水下砼施工及技术要求

水下砼施工及技术要求

董绍昌

【摘 要】本文主要阐述水下混凝土施工所使用的一些基本方法以及带水施工的质量控制，同时强调在方案设计时应根据具体工程对混凝土强度、耐久性、施工工艺和环境保护等要求和作业面大小、水深、水流及波浪的影响等。

【期刊名称】江西建材

【年(卷),期】2011(000)001

【总页数】3

【关键词】水下砼 施工技术 外加剂 流动性 工程应用

1 前言

混凝土是一种重要的建筑材料，随着我国建设的不断发展，在桥梁、地下和水下建筑、远距离跨海跨河隧道工程、水利水电、交通、能源工程等基础建设中都需要大量的水下混凝土工程。因此，进一步研究开发优异的水下施工技术和材料、得到高质量而又经济的水下混凝土，在当今社会条件下是十分必要的。在寒冷及炎热季节，水环境对混凝土硬化都具有较适宜的温度条件，作为一种可改造性强、可以应用于各种水下特殊环境的建筑材料，水下混凝土在当今建设中有着极为重要的作用。特别是水下不分散混凝土的研究和应用，更加充实了水下混凝土的内容，将水下混凝土施工技术提高到了一个新的水平。

2 水下混凝土施工技术

带水作业在传统上是指水下灌筑混凝土，但随着科学技术的发展，现在似乎还应包括水下不分散混凝土。二者都是指在陆地拌制而直接浇灌于水下结构部位并就地成型的混凝土。前者是依靠施工时密封性良好的机具隔水措施，后者则通过专门的外加剂使混凝土拌合物自身性质得以改善来抵抗水的冲洗，在流动水的环境下更显示出技术的优势。采用这二类方法形成水中混凝土及钢筋混凝土结构，可以省去为造成干地施工条件所必须的围堰、基础防渗及基坑排水工程。在某些无法围堰的情况下，水下混凝土甚至是形成水中混凝土构建的唯一方法。因此其施工的关键是解决如何防止在灌筑过程中和灌筑以后未凝结的混凝土免受环境水的影响的问题。也就是说，水下混凝土应该在尽量与环境水隔离的条件下灌筑，除非在添加了外加剂后，才能得以实现。归纳起来，水下混凝土的施工方法主要有以下五种：

（1）装袋叠置法：将坍落度50~70毫米的混凝土拌合物灌入透水纤维编织袋中并摆放到水下所需位置，如果必要可由潜水员在水下操作。袋的装料量宜为袋容积的2/3。这些麻袋在水下的摆放如砌砖一样交错叠置，也可以用钢筋等加固。这是一种老式的、传统的、造价高的方法，而形成的结构却并非十分坚固。或在对要求不高的、临时性工程中使用。今后该法如果能与麻袋混凝土技术相结合，则有可能在河道护坡、围堤和航道整治等大面积上获得应用和发展。

（2）垂直导管法：是通过密封性良好的金属导管来进行高塌落度的水下灌筑混凝土施工，初灌筑时导管中的混凝土前面须放置一个软球，水下混凝土靠自身流动性将软球顶出后向四周摊开。因此就在导管的下脚端形成了自流平混凝土，需要注意的是：混凝土的出口应始终保持埋在新灌筑的混凝土表面以下。在灌筑完毕的混凝土上表面通常将会出现一些外漏的骨料及10-30厘米厚的劣质混凝土，需要在施工完毕后除去。导管间距应在

实用范围内采取最小，即混凝土的塌落度一般控制在180-250毫米较为合适。该法的优点是设备简单、灌筑速度快、整体性好，不受水深和仓面大小的限制。另外，在该法基础上还发展了其它的技术改进方法，如柔性管法和液压阀法等，其主要特点是柔性管在水压的作用下能自动闭合，从而方便导管的提升、并可避免当管内中空时而造成的导管内返水事故。

