付继承 周 祥

1 工程概况

上海引水三期取水泵站工程位于陈行水库北堤外缘，长江南岸的滩地及水域地带。其结构组成包括:泵站及配套工程;取水头及基础;重力进水管;出水管;引桥;消力池等。泵房为内径46 m的圆形钢筋混凝土结构，泵站主体部分离长江大堤距离约100 m，离上游老取水泵站100 m左右，泵站施工区域在平均低水位时水深为3 m左右。该工程总体的施工方案为:先水上施打泵站主体的PHC管桩和钢管桩，完成桩基施工，再进行4道钢环梁的安装，作为钢板桩施工的内导向和支撑，完成钢板桩围堰的施工，钢板桩围堰形成以后进行围堰内吸泥工作，接下来进行泵房围堰的封底工作，封底成功以后抽水进行泵房主体钢筋混凝土的干施工。

2 封底混凝土的技术要求

1)具有较好的和易性。水下封底混凝土不可能采用振捣进行密实，而是依靠混凝土本身的自重和流动性进行摊平密实，因此水下浇筑混凝土的拌合物有坍落度、扩散度和粘聚性的要求，即坍落度均匀下沉，坍落的锥体边缘具有圆的形状，且不易流出水泥薄浆［1，2］。2)较小的泌水性。试验经验表明，泌水率为1.2%～1.8%的混凝土具有较好的粘聚性。实际施工时混凝土控制在5 h内没有泌水。3)混凝土应具有良好的流动性保持能力。混凝土拌合时，坍落度控制在18 cm～22 cm范围内，设计混凝土的流动性保持能力为不小于5 h。4)混凝土的容重要求。水下混凝土主要靠自重排开仓面的环境水或泥浆而进行摊平，因此有容重要求，混凝土的容重设计应为2 345 kg/m3。5)混凝土的初凝时间。受搅拌能力的限制，混凝土必须在20 h内浇筑完毕，故混凝土的初凝时间设计为不小于20 h。

3 封底混凝土施工前的准备

3.1 封底混凝土的施工工艺

封底施工的总体工艺流程为:封底分仓模板的安装，搭设封底平台，安装中心集料斗、导管及溜槽的安装，按顺序进行导管水下封口，补料，直至混凝土面达到标高［3］。本次封底混凝土方量大，受施工现场水域水深等因素的影响，不考虑大型搅拌船而采用商品混凝土进行封底施工，为降低封底的风险，确保封底混凝土的浇筑质量，确定施工方案时将整个封底混凝土的施工分成四个区，相邻区域间用隔仓模板进行隔离，每个仓的混凝土约1 250 m3。

混凝土的储备及输送采用各个浇筑区域设置中心集料斗、经溜槽按顺序将混凝土分配至各浇筑部位的导管内，进行水下混凝土浇筑。

3.2 导管的选择及布置

导管选用直径250 mm、采用无缝钢管作为导管，导管长度为16.3 m，导管上口接1 m3的小料斗，料斗用型钢固定在平台上。导管使用前应进行水密试验;导管安装时每个接头需进行预紧检查，固定完成后导管底口离泥面的顶面20 cm。

导管的布置按以下原则进行:

1)单根导管的作用半径按照4.5 m考虑，全部导管的作用范围覆盖整个混凝土浇筑区。2)导管与PHC管桩外侧壁尽量保证一定的距离，利于混凝土的均匀扩散。经计算单次混凝土封底需导管13根才能满足施工需要。

3.3 施工需确定的参数

3.3.1 首批混凝土方量

水下封底混凝土要做到连续浇筑，在混凝土初凝时间内做到各施工面的搭接，水下混凝土的浇筑速度不宜过低，更不能中断，因此搅拌站的搅拌能力不小于仓面每小时浇筑强度的1.5倍。

导管浇筑时，仓面每小时浇筑强度计算公式:

其中，Q为仓面每小时浇筑强度，m3/h;n为仓面导管数，取13根;q为一根导管要求的混凝土小时供应量，m3/h;Rt为一根导管的作用半径，取4.5 m;F为一根导管的控制面积，经过计算为37.74 m2;th为流动性能保持指标，取5 h。

经过计算，搅拌站的搅拌能力不小于110 m3/h。

而首批混凝土方量计算采用下列公式:

其中，R为导管的作用半径，取4.5 m;d为导管的直径;Hc为首批混凝土浇筑高度;h1为混凝土达到Hc时导管内混凝土柱与管外水压平衡的高度，m。

经计算，V=13.03 m3。考虑1∶8的扩展坡度，流动半径取4.8 m，则V=14.76 m3。施工中在围堰中央布置一个15 m3的中心集料斗，能满足一根导管的首封要求。

3.3.2 每根导管作用半径的验算

由于流动性保持时间th内，浇筑在仓面内的混凝土与水下混凝土锥容积相等，则:

其中，th为水下混凝土拌合物流动性保持指标，5 h;Rex为水下混凝土的极限扩散半径，m;I为水下混凝土上升速度，计算为0.150 m/h;i为扩散半径平均坡度，取 1∶8。

经计算，Rex=18 m。

锥体周边的混凝土经历时间接近th时达到，还处于流动性状态，混凝土开始离析，且质量恶化。因此导管的作用半径应小于Rex。宜采用0.4倍～0.5倍的极限半径作为允许最大作用半径。此时采用4.5m的作用半径是可行的。

3.4 隔仓模板

封底分仓为以泵房中心为基准点进行分隔，隔仓模板用钢板制作，利用工程桩作为隔仓模板的支撑，分四个仓进行封底混凝土浇筑。隔仓模板高2.5 m，长度自5.3 m～10 m不等，总长为25 m×2块，每块模板潜水员用螺栓进行水下安装。

