凝土面平整度、密实性、外观尺寸、施工缝及接缝处理情况。若存在质量缺陷或不合格，及时修复处理。

6 结语

水下不分散混凝土能使浇筑的混凝土拌合物在水中浇筑水泥不流失、不离析、不分散、自流平、自密实，具有超强的抗分散性，凝结硬化后其力学性能和耐久性与普通混凝土相近。板桥水库除险加固工程在保证驻马店市供水的情况下，采用水下浇筑0.40 m厚混凝土防渗面板施工方案，通过科研、试验、实施获得成功。该施工技术在保证工程质量的情况下，减少了施工成本，缩短了施工时间，保证了供水安全，取得了社会经济效益。水下不分散混凝土被称为“新一代水下工程材料”，该技术在水下工程施工中应用前景广阔。