水下混凝土施工技术研究-毕业论文.docx

中国农业大学现代远程教育
毕业论文（设计）
论文题目：水下混凝土施工技术研究

学 生 张弘毅 　
指导教师 扬程
专 业 土木工程
（工程施工方向）
层 次 专 升 本
批 次 201602
学 号 W110401142006
学习中心 北京市农林科学院
工作单位 夏都水利

2016年06月18日

摘 要:
对水下混凝土(带水作业)常用的几种施工方法作了分析和比较,建议在
整体考虑水下混凝土的材料特点和施工方法的基础上,可将水下不分散
混凝土的材料改性和施工时的机械隔水措施结合采用。
关键词: 工程施工 水下混凝土灌筑 施工方法 絮凝剂
1 前言
水下混凝土(带水作业)在传统上是指水下灌注混凝土,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[1-2]。前者是主要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
来抵抗水的冲刷,在流动水的环境下更显示出其技术优势。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
土建筑物的唯一方法。因此其施工的关键是解决如何防止在灌注过程中和灌注以
后使未凝结的混凝土免受环境水的强烈影响这二方面的问题。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注,除非在添加了混凝土絮凝剂(抗分
离剂)后,才允许短距离地在水中直接倾倒混凝土拌合物[2]。以下就常用的各种
水下混凝土施工技术及新型水下不分散混凝土外加剂材料作一论述。
2、水下混凝土施工技术
2.1装袋叠置法
将坍落度主5070mm的混凝土拌和物灌入透水纤维织袋中并摆放到水下所
需位置。袋的装料量宜为袋容积的2/3。这些麻袋在水下的摆放犹如砌砖一样交
错叠置 也可用短钢筋等插接加固 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。该法仅在水的排水口周围及在非冲蚀条件下应用
或在对整体性要求较低的水下紧急抢险、堵漏等临时性工程中应用 也可以在水
下立模困难的地方用作水下模板。
2.2开底吊桶法
开底吊桶法原理是尽量保持混凝土拌和物与环境水的接触始终为同一表面。
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扰动的情况下灌注。该法只适用于小量的、零星的水下灌注混凝土工程。同时要求混凝土保持较高的坍落度 如150mm左右是必须的。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两种方法 即所谓夯击法和振捣法 二者都是采取由岸边向水中逐渐推进的顺序浇筑方法 因此又称为端进法。每批续浇的混凝土可用手推车、自卸车及溜槽等机具 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捣等机械方法使混凝土外侧向水区逐渐扩展。
2.3 垂直导管法
垂直导管法是通过密封性良好的金属导管来进行高坍落度的水下灌注混凝
土施工,初灌注时导管中的混凝土前面须放置1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:导管的下脚(即混凝土出口)应始终保持埋在新灌注的混凝土表面以下,文献[5]详细介绍了导管法工艺的细节。该法通常需要在混凝土配合比中提高约
25%的单方水泥用量,即采用富水泥配合比的办法以允许其水下冲刷一部分(可能
带来水域污染)。在灌注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 cm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,即混凝土的坍落度一般控制在180250 mm较为合适。垂直导管法的
优点是设备简单、灌注速度快、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(含单层柔性管法及双
层竖管法二种)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造成的导管内返水事故。
2.4泵压法
泵压法利用混凝土输送泵作为主要施工机具 将拌和好的混凝土的输送及浇
灌一次完成。可以灌注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30~40cm 最深不超过1 m 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 同时减少了导管的提升次数 且能够保持终灌阶段亦有足够的超压力 当需扩大水下灌注混凝土的扩散面积时还榀用柔性软管与金属泵管的出口端相连 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 要求有较大的灌注强度的搅拌能力 且一般不宜用于水深超过1 5 m的情况。
2.5 掺加絮凝剂法
通过添加专用的混凝土外加剂-絮凝剂(又称为抗分离剂或增稠剂),制备出
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,更重要的是减轻了施工对环境水的污染。最初这是一种小规模应用时
很好的方法,仍可使用目前所采用的混凝土浇灌设备。该法在抗压强度为3035 MPa的特性范围内其造价比普通混凝土增加了大约0.51倍(国外约是1.52倍)[3]。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注过程中和灌注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。水下混凝土施工方法还有预填集料灌浆法及水下沥青混凝土等,限于篇幅,不再赘述。
3 水下混凝土(带水施工)的关键材料
此处关键材料是指水下不分散混凝土絮凝剂(外加剂),至今已有近30年的研究应用历史。它着眼于从混凝土材料自身性能的改进入手,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架桥作用,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。水下不分散混凝土絮凝剂抗分散机理示意 水下不分散混凝土属于聚合物改性混凝土的范畴。实验表明:当絮凝剂和流化剂共同作用时,能显著减少混凝土的泌水和沉降,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[7]。水下不分散混凝土可以直接向水下浇注,即使短距离与水接触(水中自由落差≤0.5 m)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。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絮凝剂掺量;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、粗骨料形状和尺寸等。由于加入絮凝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,其流动度及经时损失通常需要根据具体的施工情况加以调节和控制,这通常是通过调整絮凝剂中增稠、流化、引气及调凝等组分的配比来完成的[2]。从国内应用的情况看来,水下不分散混凝土目前尚存在着价格较高、水泥用量大等缺陷,
有待进一步在聚合物选择、材料作用机理及配套施工工艺等方面加强研究。
4、讨论
以上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 其他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。工程实践证明 随着水下混凝土距离导管愈远、强度愈有降低的倾向 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 毋宁说是主要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。水下混凝
土施工的关键是依靠施工机具或土工材料等 将环境水与混凝土进行隔离 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 或者同时采用以下两类措施。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絮凝剂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絮凝剂相结合 以提高混凝土在浇灌过程中和浇筑以后的水下抗水洗性能 水下混凝土采取两种或多种 措施似乎是工程发展方向之一 以求最大限度地提高水下混凝土的质理和性能。
结束语水下灌注的混凝土一般都不允许振捣 但也有在应用水下不分散混凝土时进行碾压或轻微振捣的施工实例 要注意水下混凝土在灌注时的情况理不易观察到的 灌注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絮凝剂的不
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
土的质量 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
一次达到设计标高或浇筑出水面 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 添加一定量的絮凝剂
对简化水下混凝土的施工和保证混凝土的质量都大有益处。
参 考 文 献:
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