水利工程中水下混凝土的施工要点探讨

于洋，张爱锋

（1.河南省水下救助抢险队，河南 郑州 450003；2.河南省白沙水库管理局，河南 禹州 461600）

0 引言

水下混凝土施工长期以来都是水利工程施工的重点和难点，这是因为在水下混凝土施工中，不仅仅需要考虑强度、硬度等性能，更要考虑裂缝、渗漏、露筋等一系列质量病害，才能更好地保证水利工程的稳定性、安全性以及使用性能。在具体施工中，需要结合水利工程的特点和地质水文条件，选择合适的施工技术以及管理措施，才能控制各种病害，保证施工质量。基于此，开展水利工程中水下混凝土的施工要点的探讨分析就显得得尤为必要。

1 工程概述

某水利工程，坝体的总长度为2 000 m，高度达到84.65 m，地质条件比较松软，为保证基础的稳定性，采用了钻孔灌注桩施工技术，对水下混凝土施工质量有严格的要求。既要严格控制混凝土裂缝问题，以免发生渗漏，同时也要考虑混凝土的强度问题，以保证水利工程坝体稳定，避免发生不均匀沉降，保证质量。工程所在的施工位置为土石混合体，地基含水量比较大，地下水位高，钻孔灌注桩下部超过5 m需要进行水下混凝土施工，桩距为3 m。

2 水下混凝土施工重难点分析

在案例工程的水下混凝土施工中存在的重难点主要体现在以下几个方面：

第一，受到季节的影响比较大。工程规模比较大，施工周期比较长，跨越了多个季节，在夏季枯水期，地下水水位比较高，需要综合采取降水、排水、防水等相互结合的技术，以保障施工质量和安全，施工总是断断续续地进行，施工难度也成倍增长。

第二，水下混凝土施工施工技术复杂，施工受到环境的影响比较大，需要用到多种混凝土，在灌注孔开挖、导管安装、混凝土灌注等环节需要用到大量不同的设备，以及较多的施工人员，技术落实和施工难度比较大。

第三，温度控制难度大，在此工程水下混凝土施工中，采取了大体积混凝土施工技术，需要分块、分层浇筑，为避免发生裂缝、冻害等质量问题，必须做好温度控制措，以保证施工质量。

3 水下混凝土施工技术要点

3.1 施工准备

对于地基以上的覆盖层，需要采取抓斗挖掘，或者通过疏浚的方法进行清除，薄层淤泥和粉土层需要通过高压水枪、气动提升器来清除，而对那些沉积下来的淤泥也要通过抓斗来清除，以便为正式施工营造良好的环境。从过去施工经验来看，针对水下混凝土施工，清理地基比混凝土浇筑更加重要，在混凝土浇筑前需要先对基面进行全面清理和检查，才能更好地控制施工质量。

除清基之外，混凝土原材料也要做好准备，为保证水利工程总体施工质量，工程在水下混凝土施工中用到的材料包括：水泥、砂、粗骨料、外加剂等。具体的质量检验方法和标准如下：

第一，水泥选择普通硅酸盐水泥，并对进场的水泥进行检验，检验内容包括：标号、凝结时间、安定性等，不合格的水泥，严禁应用到水下混凝土施工中。

第二，砂作为水下混凝土施工的细骨料，按照每600 t抽取一定的试样进行检验，所选择的砂必须质地坚硬、清洁、级配良好、细度模数在2.4～2.8之间。

第三，粗骨料的最大粒径不应超过钢筋笼钢筋间隔的2/3，不同粒径的碎石要分块堆放，绝不可混合使用。

第四，外加剂的合理使用可有效改善混凝土的和易性，提升混凝土的整体性能，尤其是在水利工程施工中对混凝土的稳定性和强度要求比较高，就必须要加入适量的外加剂，如减水剂、膨胀剂等。但在所选择外加剂时，需要和已经选择好的水泥做好相容试验，保证所选择的外加剂能够满足水利工程水下混凝土施工要求，并通过多次配合比，合理确定外加剂的添加量。

