付繼承 周 祥

1 工程概況

上海引水三期取水泵站工程位于陳行水庫北堤外緣，長江南岸的灘地及水域地帶。其結(jié)構(gòu)組成包括:泵站及配套工程;取水頭及基礎(chǔ);重力進(jìn)水管;出水管;引橋;消力池等。泵房為內(nèi)徑46 m的圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵站主體部分離長江大堤距離約100 m，離上游老取水泵站100 m左右，泵站施工區(qū)域在平均低水位時(shí)水深為3 m左右。該工程總體的施工方案為:先水上施打泵站主體的PHC管樁和鋼管樁，完成樁基施工，再進(jìn)行4道鋼環(huán)梁的安裝，作為鋼板樁施工的內(nèi)導(dǎo)向和支撐，完成鋼板樁圍堰的施工，鋼板樁圍堰形成以后進(jìn)行圍堰內(nèi)吸泥工作，接下來進(jìn)行泵房圍堰的封底工作，封底成功以后抽水進(jìn)行泵房主體鋼筋混凝土的干施工。

2 封底混凝土的技術(shù)要求

1)具有較好的和易性。水下封底混凝土不可能采用振搗進(jìn)行密實(shí)，而是依靠混凝土本身的自重和流動(dòng)性進(jìn)行攤平密實(shí)，因此水下澆筑混凝土的拌合物有坍落度、擴(kuò)散度和粘聚性的要求，即坍落度均勻下沉，坍落的錐體邊緣具有圓的形狀，且不易流出水泥薄漿［1，2］。2)較小的泌水性。試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明，泌水率為1.2%～1.8%的混凝土具有較好的粘聚性。實(shí)際施工時(shí)混凝土控制在5 h內(nèi)沒有泌水。3)混凝土應(yīng)具有良好的流動(dòng)性保持能力。混凝土拌合時(shí)，坍落度控制在18 cm～22 cm范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)混凝土的流動(dòng)性保持能力為不小于5 h。4)混凝土的容重要求。水下混凝土主要靠自重排開倉面的環(huán)境水或泥漿而進(jìn)行攤平，因此有容重要求，混凝土的容重設(shè)計(jì)應(yīng)為2 345 kg/m3。5)混凝土的初凝時(shí)間。受攪拌能力的限制，混凝土必須在20 h內(nèi)澆筑完畢，故混凝土的初凝時(shí)間設(shè)計(jì)為不小于20 h。

3 封底混凝土施工前的準(zhǔn)備

3.1 封底混凝土的施工工藝

封底施工的總體工藝流程為:封底分倉模板的安裝，搭設(shè)封底平臺，安裝中心集料斗、導(dǎo)管及溜槽的安裝，按順序進(jìn)行導(dǎo)管水下封口，補(bǔ)料，直至混凝土面達(dá)到標(biāo)高［3］。本次封底混凝土方量大，受施工現(xiàn)場水域水深等因素的影響，不考慮大型攪拌船而采用商品混凝土進(jìn)行封底施工，為降低封底的風(fēng)險(xiǎn)，確保封底混凝土的澆筑質(zhì)量，確定施工方案時(shí)將整個(gè)封底混凝土的施工分成四個(gè)區(qū)，相鄰區(qū)域間用隔倉模板進(jìn)行隔離，每個(gè)倉的混凝土約1 250 m3。

混凝土的儲備及輸送采用各個(gè)澆筑區(qū)域設(shè)置中心集料斗、經(jīng)溜槽按順序?qū)⒒炷练峙渲粮鳚仓课坏膶?dǎo)管內(nèi)，進(jìn)行水下混凝土澆筑。

3.2 導(dǎo)管的選擇及布置

導(dǎo)管選用直徑250 mm、采用無縫鋼管作為導(dǎo)管，導(dǎo)管長度為16.3 m，導(dǎo)管上口接1 m3的小料斗，料斗用型鋼固定在平臺上。導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水密試驗(yàn);導(dǎo)管安裝時(shí)每個(gè)接頭需進(jìn)行預(yù)緊檢查，固定完成后導(dǎo)管底口離泥面的頂面20 cm。

導(dǎo)管的布置按以下原則進(jìn)行:

1)單根導(dǎo)管的作用半徑按照4.5 m考慮，全部導(dǎo)管的作用范圍覆蓋整個(gè)混凝土澆筑區(qū)。2)導(dǎo)管與PHC管樁外側(cè)壁盡量保證一定的距離，利于混凝土的均勻擴(kuò)散。經(jīng)計(jì)算單次混凝土封底需導(dǎo)管13根才能滿足施工需要。

3.3 施工需確定的參數(shù)

3.3.1 首批混凝土方量

水下封底混凝土要做到連續(xù)澆筑，在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)做到各施工面的搭接，水下混凝土的澆筑速度不宜過低，更不能中斷，因此攪拌站的攪拌能力不小于倉面每小時(shí)澆筑強(qiáng)度的1.5倍。

導(dǎo)管澆筑時(shí)，倉面每小時(shí)澆筑強(qiáng)度計(jì)算公式:

其中，Q為倉面每小時(shí)澆筑強(qiáng)度，m3/h;n為倉面導(dǎo)管數(shù)，取13根;q為一根導(dǎo)管要求的混凝土小時(shí)供應(yīng)量，m3/h;Rt為一根導(dǎo)管的作用半徑，取4.5 m;F為一根導(dǎo)管的控制面積，經(jīng)過計(jì)算為37.74 m2;th為流動(dòng)性能保持指標(biāo)，取5 h。

經(jīng)過計(jì)算，攪拌站的攪拌能力不小于110 m3/h。

而首批混凝土方量計(jì)算采用下列公式:

其中，R為導(dǎo)管的作用半徑，取4.5 m;d為導(dǎo)管的直徑;Hc為首批混凝土澆筑高度;h1為混凝土達(dá)到Hc時(shí)導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱與管外水壓平衡的高度，m。

經(jīng)計(jì)算，V=13.03 m3?？紤]1∶8的擴(kuò)展坡度，流動(dòng)半徑取4.8 m，則V=14.76 m3。施工中在圍堰中央布置一個(gè)15 m3的中心集料斗，能滿足一根導(dǎo)管的首封要求。

3.3.2 每根導(dǎo)管作用半徑的驗(yàn)算

由于流動(dòng)性保持時(shí)間th內(nèi)，澆筑在倉面內(nèi)的混凝土與水下混凝土錐容積相等，則:

其中，th為水下混凝土拌合物流動(dòng)性保持指標(biāo)，5 h;Rex為水下混凝土的極限擴(kuò)散半徑，m;I為水下混凝土上升速度，計(jì)算為0.150 m/h;i為擴(kuò)散半徑平均坡度，取 1∶8。

經(jīng)計(jì)算，Rex=18 m。

錐體周邊的混凝土經(jīng)歷時(shí)間接近th時(shí)達(dá)到，還處于流動(dòng)性狀態(tài)，混凝土開始離析，且質(zhì)量惡化。因此導(dǎo)管的作用半徑應(yīng)小于Rex。宜采用0.4倍～0.5倍的極限半徑作為允許最大作用半徑。此時(shí)采用4.5m的作用半徑是可行的。

3.4 隔倉模板

封底分倉為以泵房中心為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行分隔，隔倉模板用鋼板制作，利用工程樁作為隔倉模板的支撐，分四個(gè)倉進(jìn)行封底混凝土澆筑。隔倉模板高2.5 m，長度自5.3 m～10 m不等，總長為25 m×2塊，每塊模板潛水員用螺栓進(jìn)行水下安裝。

4 封底混凝土的澆筑

1)首封順序?？偟捻樞?從隔倉模板交界處開始向鋼板樁圍堰邊推進(jìn)，對已經(jīng)封底的導(dǎo)管按先后順序每隔1 h補(bǔ)料一次，不少于2.0 m3，保持混凝土的流動(dòng)性。在首封前，用測錘從導(dǎo)管內(nèi)測出導(dǎo)管下口與泥面的距離，調(diào)整其距離至20 cm左右開始首封。

2)開始澆筑。為減少混凝土被導(dǎo)管中積水的稀釋時(shí)間，在開澆階段應(yīng)集中澆筑力量向一根導(dǎo)管布料，直至該導(dǎo)管被混凝土埋至一定的深度，才澆筑第二根導(dǎo)管，一般為該導(dǎo)管周邊的混凝土流動(dòng)性較弱為止。導(dǎo)管封口完成后，按規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)料，同一導(dǎo)管兩次灌入混凝土的時(shí)間間隔控制在60 min以內(nèi)，以保持混凝土的流動(dòng)性［4］。

3)測量。封底混凝土施工前，按20 m2左右布設(shè)一個(gè)測點(diǎn)，澆筑混凝土?xí)r做好測深、導(dǎo)管原始長度、測量基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高等記錄，繪制混凝土上升圖，記錄每根導(dǎo)管首封時(shí)間、停歇時(shí)間、完成時(shí)間，同時(shí)每根導(dǎo)管封口結(jié)束后應(yīng)及時(shí)測量其埋深與流動(dòng)范圍，并做好詳細(xì)記錄。

4)混凝土正常灌注。因封底混凝土厚僅2.5 m，為保證導(dǎo)管有一定埋深，混凝土灌注順利時(shí)，一般不隨便提升導(dǎo)管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴(yán)格控制在20 cm～30 cm。提升導(dǎo)管采用塔吊進(jìn)行，由起重工統(tǒng)一指揮。灌注過程中，根據(jù)灌注量，每隔一定時(shí)間測一次標(biāo)高，用以指導(dǎo)導(dǎo)管下料，使混凝土均勻上升。

