水下混凝土施工工法課件

1、水下混凝土施工工法完成單位 中國葛洲壩集團第二工程有限公司主要完成人 余炳福 劉江平 陳光國 魏義民 黃先梁 12目 錄1、前言12、工法特點13、適用范圍24、工藝原理25、施工工藝流程及操作要點26、材料與設(shè)備87、質(zhì)量控制108、安全措施119、環(huán)保措施1210、效益分析1311、應用實例13水下混凝土施工工法中國葛洲壩集團第二工程有限公司余炳福 劉江平 陳光國 魏義民 黃先梁1、前 言將拌制的高流態(tài)混凝土用工程的手段送入水下預定部位成型和硬化，這一過程稱為水下混凝土施工。這是一種在修建圍堰難度較大或不可行的情況下，采用的一種施工方法。山西天橋水電站是黃河上最后一座險壩，除險加固工程包括

2、新增混凝土建筑物：新增2孔泄洪閘及4孔排沙底孔，位于原泄洪閘右側(cè)混凝土重力壩段，緊靠原閘，閘寬64.0m。泄洪閘單孔凈寬13.5m，排沙底孔單孔凈寬4.5m；新增土壩加高：原土壩壩頂高程為836.0m，除險加固后的壩頂高程為836.7m，并增加防浪墻、排水孔等項目。除險加固工程的工程等別為等，工程規(guī)模為中型。工程緊鄰老泄水建筑物，地形地質(zhì)條件極為復雜，為確保除險加固項目在干地施工，需修建圍堰，形成施工基坑。圍堰設(shè)計時既要考慮不占壓基坑施工區(qū)域，又要不占壓原泄水通道，通過采用水下混凝土圍堰實現(xiàn)這一目的。在實施中進行檢查、總結(jié)，并會同業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理共同進行評估、改進和補充。逐步形成了 “水下混凝

3、土施工工法”，以此指導后續(xù)工程施工。目前運用本工法已完成。項目2、工法特點2.1 設(shè)計水上作業(yè)平臺2.2設(shè)計水下組合大模板2.3混凝土配合比設(shè)計2.4水下施工流程 3、適用范圍本工法適用于必須水下施工的圍堰、護岸工程。4、工藝原理水下混凝土用于修建圍堰不僅解決了占壓河道、工程量大工期緊等問題，且與陸地常規(guī)混凝土施工相比，可避免水下基礎(chǔ)開挖，特別是對臨近建筑物得水下開挖施工難題。水下混凝土施工的特點主要包括以下幾個方面：（1）所有施工項目基本都處于水下施工，全憑潛水員施工經(jīng)驗摸索進行，對施工人員技能水平要求較高。（2）對混凝土穩(wěn)定性要求高，水下混凝土是在與環(huán)境水隔離的條件下施工，為減少水的不利影

4、響，保證澆筑過程不中斷，混凝土要達到有足夠的流動性、抵抗泌水性和抗分離等穩(wěn)定性。（3）導管法入倉技術(shù)要求高，要根據(jù)混凝土的性能確定導管型號、導管平面布置、受料斗距離水面最低高度、首次下料方量、以及導管提升速度等參數(shù)。（4）混凝土質(zhì)量難以全面控制，混凝土質(zhì)量只能從原材料和混凝土拌制過程控制，澆筑過程無法直觀的了解澆筑質(zhì)量，特別是對抗?jié)B要求較高的結(jié)構(gòu)。本工法依據(jù)水下混凝土施工特點結(jié)合以往水下混凝土施工經(jīng)驗，從水下混凝土施工工藝入手。較為系統(tǒng)的歸納總結(jié)了各項施工工藝的要點。5、施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程施工準備 淤泥開挖 水上操作平臺搭設(shè) 組合大模板制作安裝基巖面清理 水下錨桿、插筋

5、施工 導管配置 混凝土澆筑5.2施工準備5.2.1根據(jù)設(shè)計施工圖以及現(xiàn)場地形的實際情況，布設(shè)施工控制點。水上控制點位采用浮標做標記，并將相應的點或線延伸引致陸路。施工準備階段控制點主要用于控制開挖范圍，組合模板安裝時應從新測放，采用邊定位邊校核的方法。5.3淤泥開挖5.3.1淤泥開挖分水上部分開挖和水下部分開挖。水上部分開挖直接采用反鏟配合自卸汽車，并完成水面以下3.0m部分的開挖。水下部分開挖采用1艘1m3的抓揚式挖泥船，2艘30m3開底駁，并配備交通艇1艘，按從中間向兩邊開挖順序施工。開挖后的淤泥用60m3的開底船運到指定棄渣地點。5.3.2淤泥開挖施工要點黃河河水含沙率大，流速快，在庫區(qū)

