《水下灌筑混凝土》PPT课件

1、第四章第四章 水下灌筑混凝土水下灌筑混凝土 水下灌筑混凝土，系直接灌筑于水下结构部位并就地成型硬化的混凝土。常采用垂直导管法灌筑，有时也采用其他方法，如泵送法、开底吊桶法、麻袋装混凝土法等。为便于施工和保证质量，常需要采用富配合比，酌增水泥用量、用砂量或坍落度，掺用减水剂或加气剂等。.4.1 概概 述述 在进行基础施工（如大开挖后灌筑混凝土或沉井、钻孔桩的封顶等）时，有时由于水位的原因地下水渗透量大，大量抽水又会影响地基质量，这时，可以在水下直接灌筑混凝土。. 一、水下灌筑混凝土存在的问题 水下灌筑混凝土常存在以下问题： （1）当混凝土穿过水层而在水中移动时，容易产生离析现象，使水泥和骨料分离

2、而形成不匀质混凝土，并使砂浆沫成层。 （2）施工时及施工后都不能对建筑物的填充程度进行直接观察，在提高和控制混凝土质量方面，常有不稳定因素。 （3）在钢筋混凝土中，钢筋与混凝土的粘结力降低。 水下灌筑混凝土的关键是解决如何防止未凝结的防止未凝结的混凝土中的水泥颗粒被水带走混凝土中的水泥颗粒被水带走的问题。即应该在与环境水隔离的条件下灌筑，不允许直接向水中倾倒混凝土拌合物。. 二、水下灌筑混凝土施工要求 （1）混凝土拌合物到达灌筑地点以前，避免与环境中的水接触；进人浇筑地点以后，也要尽量减少与水接触；尽可能使与水接触的混凝土始终为同一部分。 （2）灌筑过程应连续进行，直到一次灌筑所需高度或高出水

3、面为止，以减少环境水的不利影响和凝固后清除强度不符合要求的混凝土数量。 （3）已灌筑的混凝土不宜搅动，使其逐渐凝固和硬化。. 三、水下混凝土灌筑方法 为满足上述要求，水下混凝土的灌筑方法是在水上拌制混凝土拌合物，进行水下灌筑。 水下灌筑有导管法、泵压法、柔性管法、倾注法，开底容器法和装袋叠置法等。. 42 水下灌筑混凝土原材料的选择水下灌筑混凝土原材料的选择 （一）水泥品种 1硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥矿物组成中的 C3S和C2S含量高，水化后析出的Ca（OH）2数量多，可用于具有一般要求的水下混凝土工程，但不宜在海水中应用。 2矿渣硅酸盐水泥泌水性较强，不适宜用于水下灌筑混凝土工程。 3火山

4、灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥化学成分中SiO2含量较高，可用于具有一般要求及有浸蚀性海水、工业废水中的水下混凝土工程。 (二）水泥标号选择 其标号不宜低于325号。但又由于这种混凝土水泥用量都较大，水泥标号也不应过高。. 二、骨料 （一）细骨料砂 （1）选用细度模数为2.32.8之间的中砂。 （2）砂中石英含量应较高，表面平滑，颗粒浑圆。 （3）为满足混凝土流动性要求，其含砂率较大，一般为4050，比普通混凝土大5；若用碎石时，必须再增加 35，以使砂浆量多些。 （二）粗骨料石子 (1)为保证混凝土拌合物的流动性，宜采用卵石，亦可采用碎石。 (2)当需要增加水泥砂浆与骨料的粘结力时，可掺入2

5、025的碎石。. 三、拌合水 一般洁净的自来水均可作为拌合水。 四、外加剂 在水下灌筑混凝土中，常用的外加剂有下列类型： （一）减水剂及高效减水剂； （二）加气剂； （三）膨胀剂； （四）早强剂； （五）增粘剂。.43 水下灌筑混凝土技术要求水下灌筑混凝土技术要求 水下灌筑的混凝土，要受到环境水的浸渍、扰动和稀释，施工本身对水下灌筑的混凝土的影响也不会小。为了减少和避免这些不利因素，不仅要求采用特殊的施工方法，而且还要对水下灌筑混凝土拌合物的性质、混凝土凝结硬化后的强度有一定要求。. 一、对水下灌筑混凝土拌合物的要求 （一）具有较好的施工和易性 1混凝土的流动性 水下混凝土施工与在大气中施工不