工程水下混凝土施工中对配料数量的要求非常严格，具体情况如表1所示。

表1 混凝土配合料数量允许偏差表

3.2 水下混凝土浇筑施工

按照此工程施工所选择的骨料形状及大小，导管要选择150～230 mm之间的导管。如果骨料粒径为40 mm左右的圆形骨料，则需要选择直径为200 mm的导管，导管长度可结合钻孔灌注桩的深度合理选择，有1、2、4、6 m等长度不等的导管可供选择，以便实现快速安装和拆卸，并要有合理的防水接缝，料斗的容积不能低于整根导管的容积，以保证混凝土灌注的连续性，工程水下混凝土施工示意图如图1所示。

图1 水下混凝土施工示意图

图1中a为装一斗混凝土，b为排走导管中的水和混凝土，c为混凝土逐步向上推进。1为隔水塞，2为导管，3为接头，4为混凝土。

在混凝土正式灌注之前，需要提前架设导管，保证导管底部安设在槽孔底部，并在导管中塞进一个浮力比较大管塞，再将配制好的混凝土管注入到管内。管塞在混凝土自重的作用下，会逐步向导管底部移动，将到导管中的泥浆挤出。在水下混凝土施工中管塞是否有效，直接决定了整个施工的成败，因此，在布设管塞时，需要综合考虑导管底部是否埋入到已经浇筑的混凝土中，并在导管中控制好混凝土柱的高度。

工程水下混凝土施工采取了导管灌注法，导管分节安装，在导管上部布设供料斗，保证供料斗的高度始终高于水面，在丰水季和枯水期需要适当调整供料斗的高度。导管下端则插入到新浇筑的混凝土中，在整个水下混凝土施工中，导管必须始终保持在新浇筑混凝土表面以下。

在混凝土灌注时，导管间距需要控制在2～3 m之间，依次注满每根导管之后，底部混凝土面会不断上升，这就需要导管采用抬架支承方式，以保证各导管上升的垂直度，避免发生侧向偏移，影响施工质量。在一些不适合架设支撑架的位置，可通过起重机将导管快速提升和下落，特别是在一些比较重要的地段施工中，必须保证混凝土供应的连续，避免混凝土分层，影响桩基的强度和承载力。如果采取了预拌混凝土，也需要保证混凝土灌注的连续性，拌合料的供应强度必须保证在混凝土面的最小上升速度在0.30～0.50 m/h之间，在具体实施过程中，为保证施工的方便性，此工程采取了水泥含量比较大的混凝土，控制水泥含量不低于350 kg/m3，而且坍落度不能小于150 mm。

在进行水下混凝土施工中，需要尽量对拌合料少扰动或者不进行扰动，将混凝土逐步浇筑到最终的位置。为达到这一目标，就需要在混凝土浇筑中无需借助其他措施，就能流动到需要浇筑的位置。针对那些结果断面比较小的钻孔灌注桩，就需要适当减少混凝土拌合物的坍落度。但由于混凝土中加入了大量的水，水泥浆皮比较多，泥浆量比较大，这就要求在新浇筑混凝土之前，必须先清除泥皮和泥浆。

工程在混凝土浇筑中，采取导管法浇筑，对浇筑的连续性有很高的要求，以求规避施工缝。从类似工程使用的角度来看，在水下混凝土浇筑时，可采取袋装、水底敞口料斗、导管法进行浇筑，但从应用效果的角度来看，导管浇筑法效果最佳。在整个浇筑过程中，必须严格控制地导管提升速度，在提升导管时，要适当提升混凝土的供应量。而在导管下降时，需要适当减少混凝土的供应量或者直接停止供应混凝土。无论何种情况下，都不能将导管提出混凝土表面，如果导管中的混凝土已经从浇筑完成混凝土之外流出，并且有水进入到导管中，必须立即停止浇筑，等混凝土凝固之后，在清除表面上不合格的混凝土，再重新继续浇筑。

3.3 合理使用钢筋

通常情况下在水下混凝土施工时要尽量合理使用择断面比较大的钢筋，且相互之间的间距要适当提升，不能阻碍混凝土的正常浇筑，在进行钢筋绑扎和钢筋笼焊接时，必须严格按照现场实际情况，组成一个单元自后再下设到设计位置。包裹在钢筋之外的混凝土必须具有良好的密实度，以保证钢筋混凝土保护层的厚度不小于80 mm。

