水下混凝土浇筑方法及冲坑修补工程施工论文
水下混凝土浇筑方法及冲坑修补工程施工论文
水电站和水库大坝水垫塘、消能工护坦等结构由于长期承担高速水流的消能工作，其底板很容易形成冲刷破坏，并且它们会随着时间的推移迅速发展扩大，形成冲坑、淘洞，从而对水库大坝的安全、稳定构成巨大威胁。针对这一类结构存在的问题，可采用水下钢筋混凝土锚固式结构进行修复及加固，水下混凝土的浇筑可采用导管法进行，这种结构以及先进的施工方法曾先后在湖南马迹塘水电站、云南曼湾水电站、四川龚嘴水电站等多个大型水电站的冲坑修补工作中得到运用，并且都取得了很好的效果。混凝土锚固式修复结构示意图如图1所示。这种钢筋混凝土锚固式结构的工作原理主要是钢筋网把新浇注的混凝土结合成高强度的整体，抗冲、抗裂、耐磨。同时，锚筋把新浇筑钢筋混凝土锚固结构牢牢地锚固到冲坑底部，抗冲、抗浮托，保证了修补结构的稳定性，解决了新老混凝土难结合成整体的问题。钢筋网和锚筋规格，可由计算或经验确定，但锚固深度不宜小于30cm。水下不分散混凝土一般采用UBW型，其强度等级一般不宜低于C20。水下冲坑修补的关键技术是植锚筋、架设钢筋网、浇筑水下不分散混凝土这三个环节。下面将从施工工艺选择实施过程进行详细介绍。
1浇筑方法选择
水下混凝土浇筑的方法很多，常用的有导管法、袋装法、吊罐法、升浆法。随着水下混凝土材料和浇筑工艺的改进，升浆法已很少采用。过去几年多用袋装法、吊罐法。近年在水下工程中出现了先进的导管法浇筑水下混凝土，值得推广。现将各种浇筑方法的特点对比如下。
1.1导管法
导管法浇筑是将混凝土拌合料通过导管出口，进入到初期浇筑的混凝土（作为隔水层）底部，新浇筑的混凝土顶托着初期浇筑的混凝土上升和向周边扩展的浇筑方式。导管法最大的优点就是浇筑连续性好，浇筑速度快，不易造成骨料分离，能够最大限度的满足施工和设计要求，施工设备简单易操作，浇筑成本低。采用导管法时，骨料的最大粒径要受到限制，混凝土拌和物需具有良好的和易性及较高的坍扩度，以达到自流平、自密实的浇筑效果。
1.2升浆法
升浆法是在水下清基、安放模板并封密接缝后，预先填放粗骨料，埋置输浆管，然后用砂浆泵压送砂浆由底层向顶层压送砂浆进行浇筑。升浆法浇筑水下混凝土，以前用于水下浇筑底板，使用的是陆上的普通混凝土，能达到设计强度。过去一般用于浇筑船坞底板，非干地施工的水闸底板，由于可以不用创造干地施工条件，可节省工程费用。升浆法浇筑水下混凝土的浇筑强度不高，不适宜用于高强度混凝土结构的浇筑；升浆法浇筑时，浇注压力不易控制，压力过大则会造成水泥浆的离析，堵塞管道，还会扰动预填骨料。而且水灰比要求严格，一般在0.15～0.17。
1.3袋装法
袋装法是将混凝土拌和物装入料袋，依次下放入水，浇筑在水中预定地点。袋装法施工方法和设备简单、方便，易于操作，料袋可以直接在混凝土表面浇筑，水下混凝土中的胶凝颗粒流失少，可以达到很高的水陆强度比；但浇筑速度慢，不适于大方量水下混凝土浇筑。
1.4吊罐法
吊罐法浇筑时，将拌制好的混凝土用吊罐装好，吊运至水下待浇筑仓内，然后打开吊罐底部的活动仓门，混凝土在自重的作用下到达浇筑部位，自流平不振捣，浇筑高度小于30cm为好。该法施工设备简单，易于操作，可以达到较高的水陆强度比，适合大、中方量和立面混凝土浇筑。问题是施工连续性差，浇筑速度较慢，且容易造成混凝土的骨料分离，混凝土浇筑质量和强度较难控制。根据以上综合对比分析以及水电站的交通条件、现场布置等实际情况，选用导管法进行水下混凝土浇筑最为理想。
2导管法浇筑的基本步骤
2.1冲坑清理
将冲坑内破损混凝土和碎石等杂物清理出冲坑以外，将零星混凝土块及卵石清除干净，露出混凝土原面或基岩面，表面清洗干净。同时对已出露的钢筋除锈，达到无锈痕、无锈斑，可以浇筑混凝土的.程度。
