钢筋笼模板在水下不分散混凝土浇筑中的应用
——以某工程水下混凝土修复为例
2021-10-06郭群力赵文龙李冠州
郭群力，王 磊，巴 涛，赵文龙，李冠州
（黄河水利水电开发集团有限公司，河南 济源，454650）
某工程在水下检查中发现排沙洞和胸墙式泄洪闸上游建筑物局部存在冲蚀、损毁等问题。为防止已发现建筑物缺陷进一步发展、扩大，需对冲蚀、损毁部位进行修复。
1 水下缺陷修复基本情况
6号排沙洞上游挡土墙长68 m，坝上45 m以上挡墙损坏、倾倒；6号排沙洞上游挡土墙，坝上45 m挡土墙靠上游端底部局部淘空；泄洪闸及坝上铺盖局部损坏；铺盖上游干砌石护脚被冲毁。排沙洞上游挡墙及泄洪闸上游铺盖缺陷区域三维水下地形见图1。
图1 排沙洞上游挡墙及泄洪闸上游铺盖缺陷区域三维水下地形Fig.1 Three-dimensional underwater topography of the area at the retaining wall upstream the sediment discharge tunnel and the defected upstream blanket at the water discharge gate
根据排沙洞和泄洪闸上游建筑物的冲蚀、损毁情况，计划采用浇筑水下不扩散混凝土的方式进行修复。水下混凝土坍落度25 cm、扩散度50 cm、初凝时间不小于12 h、终凝时间不大于22 h42 min。由坝顶铺设两套混凝土泵管到水上铺盖施工平台，平台上采用集料箱集中接料后通过溜槽自流到浇筑导管料斗中灌注水下混凝土。
2 常用水下混凝土浇筑模板存在缺陷
水下混凝土浇筑施工需要在水下布设满足外形轮廓尺寸、承受未凝固混凝土的侧压力和动水压力、具有一定密闭性等要求的模板[1]。选择合适的水下混凝土模板成为水下不扩散混凝土浇筑工作的重点和难点。特别是在较大流速、较大水深水域内浇筑大体积水下混凝土施工中，选择何种形式模板，既能方便快捷将模板布设到位，又满足混凝土浇筑条件，成为制约该修复工程进展的关键因素。常规的钢筋混凝土模板、大型钢模板和钢木模板[2-3]存在一些共性问题：①板表面不透水，在较大流速的水域，表面承受动水压力较大，潜水员布设固定到位较困难；②模板厚度与长度和高度相比较，相对单薄，在较大流速和较大水深的水域，承受较大水压力，且未凝固混凝土的侧压力也较大，对模板安装固定要求较高；③模板底部形状规则，对基础平整度要求较高；④单块模板的重量较大，对吊装设备要求比较高。
3 钢筋笼模板存在的优势
为解决上述施工技术问题，本工程提出采用钢筋笼模板的形式。钢筋笼的制作根据水下混凝土挡墙的修复长度和高度，将钢筋笼进行分节制作，并焊接钢筋笼内嵌钢丝网。每节钢筋笼为六面体型式，钢筋笼的高度和长度可根据挡墙实际位置的布置进行适当调整。为保证水下混凝土和基础面的有效接触，钢筋笼采取封底型式。该模板具有以下优点：①钢筋笼模板内的密目网对水不封闭，水可以在模板内外自由流动，模板处于内外水平衡状态，便于模板在水内各方向转动和安装；②钢筋笼模板内的密目网对不分散混凝土相对封闭，不分散混凝土浆液流失较少；③钢筋笼模板的厚度和高度尺寸相差不大，具有自稳定性，不需要对单个钢筋笼进行加固；④钢筋笼具有一定的柔性，能适应水下高低不平的地形；⑤钢筋笼体积大、重量轻，现场加工、吊运、水下布设方便。
4 钢筋笼模板制作及安装
该工程钢筋笼模板采用HRB400 热轧钢筋，钢筋直径22 mm，钢筋间排距250 mm；内嵌钢丝网选用热镀锌钢丝网，钢丝直径3 mm，强度不小于380 MPa，网孔孔径不大于10 mm。内嵌钢筋网预留插筋孔，插筋采用HRB400 热轧钢筋，钢筋直径20 mm，长度1.5 m，间排距0.5 m，梅花型布置，插筋伸入相邻两钢筋笼各0.75 m，深入内侧混凝土0.75 m。
考虑到水上吊装的施工安全、吊机的旋转半径及覆盖区域，每节钢筋笼制作长度为2.0 m，高度为2.0 m，钢筋笼的宽度为2.0 m，钢筋笼共分为A、B、C三种规格型号。
A型钢筋笼为标准段钢筋笼，长2 m，挡墙端头钢筋笼采用四周及底部内嵌钢丝网，钢筋笼与钢筋笼连接处采用绑扎、水下焊接连接或扣件栓接。
B型钢筋笼为拐角处异型钢筋笼，钢筋笼四周内嵌钢丝网，连接处采用绑扎、水下焊接连接或扣件栓接。
C型钢筋笼为合拢段钢筋笼，长度根据实际施工情况实测实量再加工两个钢筋网片，与左右钢筋笼绑扎成整体。
图2 A型钢筋笼示意图Fig.2 A type reinforcement cage
钢筋笼分节制作，分节吊装，先B 型后A 型最后C 型。钢筋笼的吊装采用平台船16 t 吊车吊装，钢筋笼四角挂等长的钢丝绳，防止钢筋笼变形。首先将第一节钢筋笼吊放入水中，到达预定位置，由潜水员水下定位并摘出吊勾，再将下一节钢筋笼吊起与第一节水平连接，最后插入插筋。依次将水下挡墙钢筋笼连接成整体。钢筋笼与钢筋笼连接采用8号铁丝或钢丝绳栓接两种方式，钢丝网接头采用扎丝绑扎方式，使钢丝网与钢筋笼密贴，水下混凝土施工完成一层后再进行下一层钢筋笼的吊装和水下安装等作业。
5 结语
本工程钢筋笼模板在地面上加工成型，在水下仅进行少量的焊接和机械连接，减少了潜水员水下作业的工作量，降低了水下施工难度，缩短了模板架设时间，提高了水下混凝土浇筑效率，节约了工程投资，为类似的水下不扩散混凝土工程钢筋笼模板推广提供了经验参考。
