探讨水下混凝土封底施工技术

摘　要：通过具体工程实例探讨水下混凝土封底施工技术

关键词：水下混凝土 封底 工艺

  一、工程说明
　　扬州京杭大运河特大桥位于扬州市沿江经济开发区内，起点里程为K41+680.5，终点里程为K42+653.5，桥梁全长973m。全桥由主桥、引桥两部分组成，大桥主跨京杭大运河采用78+120+78m预应力混凝土连续箱桥，引桥采用30m组合箱梁结构。桥跨布置为：6×30+5×30+78+120+78+6×30+6×30m，工程造价6835.4276万元。桥梁全宽25.5m双向四车道，采用沥青砼路面，一级公路标准。
该桥主墩单个承台长13米，宽11.3米，厚4米，理论浇筑方量C30砼587.6立方，为大体积砼。根据工期安排，主墩承台施工时京杭运河水面宽度大约在190米左右，施工难度较大。在施工中我们考虑采用钢板桩围堰施工，混凝土浇筑采用体内置冷却管的方法进行施工。
二、水下混凝土封底施工工艺
　　由于本桥所处地质层为粉沙层，加上堰内外水位差较大，为了确保施工安全，在承台施工前需进行水下封底。在钢板桩施工结束后，需进行围堰内淤泥清除，堰内泥面清除到标高为-6.5m，承台底设计底标高-4.5m，故确定封底顶标高为-4.5m，封底平均厚度为2.0m。封底时围堰外水位标高为+5.0m，故封底混凝土需要承受最大水头差11.5m的水土混合压力。
本工程每个围堰内净面积210m2，封底混凝土方量420m3，为了优质按期完成封底施工，我们确定了采用导管法水下混凝土封底的施工工艺，在实施前进行了以下技术准备工作。
（1）封底混凝土配合比设计
封底混凝土量420m3，按2台搅拌站（设计能力60m3/h+35m3/h）每小时有效供应量45m3/h计，共需浇筑10小时左右，根据混凝土供应能力，?围堰水下封底应全断面一次连续浇注完成，以及3天后开始抽水做围檩（每道围檩需2天时间）要求，对混凝土性能提出了如下要求：
1）5天强度不小于30MPa；2）根据施工要求，砼坍落度分成两个等级：①首灌砼：坍落度为160mm~180mm，以保证导管周围砼的堆积高度和减小流动半径；②补灌与找平砼坍落度控制在210~230mm，以加大砼流动半径，便于砼面的找平；3）混凝土初凝时间不少于30h。
（2）导管与储料斗
    1）、导管布置与尺寸确定。封底混凝土采用单导管法浇注，导管长度：底节导管3.8+3×2.6m；导管布置方法：首先将导管布置在围堰的一个角，待此角砼浇注到标高后，再将导管移到平行的另一个角浇注，然后逐段浇注。不论导管如何布置浇注，首先要确保在钢板桩附近均进行首灌，这样才能确保钢板桩槽口均有砼填充；2）储料斗体积与形状确定。理论上储料斗体积：按导管作用半径2.5m（实际施工中达到5.0米左右）、首灌导管埋深h取0.65∽1m计，首灌量为V=1/3πR2(H1+ H 2)+ πd2h1/4=8.78m3，但实际施工中不可能用这么大的料斗，实际只需4方料斗即可，即使首盘开斗后若没有封住，可按首批方量继续开斗，直到封住为止。在施工过程中若出现一次导管堵塞现象，均按首批方量开斗灌注。
（3）、封底厚度的确定
?    封底混凝土厚度主要考虑以下两个因素：?1）封底混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下，若钢板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏时，则必须有足够抵抗封底混凝土及围堰整个被浮起的能力。?2）在围堰整体能稳定时，必须考虑封底混凝土在抵抗向上的水压力及其它荷载时能正常工作。不至因产生向上的挠曲和折裂致使围堰穿孔。?所以，混凝土封底应有足够的厚度，以确保围堰的安全。
（4）其他准备工作
  封底前需准备相关人员并对使用的机具进行检修和保养，以保证封底施工的顺利进行。1）封底砼灌注所需的主要机具：浮吊（35吨）1只，汽车泵（80m3/h）1台、砼运输车（8m3/辆）3辆、泥浆泵2台、电焊机2台、手拉葫芦（1吨）2只、对讲机4台、料斗1只、导管（直径300）11.6米、大锤4把、测绳（15m/根）8根、氧割设备2套。2）主要施工人员配置现场总指挥1名、协调员2名、安全员2名；后勤方面：泵车操作手2名、杂工4名、试验员2名、电工2名、修理工1名、混凝土方量记录1名、通讯员1名；前场：技术负责人1名、测量员6名、水石工12名、起重工8名、电焊工2名。3）铺设预制板。因本封底处粉沙层，若首盘直接开斗，则砼重量会给封底底面处造成一基坑，同时挤出来的粉沙可能会挤到钢板桩槽口，这样会导致封底的失败，故在封底前，在对应的布设导管位置铺上一块80*80cm，厚度5cm的预制板，这样确保封底质量。
 （5）浇筑顺序与工艺

　　封底混凝土浇筑时采用从上游向下游、从四周向中间的方向进行连续浇注，然后采用上、下游均向中间合龙浇注。浇注分首批筑堆、正常浇筑，结束收尾三个阶段。
　　 1）、首灌阶段。混凝土运输车将砼运至施工现场，用砼泵车将4立方砼泵入料斗，当料斗将满时，换下一辆砼运输车对准泵车进行下料，而后由浮吊迅速提起塞板，混凝土进入导管，泵车继续将砼泵入管内，这样施工相当于首灌达到10立方。当测量人员报告导管埋深符合要求后，即可进行下步施工，直至达到封底标高要求。
首批砼灌注结束时，记录员及时记录导管开盘和灌注结束的时间。每根导管灌注结束后，测量员立即测量导管的埋置深度和砼流动半径，并把所测量的数据准确地报告给记录员，作好记录。每根导管由于砼流动性较大，首灌结束后，当导管的埋置达不到65cm，将导管下插深度15cm，如仍达不到65cm，应及时进行适当补灌，同时跟踪测量，避免补灌数量过多。每次导管首灌结束后，均将导管下插15cm，以防导管埋深不足而进水。测量员及时测附近位置有无砼，如有应根据所测值适当调整未灌处导管的标高，以保证导管底端的脱空高度。 2）进行下一次导管封底施工，方法同上。3）结束阶段。封底混凝土顶面标高按-4.5m，控制允许偏差0~+20cm。施工时每12m2布置一个测点，采用测绳进行测量。标高基准点设于浇筑平台上，以严格控制封底厚度及顶面高程。当导管下口混凝土顶面接近封底控制标高时，加大测量频率，特别是对相邻两次导管的交界面、桩基四周、围堰内侧等位置，根据所测结果有针对性地进行导管混凝土灌注和补灌。力求混凝土顶面均匀平整。当测点达到规定标高后，终止该处混凝土浇注，上拔导管冲洗收集。

　　三、总结
　　扬州京杭大运河特大桥主墩承台水下混凝土封底顺利实施后，经养护7天，将围堰中水抽干后，无任何地方涌水，封底成功，为该工程下道工序施工提供了保障，同时为我们今后类似工程施工积累了宝贵的施工经验。
参考资料：
[1]公路施工手册（桥涵）  人民交通出版社
[2]扬州京杭运河特大桥施工图纸