水下不分散混凝土在堤岸护脚工程中的应用

[摘要] 本文介绍了水下不分散混凝土在广东省肇庆市景丰联围堤脚护脚工程(抛石浇筑)中的应用。通过现场的采样数据，阐述了在堤岸护脚工程中应用水下不分散混凝土的优越性。同时为类似的水下工程应用提供了可借鉴的施工经验。

[关键词] 水下不分散混凝土；堤岸护脚；景丰联围；堤防

1 前言

水下混凝土施工是港口、桥梁、堤岸护脚等工程中经常遇到的问题，水下混凝土的施工技术和质量日益引起工程技术界的重视。传统的水下混凝土施工主要是靠尽量隔离混凝土与水的接触，这就要求采用专门的施工机具和严密的施工操作来保证质量。

水下不分散混凝土着眼于改善材料本身在水中的特性，使得混凝土自身具有在水中浇注过程中直接与水接触也不会使各组分分散的能力。其关键技术是掺入了专用外加剂――UWB絮凝剂。由于该絮凝剂由水溶性高分子聚合物和表面活性物质组成，它改变了水泥颗粒的表面性能，使混凝土拌合物具有良好的流动性；同时，又通过高分子长链和支链的架桥作用，使混凝土混合物粗分散体系搭接成纵横交错的稳定立体网状结构，使浇灌的混凝土凝聚力增强，从而具有良好的抗水洗和坑分散能力。实现了水下施工陆地化，既简化了施工工艺、降低了工程造价，又保证了施工进度和工程质量。

2 工程概况

景丰联围位于西江干流左岸肇庆市境内，是珠江三角洲五大堤围之一，全长59.97km，捍卫着肇庆市端州区、鼎湖区和四会市及其多个乡镇，保护面积242.38平方公里，保护人口50万人，耕地21.81万亩，以及321、324国道和三茂铁路等重要交通设施，还有七星岩、鼎湖山国家级风景名胜区。

西江流域水量充沛，高要水文站实测10年一遇洪水流量为41900m3/s，年平均流量为7010m3/s，水流较为急速。枯水期水位（珠基）-1～1m，水深7～9m。景丰联围景福段桩号9+868处由于迎流顶冲，深槽迫岸，水流冲刷处水深在11～15m，局部边坡非常陡峭，堤坡稳定情况令人担忧，严重威胁着肇庆市人民群众的生命和财产安全。作为该堤段的堤防管理单位，肇庆市景福围工程管理处历年来多次在枯水期对该处堤段进行抛石护岸处理，但防护效果不理想，堤脚岸坡陡峭问题依然存在。为了做好堤围防护工作，确保堤安全，堤围管理处想方设法，运用新技术，对该处堤脚加固工程应用水下不分散混凝土，用于胶结整体性较差的护岸抛石，使抛石胶结成为整体，以提高堤坡脚的防冲刷能力。

图1 江堤剖面图

3 材料及应用情况

3.1 原材料情况

(1)水泥: 肇庆小湘水泥厂的425#普通硅酸；

(2)矿物掺合料:广州产粉煤灰(FA)；

(3)骨料: 细骨料采用连续级配中粗砂，粗骨料采用碎石，两级配，最大骨料粒径25；

(4)UWB型絮凝剂: UWB－Ⅱ型絮凝剂，中国石油天然气集团公司工程技术研究院生产。

3.2 配合比设计

在水下施工的水下不分散混凝土的质量在很大程度上是由混凝土的粘稠性及流动性所决定的，所以，在进行配合比设计时，必须要全面满足这些特性的要求。由于掺入絮凝剂的混凝土强度没有多大的变异，因此，在确定配合强度提高系数时，可以认为与普通混凝土相同。在本工程中，配合比:用水量210kg～250kg/m3, 水泥用量400kg～450kg/m3，水灰比0.5～0.6，砂率36%～46%，水泥:砂 = 1:2.5。水下不分散混凝土的配合比设计流程如下图所示。