4 封底混凝土的浇筑

1)首封顺序。总的顺序:从隔仓模板交界处开始向钢板桩围堰边推进，对已经封底的导管按先后顺序每隔1 h补料一次，不少于2.0 m3，保持混凝土的流动性。在首封前，用测锤从导管内测出导管下口与泥面的距离，调整其距离至20 cm左右开始首封。

2)开始浇筑。为减少混凝土被导管中积水的稀释时间，在开浇阶段应集中浇筑力量向一根导管布料，直至该导管被混凝土埋至一定的深度，才浇筑第二根导管，一般为该导管周边的混凝土流动性较弱为止。导管封口完成后，按规定的时间进行及时补料，同一导管两次灌入混凝土的时间间隔控制在60 min以内，以保持混凝土的流动性［4］。

3)测量。封底混凝土施工前，按20 m2左右布设一个测点，浇筑混凝土时做好测深、导管原始长度、测量基准点标高等记录，绘制混凝土上升图，记录每根导管首封时间、停歇时间、完成时间，同时每根导管封口结束后应及时测量其埋深与流动范围，并做好详细记录。

4)混凝土正常灌注。因封底混凝土厚仅2.5 m，为保证导管有一定埋深，混凝土灌注顺利时，一般不随便提升导管，即使需要提管，每次提升的高度都严格控制在20 cm～30 cm。提升导管采用塔吊进行，由起重工统一指挥。灌注过程中，根据灌注量，每隔一定时间测一次标高，用以指导导管下料，使混凝土均匀上升。

5)终浇。封底混凝土顶面标高－9.6 m，根据现场测点实测混凝土高程，确定该点是否终浇，终浇前上提导管适当减少埋深，尽量排空导管内混凝土，使其表面平整。混凝土浇筑临近结束时，全面测出混凝土面标高，根据测量结果，对混凝土面标高偏低的测点附近的导管增加灌注量，直至所测结果满足要求。当所有测点的标高满足控制要求后，结束封底混凝土灌注。上拔导管，冲洗堆放。上拔导管时要边插边拔，防止上拔速度过快，使导管的混凝土堆积在导管口附近，使混凝土面不平，增加抽水后凿平混凝土的难度。

5 封底混凝土施工注意事项

5.1 未初凝混凝土面上进行首封

在浇筑混凝土时，因导管首封和补料较多，致使混凝土淹没了相邻的导管口，就需要在尚未初凝的混凝土面上开设新的首封。施工中采用了直接浇筑加密导管或水泵抽出导管的积水再浇筑混凝土，抽水干施工后封底效果显示无渗水现象［5］。

5.2 导管内返水返浆

当混凝土面上升速度较慢，或终浇阶段混凝土上升较慢，单纯的用较少导管埋深来解决，均容易造成导管埋深不足以抵抗环境水压力，使水进入导管。提管不慎，过于迅速，加大导管内混凝土的冲力;或提管过高，甚至导管口脱离混凝土面，或被外界水压力定穿，在施工中经常碰到。提升导管要缓慢，提升前核定导管的埋深，提升时导管内的混凝土可能不动，但一经流动，应迅速下降导管。导管内有少量积水时，可以立即下插导管，防止继续进水。若导管进水比较多应立即拔出导管，另行首封。

5.3 封底混凝土防上浮措施

在钢板桩围堰施工中选择4根钢板桩，每根钢板桩施打前设置一个连通阀，用来保证围堰内外的水位差。连通阀的标高选择在+1.0 m(最低潮位1.2 m)。围堰抽水前保持连通阀处于连通状态，使围堰内外水压差一样，保证围堰和封底混凝土的安全。待封底混凝土强度达到100%，潜水员安装连通阀的封孔板，截断围堰内外的水流连通［6］。

6 结语

围堰水下封底混凝土的施工难点和重点是要保证封底结构的连续性和整体性，封底混凝土要求有良好的流动性，一般要保证混凝土的流动半径达到5.5 m～6.5 m，同时在封底混凝土施工中要统一协调和指挥，要有专人进行水下混凝土的标高测量，随时掌握混凝土的上升标高。

上海引水三期取水泵站封底混凝土施工，通过将整个区域分为四个仓，化整为零进行施工，降低每次封底混凝土的浇筑强度，采用商品混凝土封底，有效规避了施工水域无法布置大型船舶的难题，整个施工方案合理周详，措施得当，保证了封底混凝土的顺利浇筑。抽水后，混凝土无渗水现象，止水效果非常好，封底混凝土面比较平，基本不用凿平混凝土面。钻芯取样，混凝土的密实效果较好，无夹渣、夹泥现象，封底非常成功，同时节约近200万元的施工成本。

［1］董广文.南京大胜关长江大桥主桥8号墩钢吊箱围堰封底施工［J］.桥梁建设，2009(1):1-3，6.

［2］黄增财，杨江虎，吴 健.钢套箱封底混凝土与钢管桩间的握裹力分析［J］.公路，2006(9):84-87.

［3］刘幸福.拉萨河特大桥围堰封底混凝土桩周堵漏技术［J］.桥梁建设，2005(5):49-50.

［4］高平原.上海长江大桥基础工程承台水下封底混凝土施工技术［J］.水运工程，2009(5):143-148.

［5］王海琴，王光勇.泸州长江大桥3号墩水下封底混凝土施工［J］.铁道建筑，2002(3):25-26.

［6］向道明.钢板桩围堰的设计和施工［J］.桥梁建设，2003(3):64-65，78.