3.4 模板施工

水下混凝土施工技术对模板施工质量有极高的要求，不仅仅需要具有足够的强度，还要具有良好的稳定性、平整度，且拼缝必须严密，以便能够很好地承受水下混凝土灌注时的压力和荷载，以免水进入到模板内部，影响水下混凝土灌注质量。要充分选择和水下混凝土结构、特征、施工条件、浇筑方法相互适应的大模板。且模板支架的材料，必须选择钢材，竖向模板和内倾模板需要设置内部撑杆和外部栏杆，以保证模板的稳定性。如果模板的支撑安装在基土之上，则基土需要进行合理处理，以保证具有足够的强度，并加垫上支撑模板，做好模板接缝处理。在雨季施工时还要布设完善的排水系统。在混凝土浇筑前，要将模板内的杂物清理干净。

3.5 拆模和养护

为避免钢筋与混凝土之间的粘接力的损失，上部混凝土初凝时应解除对钢筋笼的固定。在混凝土强度大于设计值的25%后，拆除护筒或模版。凿除多余混凝土时应采用手工操作，不得使用爆破或其他影响其质量的方法，否则将会影响混凝土结构的稳定性。混凝土刚筑好之后立即进行养护，可以使用蓄水养护方法。混凝土浇筑完成后的两天内，要保持混凝土处于潮湿环境中。如果说混凝土浇筑面积大，那么还需要借助相关养护剂进行养护。

4 水下混凝土施工中常见的问题和解决方法

4.1 气泡

引起混凝土浇筑的气泡的主要原因所选择的砂子太细，或者引气剂的用量不足，致使混凝土中的气泡无法及时排除。为科学有效的控制气泡，在选择原材料时，所选择的砂必须符合相关标准和规范的要求，并通过多次配比试验来确定使用量，以选择合适的引气剂，能够将混凝土中的气泡及时排除，以免形成麻面，影响水下混凝土施工的总体质量。如果已经出现了气泡，需要用毛刷去除表面杂物，再用清水润湿一遍，使用相同强度的水泥砂浆进行压光处理，并及时进行覆盖养护。

4.2 裂缝

在水下混凝土施工中裂缝的控制是重中之重，温度是引起裂缝的主要原因，水下混凝土浇筑时需要大量的混凝土，形成的水化热量也比较大，致使混凝土内部温度比较高，而外部混凝土受到水的降温影响温度比较低，就形成了温度差，相互之间就会形成温度应力，形成裂缝。为控制裂缝，需要切实做好配合比试验，寻找最佳的配合比，在保证水利工程对混凝土强度要求的基础上，尽量减少水泥用量，可用一些粉煤灰来代替水泥，但需要保证水胶比在合适的范围中。此外，在水利工程水下混凝土浇筑时需要做好保温处理，以免温差过高，形成裂缝。

4.3 孔洞残留

混凝土孔洞处理。孔洞是指结构内部有空腔，局部没有混凝土或蜂窝缺陷过多，大部分孔洞是指超过钢筋保护层厚度，但不超过物件截面尺寸1/3的缺陷。孔洞使结构物断面减少，降低结构物承载能力，蓄水结构物还可能形成渗漏通道。预防措施：混凝土拌和物应均匀，混凝土和易性好，分层摊铺、振捣、平仓及时，振捣均匀，不漏振，模板缝隙密合，模板支撑牢固。

4.4 露筋

露筋是指混凝土结构内部的主筋、架立筋、箍筋等没有混凝土包裹而外露的缺陷。旧建筑物的露筋是由于混凝土表面腐蚀、浸蚀、冻融破坏，使混凝土保护层脱落或受到各种意外撞击所致。露筋不处理，可使钢筋产生锈蚀破坏，影响结构物受力或形成渗水通道。处理方法：是浇注混凝土，应保证钢筋位置和保护层厚度正确，并加强检查，发现偏差，及时纠正。钢筋密集时，应选用适当粒径的石子，石子最大颗粒尺寸不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋净距的3/4。截面较小钢筋较密的部位，宜用细石混凝土浇筑。

5 结语

综合工程实例，分析了水利工程水下混凝土施工的要点，分析结果表明，水下混凝土施工是水利工程施工的关键工序和技术，其施工质量，直接关系到整个水利工程的总体质量。但水下混凝土施工的难度远远大于地面施工，具有很多不可控的因素，这就需要施工单位能够结合水下混凝土施工的特点，严格把控好每个细节，明确施工要点，以保证各项技术和措施能够落实到实处，提升水利工程的总体质量。