图2 水下不分散混凝土的配合比设计流程图

4施工工艺

4.1 施工工艺流程

水下不分散混凝土的施工工艺流程如下图所示：

图3 水下不分散混凝土的的施工工艺流程

4.2 施工方案

水下不分散混凝土的配合比和施工方案应根据固结毛石深度和现场水深而定。一般有装袋叠置法、滑槽法、压浆法、导管法、吊罐法、泵送法等。本工程施工地点位于市区，有施工便道直接到达施工现场，交通便利。施工单位拥有多种施工设备，通过比对，决定使用泵送法进行水下不分散混凝土施工。

该方法是利用混凝土输送泵将混凝土泵送到浇筑仓面，施工方法与导管法基本相同。由于水下不分散混凝土的粘性很大，因而泵送的阻力非常大，管内压力的损失为普通混凝土的2～4倍。因此，应该选择大管径的输送泵，管路尽可能减小弯头，尽量使管路平直。这种方法适用于各种水深的水下混凝土施工工程，是很常用的施工方法。

泵送的混凝土要掺入混凝土输送剂，用于降低混凝土泵送阻力，生产混凝土所用的配合比必需经试验调整确定，生产出混凝土成品检验符合设计要求方可使用。

4.3 注意事项

(1)由于水下不分散混凝土的粘聚性较大，施工时的拌和设备最好用强制式搅拌机，也可用反转式搅拌机。一般加料顺序为:碎石砂子水泥(及矿物掺和料)UWB型絮凝剂水。

(2)UWB－Ⅱ型絮凝剂絮凝剂为水溶性高分子化合物，掺混凝土拌和物中使水泥颗粒凝聚力增强，使拌和物遇水容易分散和离析。一般掺入量为水泥用量的2%，絮凝剂量极少，若未在水中充分溶解，搅拌不均匀，易导致絮剂分散不均，起不到凝聚作用，致使不分散混凝土表面软，与普通混凝土界面有纹隙等缺陷。故在施工中要求凝剂加在水泥上面，混凝土拌合时每次应干料预搅拌1分钟，加水后搅拌时间不少于3分钟，且应连续搅拌，时间应长于普通混凝土。搅拌过程中若停顿时间较长，需及时清洗搅拌机，以免粘于内壁，日后不易清洗而影响使用。

(3)施工中混凝土拌合物的流动性用坍扩度来控制，要求坍扩度在40~50cm之间，该指标可在搅拌时通过水胶比得到有效控制。

(4)由于是水下施工，混凝土下降过程中受江水浸裹并受江水浮托力影响，相对较难与下层混凝土及抛石很好地结合，因此应注意保持混凝土入仓紧凑连续，保证水下混凝土质量。

5 质量检验

施工完毕后，通过现场取样测试对灌注的水下不分散混凝土和河堤护脚进行了质量检测，结果如表1所示:

表1 现场取样测试结果

由上表中可以看出:

a.现场抽检水下不分散混凝土的28d(水中)抗压强度均大于24.0MPa，完全满足江堤压脚工程的20.0MPa设计要求。根据新拌混凝土性能和硬化混凝土强度及其它指标，该工程主要采用上述配合比，它虽然用水量较高，但外加剂掺量低，且其流动性能好，易于浇注，成本较低。

b.水下不分散混凝土的毛石缝隙饱和度达到85%以上。

c.水下不分散混凝土的水陆强度比均在70%以上，说明其抗分散性、抗水洗能力良好。

d.水下不分散混凝土的密实度比普通混凝土略差，但能满足设计要求。

6 结语

工程建设完成后，每年的枯水期水下测量检查表明，工程结构完整，没有出现新的冲刷破坏部位，从根本上解决了堤围的安全隐患，由此可得出以下结论：

(1)在水工混凝土中加入适量UWB型絮凝剂，使之在水中具有抗分散、抗冲刷、不离析、自流平的特殊性能。其凝结时间可调，达到自流平、自密实的效果，有效地改进了水下混凝土的施工，能适应不同水工工程的需要。而且可使用常规机具和工艺进行水下工程的不排水施工。

(2)利用水下不分散混凝土进行堤脚毛石固结工程，其施工简易，缩短施工周期20%以上，在确保施工质量的前堤下，节约综合成本30%以上。

(3)水下不分散混凝土的强度增长规律与普通混凝土相似，可满足一般水下工程设计、施工的需要。

(4)UWB型絮凝剂无毒无害，所配制的混凝土对环境水域无污染，对水产养殖、工业和民用水源无害，有利于生态环境保护。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看