6、同，它不能用振捣器振捣，而是靠自身荷载或外界压力产生流动进行摊平和密实。在混凝土凝结硬化前，若流动性稍差，就会在混凝土中形成蜂窝和孔洞，严重影响混凝土质量。此外，水下施工又多是通过各种管道进行输送和浇筑的，如果流动性差，又容易造成堵管，给施工带来困难。所以，要求混凝土必须是富有粘性、有较大的流动性和一定的保持能力。但过大的流动性，不仅增加砂浆数量而且浪费水泥，并且由于采用导管法、泵压法施工容易造成倾注过快而形成管口脱空和返水事故。. （1）根据水下灌筑混凝土的方法不同，对其拌合物的流动性要求如表41所列。 表41 水下灌注混凝土流动性要求混凝土灌注方法要求塌落度/cm导管法、泵压法倾注法开底容

7、器法袋装混凝土法15205151016715 （2）在钢筋密集部位灌筑水下混凝土时，其坍落度应增加23cm；在泥浆中灌筑，宜增加 12cm。 混凝土拌合物仅有较好的流动性尚不能适应水下灌筑的要求，应该在凝结硬化之前保持一定的流动性和均匀性，才能适用于水下灌筑。 流动性的保持能力，用在灌筑条件下保持坍落度15cm的时间来表示。对于采用导管法施工的水下灌筑混凝土拌合物，其要求流动性保持能力以不小于l h为宜；运距较近时，以不小于0.70.8 h为度。. 2混凝土粘聚性和保水性 水下灌筑混凝土拌合物，不但要求具有较好的流动性而且还必须具有较好的粘聚性和保水性，以防止混凝土在运输和浇筑过程中产生离析现

8、象和分层泌水现象。因此，在施工中要保证工程质量，就必须控制混凝土拌合物的泌水率。据有关资料介绍，泌水率为1.2l.8的混凝土拌合物，具有较好的粘聚性。实际施工中，要求2 h内析出水分不大于混凝土的体积的1.5。. （二）具有一定的湿堆密度 水下灌筑混凝土，往往是靠混凝上自身荷载排开仓面的环境水或泥浆进行摊平和密实，因此，要求其湿堆密度不小于 2 100kgm3。为了在施工过程中便于及时掌握新拌的混凝土湿堆密度是否满足施工要求，可采用下述经验公式进行计算： h2224108lgD （4-1） 式中h一混凝土拌合物湿堆密度(kgm3); D粗骨料最大粒径（mm）。. 二、对水下灌筑混凝土强度的要求

9、 水下灌筑混凝土的强度，受施工条件影响较大。 （一）抗压强度 （1）在静止水中施工的混凝土强度，可达到在大气中取样而进行标准养护混凝土强度的90左右；在膨润土泥浆中灌注的混凝土强度，仅达7080。 （1） 水下灌筑混凝土的强度与灌注深度有关。愈深部位，强度愈低。如表42所列灌注桩的长度越长，则桩尖部分混凝土强度越低。. 表42 灌注桩端部混凝土强度状身长度/m8232436取芯抗压强度/Mpa标准偏差/MPa标准试件强度/MPA标准偏差/MPa36.91.840.40.9335.92.137.70.9530.30.937.50.8126.31.438.00.69 （二）混凝土与钢筋粘结强度 在

10、膨润土泥浆中进行钢筋混凝土施工时，膨润土粘附于钢筋周围，所以，混凝土与钢筋的粘结力显著下降。据有关资料介绍： （1）对于垂直钢筋，当膨润土掺率为8时，粘结力是不掺的4749；当掺率为12时，粘结力是不掺的3242。 （2）对于水平钢筋，其粘结强度则更低，仅仅是垂直钢筋的1/31/2。 （3）钢筋浸人膨润土泥浆中的时间愈长，则粘结强度降低愈多。.44 水下灌筑混凝土配合比设计水下灌筑混凝土配合比设计 任何一种混凝土的配合比，理应通过试验来确定。水下灌筑混凝土也不例外。 配合比设计步骤： 当工程量不太大时，灌筑混凝土配合比与普通混凝土配合比的设计方法及步骤基本相同，一般，采用绝对体积法较好。. （