（3）开底容器法：这是一种老式的、传统工艺。其原理是尽量保持混凝土拌合物与环境水的接触始终为同一表面。容器或吊桶中的混凝土顶部用帆布或防水油布覆盖；底部则沿水下地面打开以便使混凝土在不受搅动的情况下灌筑。该法只适用于小量的、零星的水下灌筑混凝土工程。同时要求混凝土保持较高的塌落度，与该法原理类似的还有在水运和水电混凝土工程中常采用的二种很实用的方法，二者都是采取由岸边向水中逐渐推进的顺序浇筑方法，每批续浇的混凝土均应倾注在已浇出水面的混凝土顶面之上，然后分别在内侧利用夯击或振掏等机械方法使混凝土外侧向水区逐渐扩展。该法在水深小于或等于5米、现场环境又允许的条件下非常适用，此时混凝土塌落度一般可取稍低一些，从而提高水下混凝土结构的整体性和抗冲刷能力。

（4）泵压法：该法利用混凝土输送泵作为主要施工机具，将拌合好的混凝土的输送及浇灌一次完成。可以灌筑出工作度良好及强度相当高的混凝土。然而，泵管的混凝土出口端需要埋入混凝土中恰好的深度，一般为30~40厘米，最深不超过1米，如果过浅，即可能发生水向管内倒流；若过深，则管内压力增大，潜伏着危险。而且并非所有的泵都能在该条件下操作而不出现堵管。泵管需要始终保持混凝土的流注状态，否则泵压的作用将会引起混凝土在其周围的流动失控。该法原理与垂直导管法相似，但使得导管的作用面积扩大，同时减少了灌筑导管的提升次数，且能够保持终灌阶段有足够的超压力。当需扩大水下灌筑混凝土的扩散面积时，还可用柔性软管与金属泵管的出口端相连接，而由潜水员在水下移动浇筑位置。泵压法需要专门的输送设备，要求有较大的灌筑强度和搅拌能

力，且一般不宜用于水深超过15米的情况。

（5）掺加外加剂方法：通过添加专用的混凝土外加剂——增稠剂，制成一种特殊的、具有一定粘稠程度的水下不分散混凝土，其在水下短距离自由下落时能够抵抗水的冲刷且无需振捣，能够在水下自流平、自密实，施工大为简化并使工期缩短，更重要的是减轻了对环境水的污染。最初这是一种小规模应用时很好的方法，混凝土浇灌设备还可以使用。该法在抗压强度为30~35MPa的特性范围内其造价大约比普通混凝土增加0.5~1倍。值得强调的是：近年来的工程应用表明，该法有与导管法或泵压法相结合的发展趋势，因为二者结合可以同时保证混凝土在灌筑过程中和灌筑以后均免受环境水的影响，在一些高标准重点工程、要求防止水域污染及高耐久性工程中非常适用。

水下不分散混凝土外加剂的应用至今已有近30年历史。它着眼于改善混凝土拌合物自身性能，利用聚胺类或纤维素类等具有线状高分子结构的聚合物材料，在水泥微粒之间起到凝聚和链接作用，这种絮凝和吸附作用在本质上改变了混凝土中微粒的接触表面。其抗分散性机理为：混凝土中的水溶性聚合物的通过氢键与部分拌合水结合，并以分子形式分散于拌合水中，因此拌合水被束缚于水溶性聚合物的网状结构里，从而变得非常粘稠。这非常粘稠的水又包裹了水泥颗粒和骨料，最终赋予混凝土中水泥和骨料即使受到水的冲刷作用仍难以分散的特性。

3 带水施工的质量控制

实验和工程实践表明：当增稠剂和流化剂共同作用时，能显著减少混凝土的泌水和沉降，确保水下混凝土的浇注质量。通过复合外加剂中各个组分的调配，可以适应各种施工条件和水下环境。水下不分散混凝土可以直接向水下浇筑，即使短距离于水接触也不会使混凝土离析，实现了水下施工的陆地化，在很大程度上降低了水下混凝土施工的风险性，

