围堰水下混凝土封底施工技术 张 明 （铁道战备舟桥处，山东德Ｊ＇ｉ１ ２５１１００） 摘要：围堰作为一种临时性阻水设施，在深水承台 封堵后，围堰内无渗水时，可在基底无水的情况下灌 施工中应用十分广泛。主要介绍了围堰水下混凝 土封底的施工技术、相关计算及现场问题处理。 关键词：围堰；混凝土；基坑；导管；渗漏 中图分类号：Ｕ４４５．５５ 文献标识码：Ｂ Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｔｔｏｍ ｓｅａｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎｇ （Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｍｂａｔ Ｒｅａｄｉｎｅｓｓ Ｂｏａｔ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｄｅｚｈｏｕ ２５１１００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｗａｔｅｒ ｐｉｌｅ ｃａｐｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｂｌｏｃｋ ｗａｔｅｒ ｆａ— ｃｉｌｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｕｎ— ｄｅｒｗａｔｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｔｔｏｍ ｓｅａｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｒｅｌａｔｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｔｅ ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ；ｃａｔｈｅ— ｔｅｒ；ｌｅａｋａｇｅ １ 水下混凝土封底概述 水下封底是指在水下将混凝土直接浇筑到水下 指定部位的施工技术。通过混凝土将围堰、钢护筒、 桩基粘结为一体，克服水的浮力，并且提供比较干燥 的施工环境，便于提高施工速度；水下混凝土封底施 工技术常用于修筑围堰、混凝土防渗墙、桥墩基础以 及水下建筑物的局部修补等工程。 ２水下混凝土封底施工技术 ２．１ 常用的混凝土封底技术介绍 ２．１．１排水封底 当基坑岩面平整，刃角周围经用粘土或水泥砂浆 收稿日期：２０１２—Ｏ２—２３ 作者简介：张明（１９８４一），男，山东齐河人，助理工程师。 一２０一 注封底混凝土。若仍有少量渗水出现，但量不大，易 于抽干时，则采用抽水封底。 ２．１．２水下混凝土封底 （１）装袋叠置法。将塌落度为５０～７０ ｍｍ混凝 土拌和物灌人透水纤维编织袋中，摆放到水下指定 位置。这是一种传统的方式，适用于小的排水口周 围及非冲蚀条件下使用，或在对整体性要求较低的 水下紧急抢险使用。（２）开底吊桶法。保持混凝拌 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遮盖，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、零星的水下混凝土灌注。（３）泵 压法。利用混凝土输送泵将拌合好的混凝土输送及 浇灌一次性完成。这种方法需要有专门的灌注设 备，要求有较大的灌注强度和搅拌能力，一般水深不 超过１５ ｍ。（４）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塌落度的水下灌注混 凝土施工。具有设备简单，灌注速度快，整体性好， 不受水深的限制。 ２．２垂直导管法施工工艺 ２．２．１工艺原理 在围堰内垂直放入内径为２００—３００ ｍｍ的钢制 导管，管底距离基底面３０～４０ ｃｍ导管顶部接有一定 容量的漏斗。初灌注时导管中的混凝土前面放置一 个软球，当迅速不断地向漏斗灌人混凝土时，导管内 之软球、空气和水均受混凝土重力挤压从管内排出， 瞬间，混凝土在管底周围堆筑成一圆锥体。将导管下 端埋入混凝土堆内至少Ｉ ｍ以上，使水不能流入管 内，将以后再灌注的混凝土在无水的导管内源源不断 地灌入混凝土堆内。水下混凝土靠自身流动性将软 球顶出后向四周摊开，混凝土随灌随向周围挤动、摊 开及升高，就在导管的下脚端形成了自流平混凝土。 ２．２．２导管平面布置 混凝土导管数量及在围堰内平面上的布置，应使 各导管有效灌注半径互相搭接，并覆盖全部基坑底 部。一般为３～５ ｍ，流动坡度不应陡于１：５。 山东交通科技 ２．２．３导管立面布置 为方便浇筑，一般在围堰内搭设灌注支架，以悬 （２）矩形沉井封底 ２０１２年第２期 按周边简支支撑板的双向板，承受均布荷载时， 跨中弯矩 ， 可按公式计算：Ｍ ＝ａ１ｐｌ ，Ｍ２＝ 。 ｐ 。式中：ｏ ，ａ２一弯矩系数；ｐ一静水压力形成的荷 挂串筒、漏斗及布设导管。支架顶部设置灌注平台； 并提前预留处插入混凝土导管的位置，平台周边焊接 护栏。 ２．２．４灌注顺序设置 使用数根导管灌注，由于混凝土量有限，各导管 载（ｋＮ／ｍ ）；ｚ 一矩形板的计算跨度（取最小跨）（ｍ）。 （３）封底混凝土的厚度计算 不可能同时灌注时，可分项逐根灌注。在倾斜的基坑 底面上，灌注顺序应从低至高逐个进行。同时应按照 先四周，后中间的原则，以免基底浮泥及封底顶面的 根据求的的弯矩 按公式计算： ＝√ ＋Ｄ。式中： 一封底混凝土厚度；Ｋ一安全系数，按 抗拉强度计算的受压、受弯杆件为２．６５。 一矩形 浮浆集中在基础边缘。 ２．２．５水下混凝土灌注 在施工现场，灌注封底混凝土前，需要准备好１ 个初灌漏斗和多个常灌漏斗。漏斗均可以用现场护 筒加工而成。漏斗下方接２００～３００ ｍｍ钢管，四周焊 接支撑腿和爬梯，漏斗上焊接吊耳，共吊机吊装移动， 初灌漏斗上的漏斗塞可用现场钢板加工，连接好钢丝 绳。常灌漏斗与初灌漏斗一样，只是没有漏斗塞。 准备工作就绪后，即可开始封底混凝土灌注。整 个封底过程的混凝土的数量和质量须保证，混凝土的 塌落度和缓凝性至关重要；同时，须保证混凝土的连 续型供应。 在封底过程中，应控制混凝土下落速度，以免速 度过快对导管口的混凝土造成冲击，影响质量。技术 人员用测绳随时测量各点位的混凝土浇注高度及流 动面积，必要时调整导管位置，移动导管位置时，必须 慢速挪移，不可脱离砼面，造成砼被水冲刷离析；或直 接拔除导管换到其他位置重新封底浇注。为保证浇 注封底混凝土的防水效果，在浇注混凝土时打开钢围 堰上的连通器，保证围堰内外的水位一致，减少围堰 内的水压力，以免影响混凝土质量。 ３水下封底混凝土计算 ３．１混凝土封底厚度计算 水下封底混凝土承受的荷载应按施工中最不利 的情况考虑，即围堰封底以后，在钢筋混凝土底板尚 未施工前，围堰内水被排干，封底素混凝土将受到可 能产生的向上最大水压力作用，通常以此荷载（即地 下水头减去封底混凝土上的重力作为计算值）。 （１）圆形沉井封底 按周边简支支撑的圆板计算，承受均布荷载时， 板中心的弯矩Ｍ，可按公式计算： ～＝ （３＋ ）＝ ■Ｕ ０．１９即ｒ 。式中：ｐ一静水压力形成的荷载（ｋＮ／ｍ ）； 一圆板的计算半径（ｍ）； 一混凝土的横向变形系数， 一般等于１／６。 板最大弯矩（Ｎ・ｍｍ）；６一板宽，一般取１ ０００ ｍｍ； 一混凝土的抗拉轻度设计值；Ｄ一考虑水下混凝土 可能与井底泥土掺混的增加厚度，一般取３００～ １ ０００ ｍｍ。 ３．２封底混凝土抗浮稳定性计算 当围堰封底完成后，整个围堰受到被排除水的向 上浮力作用，应检算其抗浮系数Ｋ，一般有以下几种 情况。 （１）当围堰内没有钢护筒或桩基 ①围堰外侧未回填土，不计抗浮的围堰壁与侧面 土反摩擦力的作用，按公式验算： ＝告≥１．１。式中： Ｇ一围堰整体自重力； 一围堰整体受到的向上浮力。 ②围堰外已回填土，考虑围堰壁与侧面土反摩擦 力的作用，按公式验算： ＝ ≥１．２５。式中：产围 堰壁与侧面土反摩擦力。 （２）当围堰内有钢护筒或桩基 ①围堰外侧未回填土，不计抗浮的围堰壁与侧面 土反摩擦力的作用，须考虑护筒或桩基壁与混凝土的 粘结力，按公式验算：Ｋ＝ 塑≥ｌＩ １，式中 筒一围 堰内护筒壁与封底混凝土的摩擦力。 ②围堰外已回填土，应考虑围堰壁与侧面土反摩 擦力的作用，按公式验算：Ｋ： ≥１．２５。 ４水下混凝土封底常见事故处理 ４．１基坑处理 对于套箱围堰，在封底前，应对基坑进行清淤，以防 止灌注的混凝土与淤泥混合在一起，形成夹层，从而降 低混凝土的强度。同时，应尽量保证基坑平整度。 ４．２桩基处理 为保证封底混凝土与护筒或桩基的粘结力，应将 钢护筒及围堰封底高度内的壁板铁锈及淤泥清除。 （下转第２４页） 魏东，程绍鹏，王建勋，刘树华：福建平潭海峡大桥通航孔主桥０＃块施工技术研究 证混凝土的外观质量，在混凝土的振捣过程中有现场 周与承台对拉揽风绳固定，确保构件安全。 