5)終澆。封底混凝土頂面標(biāo)高－9.6 m，根據(jù)現(xiàn)場測點(diǎn)實(shí)測混凝土高程，確定該點(diǎn)是否終澆，終澆前上提導(dǎo)管適當(dāng)減少埋深，盡量排空導(dǎo)管內(nèi)混凝土，使其表面平整?；炷翝仓R近結(jié)束時(shí)，全面測出混凝土面標(biāo)高，根據(jù)測量結(jié)果，對混凝土面標(biāo)高偏低的測點(diǎn)附近的導(dǎo)管增加灌注量，直至所測結(jié)果滿足要求。當(dāng)所有測點(diǎn)的標(biāo)高滿足控制要求后，結(jié)束封底混凝土灌注。上拔導(dǎo)管，沖洗堆放。上拔導(dǎo)管時(shí)要邊插邊拔，防止上拔速度過快，使導(dǎo)管的混凝土堆積在導(dǎo)管口附近，使混凝土面不平，增加抽水后鑿平混凝土的難度。

5 封底混凝土施工注意事項(xiàng)

5.1 未初凝混凝土面上進(jìn)行首封

在澆筑混凝土?xí)r，因?qū)Ч苁追夂脱a(bǔ)料較多，致使混凝土淹沒了相鄰的導(dǎo)管口，就需要在尚未初凝的混凝土面上開設(shè)新的首封。施工中采用了直接澆筑加密導(dǎo)管或水泵抽出導(dǎo)管的積水再澆筑混凝土，抽水干施工后封底效果顯示無滲水現(xiàn)象［5］。

5.2 導(dǎo)管內(nèi)返水返漿

當(dāng)混凝土面上升速度較慢，或終澆階段混凝土上升較慢，單純的用較少導(dǎo)管埋深來解決，均容易造成導(dǎo)管埋深不足以抵抗環(huán)境水壓力，使水進(jìn)入導(dǎo)管。提管不慎，過于迅速，加大導(dǎo)管內(nèi)混凝土的沖力;或提管過高，甚至導(dǎo)管口脫離混凝土面，或被外界水壓力定穿，在施工中經(jīng)常碰到。提升導(dǎo)管要緩慢，提升前核定導(dǎo)管的埋深，提升時(shí)導(dǎo)管內(nèi)的混凝土可能不動(dòng)，但一經(jīng)流動(dòng)，應(yīng)迅速下降導(dǎo)管。導(dǎo)管內(nèi)有少量積水時(shí)，可以立即下插導(dǎo)管，防止繼續(xù)進(jìn)水。若導(dǎo)管進(jìn)水比較多應(yīng)立即拔出導(dǎo)管，另行首封。

5.3 封底混凝土防上浮措施

在鋼板樁圍堰施工中選擇4根鋼板樁，每根鋼板樁施打前設(shè)置一個(gè)連通閥，用來保證圍堰內(nèi)外的水位差。連通閥的標(biāo)高選擇在+1.0 m(最低潮位1.2 m)。圍堰抽水前保持連通閥處于連通狀態(tài)，使圍堰內(nèi)外水壓差一樣，保證圍堰和封底混凝土的安全。待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，潛水員安裝連通閥的封孔板，截?cái)鄧邇?nèi)外的水流連通［6］。

6 結(jié)語

圍堰水下封底混凝土的施工難點(diǎn)和重點(diǎn)是要保證封底結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和整體性，封底混凝土要求有良好的流動(dòng)性，一般要保證混凝土的流動(dòng)半徑達(dá)到5.5 m～6.5 m，同時(shí)在封底混凝土施工中要統(tǒng)一協(xié)調(diào)和指揮，要有專人進(jìn)行水下混凝土的標(biāo)高測量，隨時(shí)掌握混凝土的上升標(biāo)高。

上海引水三期取水泵站封底混凝土施工，通過將整個(gè)區(qū)域分為四個(gè)倉，化整為零進(jìn)行施工，降低每次封底混凝土的澆筑強(qiáng)度，采用商品混凝土封底，有效規(guī)避了施工水域無法布置大型船舶的難題，整個(gè)施工方案合理周詳，措施得當(dāng)，保證了封底混凝土的順利澆筑。抽水后，混凝土無滲水現(xiàn)象，止水效果非常好，封底混凝土面比較平，基本不用鑿平混凝土面。鉆芯取樣，混凝土的密實(shí)效果較好，無夾渣、夾泥現(xiàn)象，封底非常成功，同時(shí)節(jié)約近200萬元的施工成本。

［1］董廣文.南京大勝關(guān)長江大橋主橋8號墩鋼吊箱圍堰封底施工［J］.橋梁建設(shè)，2009(1):1-3，6.

［2］黃增財(cái)，楊江虎，吳 健.鋼套箱封底混凝土與鋼管樁間的握裹力分析［J］.公路，2006(9):84-87.

［3］劉幸福.拉薩河特大橋圍堰封底混凝土樁周堵漏技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2005(5):49-50.

［4］高平原.上海長江大橋基礎(chǔ)工程承臺水下封底混凝土施工技術(shù)［J］.水運(yùn)工程，2009(5):143-148.

［5］王海琴，王光勇.瀘州長江大橋3號墩水下封底混凝土施工［J］.鐵道建筑，2002(3):25-26.

［6］向道明.鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)和施工［J］.橋梁建設(shè)，2003(3):64-65，78.