6、內(nèi)形成回流逐漸沉淀形成較厚的淤積層。水下部分為淤泥，并具有一定的粘性，且隨著淤積深度的增大，含水量逐漸減小，粘性逐漸增大。水上部分為沙壤土，土質(zhì)顆粒均勻，具有一定的強度，但遇水即軟化。水下部分開淤泥開挖范圍距離結(jié)構(gòu)線應不小于2.0m，防止結(jié)構(gòu)部位開挖完成，周邊淤泥重新淤積。水上部分開挖形成穩(wěn)定邊坡，防止施工過程發(fā)生垮塌現(xiàn)象。水下部分淤泥開挖可依據(jù)出采砂船沙鏈斗的出沙情況，判斷是否開挖至基巖面，當鏈斗內(nèi)出渣為泥漿，則未開挖至基巖面；當鏈斗內(nèi)出渣為渾水，則說明開挖至基巖面。5.4水上操作平臺搭設(shè)5.4.1采用6只浮箱631.5m拼裝成長12m寬10m（內(nèi)凈4m）的澆筑船，澆筑船上布置一只1.5m3

7、的集料斗和6根鋼導管，導管的作用半徑是3.5m，因此，重力式墩橫向斷面（寬8m）布置二根導管，縱向斷面（長12m）布置3根，間距4m，平臺的搭設(shè)通過計算確定材料，保證有足夠的強度和剛度。兩條澆筑平臺在施工時可以交叉使用。5.4.2水上操作平臺施工要點1）水上操作平臺必須四周設(shè)安全防護欄。2）水上施工人員勞保著裝整齊，必須穿戴救生衣，并在現(xiàn)場配備一定數(shù)量的救生圈，做好防凍、防滑工作。3）操作平臺上的材料、機具必須有可靠的防護，預防材料、設(shè)備因防護不充分在操作平臺承載或卸載過程上下浮動造成損失。同時機具設(shè)備起吊必須專人指揮，并通知平臺上的操作人員站穩(wěn)扶好。5.5組合大模板吊裝5.5.1根據(jù)倉面尺寸

8、，在加工場采用鋼板和型鋼加工可拆卸的組合式模板。模板運至現(xiàn)場后，在陸地上用螺栓連接。模板間設(shè)置穿拉條，采用16圓鋼按70cm70cm的間排距，呈梅花形布置，加強模板的整體穩(wěn)定性。模板拼裝完成用25T汽車吊將組合大模板轉(zhuǎn)到水上操作平臺，并在模板四周設(shè)置定位纜繩，再由浮吊安裝就位。經(jīng)測量驗收校核，模板滿足設(shè)計要求后，在組合模板底部打定位樁，焊接牢固。模板底部的間隙采用木板及沙袋等進行封堵。5.5.2組合模板施工要點1）加工組合模板的鋼板、型材的質(zhì)量必須滿足相關(guān)規(guī)范要求。2）嚴格按照模板設(shè)計圖進行加工制作，構(gòu)建之間焊接包滿，母材沒有受損。3）組合模板吊裝必須由專人指揮，5.6基巖面清理5.6.1由潛

9、水員配高壓水槍，入倉沖刷擾動局部采砂船無法完全開挖完的淤泥，清淤管（虹吸管）吸渣并送至倉外下游。5.6.2基巖面清理施工要點淤泥受到開挖擾動影響，部分淤泥被重新“溶解”，細顆粒懸浮于水中形成泥漿。當周圍擾動停止后部分顆粒重新沉淀聚集，形成“泥漿層”，剛形成的“泥漿層”不具有粘性。基巖面清理主要針對“泥漿層”，根據(jù)“泥漿層”特性采用“固定區(qū)域內(nèi)抽換法”。即組合大模板按照設(shè)計的倉位尺寸安裝完成形成一定施工區(qū)域，再由潛水員配高壓水槍入倉沖洗擾動“泥漿層”，同時打開操作平臺上的泥漿泵，將倉內(nèi)的渾水抽至倉位下游。大模板阻隔倉外的淤泥涌入，新的補給水進一步“稀釋”倉內(nèi)泥漿，進而達到倉內(nèi)基巖面清理。5.7水