技术人员进行控制。并在混凝土的浇注过程中对混 ５ 结语 凝土的质量进行严格把关，保证混凝土具有良好的和 平潭海峡大桥０＃块施工已经完成，在施工过程中 易性、流动性，并控制混凝土的坍落度基本相同，以保 虽然经受了多次台风袭击，但施工质量和进度均未受 证混凝土表面颜色一致。浇注过程中有专人看护模 台风影响。实践证明托架施工在对跨海高墩０样施工 板，防止螺栓松动导致跑模，影响混凝土质量及外观。 时可行的。托架施工所需的搭设时间短，工期少。在 ４ Ｏ＃块防台措施 墩身表面预留空洞较少且位置较高，对外观质量影响 （１）钢筋绑扎过程中、内模安装之前遭遇台风，将 较小。但随着更多更大的跨海大桥建设，Ｏ＃块施工期 外侧模、外托架和内侧桁架进行焊接，使之固结成为一 海上防台措施还有待进一步改进。 个整体，同时可利用揽风绳将模板与承台连接固定。 （２）钢筋绑扎和模板安装完成，混凝土未浇筑之 参考文献： 前，为抗台最不利工况。所以在此期间，应随时关注 ［１］ 黄绳武．桥梁施工及组织管理（上册）［Ｍ］．北京：人 气象预报，根据气象和台风预报，组织防台工作。台 民交通出版社，２０００． 风来临前，将内、外模板通过精轧螺纹或螺纹钢筋利 ［２］ 邵旭东．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３． 用混凝土预制进行连接固定。将内支架、内模型钢和 ［３］ＹｒＧ ＴＦ５０—２０１１，公路桥涵施工技术规范［ｓ］． 外托架、外模型钢通过焊接进行固定，同时将模板四 ［４］ＪＧＪ １８—２００３，钢筋焊接及验收规程［ｓ］． （上接第２１页） ４．３导管处理 基坑，特别是基坑的四周。（３）在部分河床地段，覆盖 为保障封底混凝土的连续性供应，防止混凝土堵 层较薄，围堰下沉到位后，部分围堰刃角位置悬空，围 塞于导管内，导管使用前应经水密试验，同时，应根据 堵沙袋后，外围回填沙石高度不够，就会导致围堰封 现场情况调整导管位置，不能埋人混凝土过深。 底时混凝土外流。此时应暂停混凝土灌注，回填砂砾 （１）导管进水。首批混凝土灌注后导管进水，此 反压围堰壁板。（４）堵漏处理。围堰封底出现渗漏， 时可将已灌注的混凝土拌和物及时吸出，对导管漏水 主要出现在钢护筒、桩基周围及围堰边缘与混凝土结 处进行处理或更换导管，安装正确的操作方法，重新 合处出现的裂缝渗漏，以及钢护筒之间出现的洞式渗 进行首批混凝土灌注；如果导管进水发生在井口以下 漏。渗漏较小时可不作处理，使用水泵及时抽水即 不是很深的地方，可采用底塞隔水的方法，并外加一 可；裂缝式渗漏较大时可以填塞棉絮或者使用堵漏 定压力重新插入导管，回复灌注。 剂；对于洞式较小的可以填塞棉絮，打入木楔等进行 （２）导管堵塞。灌注混凝土不久后发生导管堵塞 堵漏；如封底出现较大的渗漏，需探明水下封底情况， 时，可用长型钢冲捣、旋转导管、用振动器振动导管或 水下清除碎渣，然后在围堰外侧填置一圈沙袋，进行 用吊车将导管起吊一定高度然后猛然下放；处理无效 二次封堵。 时，应及时将导管拔出，吸出已灌注的混凝土，抽出钢 ５ 结语 筋骨架，重新清孑Ｌ，灌注混凝土。 水下混凝土封底施工技术，现目前应用最普遍的 ４．４水下混凝土封底渗漏处理 是垂直导管法，它适用于大规模、连续性施工的水下 在水下混凝土封底过程中，经常会遇到漏水，封 混凝土工程，能保证结构的整体性和设计强度。围堰 不住的情况，一般有以下几种问题：（１）封底厚度较 水下封底的成功与否，与现场情况，施工条件，水文环 薄。封底混凝土未达到设计要求的厚度，是混凝土强 境以及人员的精心施工和丰富经验等都息息相关，因 度不满足要求，导致漏水。因此，在进行水下封底的 此，我们更应该注重施工管理的重要性。 时候，要保证混凝土的最小厚度，一般不宜小于１ ｍ。 （２）导管布置未覆盖整个基坑。根据混凝土的流动特 参考文献： 性，一般一根导管的范围为３ ｉｎ，由于导管的布置不合 ［１］ 刘自明．桥梁深水基础［Ｍ］．北京：人民交通出版 理或人为减少导管数量，有可能使基坑边缘出现真空 社。２００３． 地带，混凝土不能完全覆盖围堰的边缘或使围堰边缘 ［２］ 殷万寿．深水基础工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版 混凝土厚度为满足要求，从而出现漏水情况。因此， 社，２００３． 在布置导管时，一定要根据现场实际情况，覆盖整个 一２４一