并对施工水域无污染。

水下不分散混凝土属于聚合物改性混凝土的范畴。如前所述，水下不分散混凝土材料和技术的成功开发和应用，为水下混凝土工程设计和施工提供了新的启示与有效的技术途径。水下不分散混凝土二个突出特点是其粘稠性强及流动性好，这是形成混凝土在水下抗水冲刷和自流平、自密实的关键。从混凝土配合比设计角度看，影响水下不分散混凝土质量的主要因素包括：对强度和耐久性来说是水灰比；对水下抗分散性来说是增稠剂的参量；对于新拌混凝土的和易性及可泵性来说是单位用水量、高效减水剂种类和掺量、砂率、粗骨料的大小等。由于加入增稠剂后使水的粘性提高，因此混凝土的单位用水量比普通混凝土稍大一些。

水下不分散混凝土由于其自身粘度增大，其流动度损失通常需要根据具体的施工情况加以调节和控制，这通常是通过调整外加剂中增稠、流化、引气及调凝等组分的配比来完成的。从国内应用的情况来看，水下不分散混凝土目前存在着价格较高、水泥用量大等缺陷，有待进一步研究。

4 结束语

施工技术方面主要是简化施工程序，缩短施工时间，降低工人劳动强度，环氧材料各种组份按比例包装，现场按包装拌料。降低环氧材料的粘度，使拌料更方便、更容易；而且环氧材料粘度降低之后，大大减轻了清洗的工作量。

各种水下混凝土施工方法中，应用最普遍的是导管法及在其基础上的改进方法，可用于大规模的、连续施工的水下混凝土工程，能够保证结构的整体性和设计强度。除了操作严谨和施工经验外，其它影响导管法施工质量的因素还有导管布置、浇灌顺序及混凝土的

流动性控制等。许多工程实践证明，随着水下混凝土距离导管越远、强度越有降低的倾向，因此导管间距应在实用范围内采用最小。各种施工方法都有其优势和不足，同时还都有其各自的适用范围，在方案设计时应该根据不同工程的技术经济要求、施工条件、现场和水下环境等进行综合的技术经济比较。水下混凝土的成败与否，与其说是在施工的理论方面，不如说取决于施工的精心程度和经验上，因此必须强调施工管理的重要性。对于系统的、大规模的水下混凝土施工方案，应考虑其相互关系。

水下混凝土施工的关键是依靠施工机具将环境与混凝土进行隔离，或者靠混凝土自身的粘聚性来抵抗与环境水接触后所引起的离析和冲刷，或者同时采用以上二类措施。我们认为：在流动水或水域较深的施工环境下，应强调添加水下不分散混凝土增稠剂来提高混凝土的质量，即采用机械法隔水措施与混凝土中添加增稠剂相结合、以提高混凝土在浇灌过程中和浇注以后的水下抗水洗性能。水下混凝土采取二种或二种以上措施似乎是工程发展的方向之一，以求最大限度地提高水下混凝土的质量和性能。

特别注意的是，水下灌筑的混凝土一般都不允许振掏，但也有在应用水下不分散混凝土时进行碾压或轻微振掏，也有在应用水下不分散混凝土时进行碾压或轻微振掏的施工情况。要注意水下混凝土在灌筑时的情况是不易观察到的，灌筑施工时被搅动的水下淤泥、部分被水冲洗掉的水泥及通常水底的黑暗环境将会使水下所有情况都变得朦胧。目前国内施工的水下混凝土添加增稠剂的不多，这对于水流相对静止的情况下还可以，但在流动水的条件下则很难保证混凝土质量，特别是对水下薄层混凝土更是如此。水下不分散混凝土在施工时无须一次达到设计标高，与水接触的混凝土表面也无须在凝固后予以清除。随着水下工程要求的不断提高，许多工程实践证明，添加一定量的增稠剂，对简化水下混凝土的施工和保证混凝土的质量多有好处。

水下不分散混凝土是近年来国内外一项新的技术成果，它在水中不离析、不分散、不

泌水、无需振捣，自流平自密实，而且保持了陆上80%以上的强度，被誉为“理想的划时代的全新混凝土”，是“混凝土技术的一场革命”。

参考文献：

[1]水运工程混凝土施工规范。JTJ268-96

[2]现代混凝土技术。同济大学出版社，1999

[3]水工混凝土外加剂技术规程。DL/T5100-1999

[4]水下不分散混凝土的研究和应用。水力发电学报，1994.