2.2布设钢筋网
为了增强被浇筑冲坑内新老混凝土的结合强度，并成为一个整体，在修补区域内要布设锚固筋；然后架设抗冲、限裂钢筋网，这道工序的步骤如下：
2.2.1钻锚筋孔
(1）钻孔。由潜水员用水下钻孔机在冲坑底部进行水下钻孔。
(2）洗孔。钻孔完毕后，用高压水枪把屑渣冲除干净。
2.2.2锚固钢筋洗孔完毕之后，在内部充填水下砂浆或水下环氧砂浆作为锚固剂，锚固钢筋。
2.2.3架立钢筋网待锚固剂硬化12h后，将在岸上已绑好的双向钢筋网整体吊放下水就位，钢筋网布置在新浇水下混凝土的上部，钢筋网与插筋之间、新老钢筋网之间用水下电焊联接。
2.3架立模板
对损坏部位修补需架立钢模板时（立面浇筑），模板可采用钢板和角钢拼接而成的钢模板，或用木板和角钢制成的钢木模板，并与锚固钢筋用电焊连接作模板支撑。
2.4浇筑
2.4.1导管定位前期准备、处理工作完成后，在作业船适当位置安装导管，并调试起吊设备，调试工作完成后，将作业船移动至待浇筑区域进行定位。定位可分为两个步骤：
(1)作业船初步定位。作业船上工作人员根据冲坑大概位置，调整作业船位置使其尽量处于冲坑的正上方；
(2)水下精确定位。作业船初步定位完成后，潜水员入水进行水下精确定位，水上水下同时进行，确保导管出料口处在浇筑仓内适当位置、导管倾角合适并且不渗水的软袖管能够平铺到冲坑内，便于浇筑时形成埋管浇筑。调整完成后用缆绳将作业船固定，避免浇筑过程中作业船发生移动，影响浇筑质量及浇筑效率。
2.4.2开始浇筑浇筑作业开始之前仔细检查整个浇筑系统是否正常，然后开始进行浇筑。在浇筑第一斗混凝土之前，把直径略小于导管内径的软质浮力通球投放在导管内，通球浮在水面；然后将已拌制好的混凝土通过运料斗运送至浇筑地点，再进入到导管。导管内的混凝土与通球接触，并推动通球下移。在下移的过程中，混凝土由于有球体的隔离，不与水接触，不受混凝土下降时水流的冲刷，混凝土中的胶粘颗粒不受损失，大大有利于水下混凝土水陆强度比的提高。通球到底后，经过软袖管出水，由于软袖管是平卧在基底上，混凝土不会全部流出，把不渗水的软袖管封堵住，导管内形成无水环境。用同样的方法进行通球浇筑2次～3次，便可将不渗水的软袖管埋在混凝土里，形成埋管浇筑。即便是不连续浇筑，中途停止时，导管内也无水。这种先进的浇筑方法，既避免了水流对流态混凝土的冲洗，也避免了浇筑过程中的骨料离析，能够最大限度的满足施工要求、保证施工质量。在浇筑过程中，要随时用手电筒检查管内情况，做到导管不漏水、不返水。如果发现导管内有水，应立即使用通球法，同时检查软袖管并把它埋好再继续进行浇筑。
3正常浇筑作业时的工艺控制及注意事项
3.1混凝土倒入
应使混凝土徐缓的倾倒进承料漏斗，防止不连续倒入，致使导管内空气不能即时排除而产生高压气囊。
3.2随时检查
在浇筑过程中要随时做水上和水下检查。水上检查导管壁是否由于混凝土浆粘挂在管壁上形成堵塞，并及时疏通；水下检查导管出料口是否始终处于埋没状态，并及时调整使导管出料口埋深大于30cm。同时检查模板漏浆情况，并及时封底堵漏。
3.3导管调节
随着水下混凝土浇筑面的上升，随时调节导管在水中的角度和导管出料口的埋入深度，保证埋入深度大30cm。如果发现翻水，应该再用浮球法进行浇筑。
3.4调整浇筑区域
在浇筑区域,混凝土浇筑到设计高度后，移动作业船，进行下一区域的浇筑。同时在第一罐浇筑时应该再放入浮球进行重新埋管浇筑。
4结语
导管法浇筑水下混凝土的质量，和混凝土浇筑前的准备工作是否充分，混凝土配比是否合适，砂石级配是否最佳，导管埋深是否适中，混凝土面上升情况，以及浇筑后的保护等工作是否全面密切相关，只有做好以上几方面的工作才能保证水下混凝土的浇筑质量。