10、下錨桿施工5.7.1水下錨桿施工：錨桿主要作用增大混凝土與基礎(chǔ)的結(jié)合力以及用于焊接拉條加固模板。采用HPR20294型的液壓動力鉆鉆孔，鉆孔直徑為45mm，成孔后采用高壓水槍進行清孔，并檢查孔深、孔內(nèi)清理是否滿足施工要求，然后在安放錨固劑、插桿的工藝施工。5.7.2錨桿施工要求1）鉆孔孔位偏差不大于10cm，孔軸線應沿結(jié)合面法線方向，偏斜偏差小于5，孔徑5cm，孔深應符合設(shè)計要求，允許偏差應不大于5cm。2）錨固劑采用藥卷式水下錨固劑，進場后進行抽樣檢查，檢驗合格后方能進行使用。5.8導管配置5.8.1水下混凝土屬于特種混凝土，采用導管法將拌制合格的混凝土送人水下預訂部位成型硬化。整個混凝土澆

11、筑過程無法振搗，主要依靠下料導管內(nèi)混凝土的自重壓力自行密實。因此導管的密封性良好與否、導管長短配置在其提升拆卸過程難易情況等，都影響混凝土澆筑。導管選用250mm鋼管，導管之間采用套接，增強導管的密封性。導管長度選用2.0m和0.5m兩種規(guī)格，最低部選用2.0m的長導管，在接兩節(jié)0.5m短導管，然后長短間隔布置接出倉外。導管底部距離基巖面不大于0.5m。根據(jù)倉面的大小不設(shè)導管套數(shù)，導管的間距不大于4.0m，且導管距離結(jié)構(gòu)邊線不小于1.5m。5.8.2導管配置施工要點1）導管管徑與澆筑強度和骨料最大粒徑有關(guān)，導管直徑應不小于骨料最大粒徑的4倍。2）導管的平面布置與混凝土的擴散半徑有關(guān)，一套導管的

12、控制面積不宜超過30m2，并且在澆筑塊最低部位不設(shè)專門的下料管。3）導管安裝前應進行壓水檢驗，水壓力應大于滿管混凝土是的最大壓力，且管身與接頭不得漏水。4）導管各節(jié)通過法蘭盤用螺栓連接，螺栓練接要可靠，隨混凝土澆筑上升在導管逐節(jié)拆除。5.9混凝土澆筑5.9.1混凝土采用6m3攪拌車配IPF-85B2型混凝土泵機送人收料斗，由受收料斗經(jīng)下料導管入倉。根據(jù)水下混凝土的特性，澆筑過程應盡量減少甚至避免混凝土直接與水接觸，影響混凝土質(zhì)量。因此首批入倉的混凝土量必須確保導管底部具有一定的埋深，保證后續(xù)入倉混凝土是通過擠壓的方式連續(xù)不斷的抬升先澆筑混凝土面，避免與水接觸，同時達到擠壓密實混凝土。導管的埋深

13、根據(jù)導管間距與混凝土擴散坡率（砼試驗確定）的乘積來確定。再根據(jù)混凝土擴散范圍和埋深確定首批入倉的混凝土量。水下混凝土是靠下料導管內(nèi)外的壓力差來達到密實效果，同時保證混凝土下料通暢，不出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，通過控制下料導管距水面的最小高度來控制。根據(jù)公式：Ha=P-（RC-RW）Hac/Rc 式中： P導管底部的最小超壓力取7.5T/m2. Rc水下混凝土的容重取2.4T/m3。 Rw水的容重取1T/m3。 Hac水面至己澆筑混凝土面的高度，取最小值0m。則下料導管距離水面的最小高度為3.0m。5.9.2混凝土施工要點1）混凝土開始澆筑時，為避免堵管，先用水泥砂漿潤滑泵管。水泥砂漿用量根據(jù)輸送泵管長度確

14、定。2）混凝土澆筑應連續(xù)，若澆筑間隙時間過長或澆筑過稱導管脫空導致停倉，均應按施工縫處理。3）根據(jù)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的供應能力進行倉面劃分，同時澆筑量控制在白班時段能完成。單層倉位應跳倉施工，減少組合模板的安裝工程量，相鄰層倉位必須進行錯縫，錯縫長度不小于1.5m。水平和垂直施工縫上應設(shè)置過縫插筋，過縫插筋設(shè)計參數(shù)為201500呈梅花型布置。4）施工過程派專人進行下料指揮，在保證混凝土澆筑連續(xù)性的條件下，根據(jù)實際澆筑方量和導管提升、拆卸長度控制導管埋深；各個導管應輪流下料，確?；炷撩婢鶆蛏仙?，防止出現(xiàn)覆蓋產(chǎn)生堰體空洞。5）收倉階段由于隨混凝土澆筑面的上升，導管內(nèi)外的壓力也隨之減少，下料難度增大，

15、為達到預定的澆筑高程，避免產(chǎn)生欠澆、高差過大等缺陷，采用加大入倉混凝土的坍落度、經(jīng)?；顒酉铝蠈Ч芤约案挠密浌芟铝系确绞健?）混凝土澆筑過程必須嚴格控制混凝土的質(zhì)量，受原材料、配料、攪拌及施工組織等各方面的原因，混凝土的和易性難免受到影響，采用和易性較好、坍落度損失較小的配合比，入倉的混凝土坍落度不小于18cm。7）混凝土凝固后要鑿除與水接觸部位強度不滿足要求部分。6、材料與設(shè)備6.1混凝土主要施工材料水泥：選用滿足通用硅酸鹽水泥GB175-2007標準的P.C32.5水泥。粉煤灰：選用滿足用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005標準的級粉煤灰。砂：采用滿足建筑用砂GB/T14684

16、-2001標準中II類砂的要求的天然砂。天然砂。骨料：采用人工骨料，質(zhì)量標準滿足建筑用卵石、碎石GB/T14685-2001標準中I類碎石的品質(zhì)要求。外加劑：外加劑品質(zhì)應符合混凝土外加劑（GB8076-1997）要求，不同品種外加劑應分別儲存，在運輸與儲存中不得相互混裝，以避免交叉污染。6.2施工主要機具見表6-1。表6-1 主要機具設(shè)備表序號設(shè)備名稱型號單位數(shù)量備注1水下測儀套12潛水裝具TF-12套4輕裝、重裝3空壓機0.9套3潛水專用4直流焊機500A臺25水下割焊矩SWH-套26高壓水泵1.0MPa臺27浮舶631.5只208泥漿泵臺59電焊機300A臺310經(jīng)緯儀J2臺211水準儀D

17、SC240臺112運輸車10T輛113泵車IPF-85B2輛1每小時60m314砼運輸車6m3輛27、質(zhì)量控制7.1質(zhì)量控制標準7.1.1所有老混凝土面碳化層應全部鑿除。新增鍵槽位置、結(jié)構(gòu)尺寸、鍵槽長短邊方向和間距滿足設(shè)計要求。7.1.2碳化層鑿除應在鑿除面按2m2m的網(wǎng)格設(shè)置，預留面積約為25m2的檢驗墩檢測鑿毛深度，經(jīng)驗收合格后應鑿除檢驗墩。7.1.3碳化層鑿除應重點檢查碳化層是否清除、鑿除深度是否滿足最小值要求。質(zhì)量檢查標準按表7.1.3執(zhí)行。表7.1.3 碳化層鑿除質(zhì)量檢查標準表序號項 目質(zhì) 量 標 準備注1碳化層全部清除2鑿除深度所有結(jié)合面最小鑿除厚度不小于20mm3混凝土表面無破碎

18、及松動骨料和混凝土塊、殘碴及污物7.1.4新增鍵槽應重點檢查鍵槽位置、尺寸，鍵槽表面質(zhì)量。新增鍵槽質(zhì)量檢查標準見表7.1.4表7.1.4 新增鍵槽質(zhì)量檢查標準表序號項 目質(zhì) 量 標 準備注1鍵槽尺寸滿足設(shè)計文件要求，輪廓誤差不超過30mm。2鍵槽表面無機械或爆破裂隙，無殘留切口或鉆孔，無破碎及松動骨料及混凝土塊7.1.5止?jié){片型式、尺寸應符合施工圖紙要求，其拉伸強度、斷裂伸長率及抗老化性能等均應符合設(shè)計要求；其拉伸試驗應按國家標準進行。7.2質(zhì)量保證措施7.2.1建立質(zhì)量控制網(wǎng)，健全質(zhì)量管理體系。見下框格圖：施工技術(shù)部負責人總工程師質(zhì)量保證部負責人其他部門負責人現(xiàn)場施工人員專業(yè)技術(shù)人員專職測量

19、人員專職質(zhì)檢員材料質(zhì)檢員計劃統(tǒng)計員機械管理員施工作業(yè)層專(兼)職質(zhì)檢員專職試驗人員7.2.2混凝土澆筑過程必須嚴格控制混凝土的質(zhì)量，受原材料、配料、攪拌及施工組織等各方面的原因，混凝土的和易性難免受到影響，采用和易性較好、坍落度損失較小的配合比，入倉的混凝土坍落度不小于18cm。7.2.3施工過程派專人進行下料指揮，在保證混凝土澆筑連續(xù)性的條件下，根據(jù)實際澆筑方量和導管提升、拆卸長度控制導管埋深；各個導管應輪流下料，確?；炷撩婢鶆蛏仙?，防止出現(xiàn)覆蓋產(chǎn)生堰體空洞。7.2.4收倉階段由于隨混凝土澆筑面的上升，導管內(nèi)外的壓力也隨之減少，下料難度增大，為達到預定的澆筑高程，避免產(chǎn)生欠澆、高差過大等缺

20、陷，采用加大入倉混凝土的坍落度、經(jīng)?；顒酉铝蠈Ч芤约案挠密浌芟铝系确绞?。7.2.5施工過程，進行嚴格的全面質(zhì)量管理，質(zhì)檢部門隨時對施工質(zhì)量進行檢查，杜絕質(zhì)量事故的發(fā)生，確保質(zhì)量目標的實現(xiàn)。7.2.6按科學化、標準化、程序化作業(yè)，實行定人、定部位、定崗施工，在崗位人員應承擔崗位工作的質(zhì)量責任。施工現(xiàn)場掛牌，寫明施工區(qū)域，技術(shù)負責人及行政負責人，接受全方位、全過程的監(jiān)督。7.2.7嚴格執(zhí)行質(zhì)量三級自檢制度。在施工的整個過程中堅持質(zhì)檢員旁站制。在現(xiàn)場進行質(zhì)量跟蹤檢查，加強對各道工序的專職檢查，嚴格把關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題及時督促有關(guān)人員糾正。對在施工中發(fā)現(xiàn)的問題作好記錄，達不到質(zhì)量要求或工藝要求的工序不得進入

21、到下道工序。8、安全措施8.1依照國家頒布的安全生產(chǎn)法規(guī)、政策，結(jié)合生產(chǎn)實際，組織編制項目施工安全生產(chǎn)技術(shù)措施。8.2認真實行標準化作業(yè)，嚴格按安全操作規(guī)程進行施工，嚴肅勞動紀律，杜絕違章指揮與違章作業(yè)，保證防護設(shè)施的投入，使安全生產(chǎn)建立在管理科學、技術(shù)先進、防護可靠的基礎(chǔ)上。8.3深化安全教育，強化安全意識。施工人員上崗前必須進行安全教育和技術(shù)培訓，牢記“安全第一”的宗旨，安全員堅持持證上崗。8.4嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，遵守安全文明生產(chǎn)紀律，施工人員進入施工現(xiàn)場按勞保規(guī)定著裝和使用安全防護用品，禁止違章作業(yè)。8.5各種交通、施工信號標志完備，供電線路暢通、架設(shè)正確。施工現(xiàn)場緊張有序，施工工序有條不紊。8.6施工現(xiàn)場的臨時用電嚴格按照施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范（JGJ46-2005）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。澆筑設(shè)備用電，按用電規(guī)范配置接線盤、接線板、設(shè)置漏電保護器，雨季施工時，加強線路、設(shè)備檢測，防止漏電事故。8.7潛水員潛水施工時，必須專人負責指揮，并備用一套潛水工具，進行應急。上操作平臺作業(yè)人員必須穿戴救生衣，并在現(xiàn)場配備一定數(shù)量的救生圈。操作平臺四周設(shè)置欄桿，做好防凍、防滑工作。8.8安排專職人員與電站水調(diào)中心聯(lián)系，24小時了解庫區(qū)水位及流量情況