11、一）选择水灰比 选择水灰比（W/C）时，除了要保证混凝土的强度外，同时也应满足耐久性要求。若按强度计算的水灰比不能满足耐久性要求时，则须按耐久性要求确定。 1按强度选择水灰比 根据混凝土的要求配制强度、所采用的水泥品种及标号，按鲍罗米混凝土强度公式计算。 2按耐久性指标选择水灰比 主要按抗渗等级和抗冻等级不同选择混凝土。 . 表43 抗渗等级与水灰比的关系 表44 抗冻等级与水灰比的关系.抗冻等级F25F50F100F200水灰比0.650.600.50抗渗等级P2P4P6P8P10P12水灰比 0.600.650.600.650.550.600.500.600.500.50 （二）计算用水量

12、 一般通过试验确定用水量（W）。但估算时可根据表45规定的坍落度，按公式计算。 1 普通混凝土 对于普通混凝土，其每立方米混凝土用水量按下式计算： W1=10(S+k)/3 式中 W1一每立方米普通混凝土用水量（kg） S 混 凝 土 拌 合 物 要 求 坍 落 度（cm），参考表 45； K试验常数，参考表46. 2加气混凝土 对于加气混凝土，其每立方米混凝土用水量按下式计算： W2W1KaA (44) 式中 W2每立方米加气混凝土用水量（kg）； Ka减水系数（3.43.8）； A含气量（）。. 三）计算水泥用量 根据已确定的用水量和水灰比，即可按下式计算水泥用量（C）： C=W/(W/C

13、) （45） 确定水泥用量时，还要考虑到混凝土的耐久性要求，同时也应考虑到所选择的施工方法的特殊性。 1考虑耐久性要求 考虑耐久性时对水泥用量的规定如下： （1）有抗渗性要求时，每立方米混凝土水泥用量不得少于300kg； （2）有抗冻性要求时，每立方米混凝土水泥用量不得少于330kg。.2考虑施工方法要求 考虑施工方法对水泥用量的规定如下： （1）当用混凝土泵输送时，也要满足泵送施工的需要，每立方米混凝土水泥用量不得少于 300kg； （2）当采用泵压法和导管法施工时，每立方米混凝土水泥用量不得小于370kg； （3）当采用开底容器法（开底箱、开底袋）和袋装混凝土法施工时，水泥用量应更多，应为

14、大气中施工时的两倍。. （四）计算砂率 见式（46） （五）计算砂、石用量 按绝对体积法计算，见式（47）.45 水下灌筑混凝土施工水下灌筑混凝土施工 导管法导管法和泵压法泵压法是应用较普遍的方法，用于规模较大的水下混凝土工程，能够保证结构的整体性和强度，可在深水中施工（泵压法宜在水深不超过15m的情况下），要求模板密封条件较好。 开底容器法开底容器法只适用于小量的、零星的水下灌筑混凝土工程。 倾注法倾注法类似于地面上斜面分层灌筑法，施工技术简单，但只能在水深不足2m的浅水区使用。 装袋叠置法装袋叠置法虽然施工较简单，但袋间有接缝，整体性差，一般只用于对整体性要求较低的水下抢险、堵漏和防冲工程

15、，或在水下立模困难的地方用作水下模板。 柔性管法柔性管法是较新的一种施工方法，能保证水下混凝土的整体性和强度，在水下灌筑薄板能得到规则的表面。. 一、导管法施工 导管法是通过不透水的金属导管来进行水下灌筑混凝土施工。这种方法具有设备简单、整体性好、灌筑速度快、不受水深和仓面大小限制等优点，是应用最广泛的一种方法。导管法不仅用于水下灌筑混凝土，也可用在膨润土泥浆中灌筑混凝土。. （一）施工主要设备 1导管 施工的主要设备是金属导管（图41），其直径为200300mm，亦有超过450mm的。多是由长度不同的钢管，通过法兰盘和螺栓连接而成的空心圆管。 （1）导管种类：导管可以组装成整节式、套筒式和活

16、节式三种（图42）。 整节式导管：如图42(a)所示。整节式导管由一根钢管或非拆卸管节组成。它适用于灌筑层厚不超过5m，工作平台有足够超高，在灌筑过程中不提升导管或可以随承料漏斗一起上提的仓面。. 套筒式导管：如图42(b）所示。套筒式导管是布置双层导管，与承料漏斗相接的内导管固定不动，只提升埋入土中的外套管，省去拆卸导管时间，特别适用于泵压法施工。 活节式导管：如图42卜）所示。活节式导管可以随着混凝土面的上升逐步拆卸管节。它是用得最多的一种导管。. （2）导管直径的选择：导管直径和导管通过能力与粗骨料的最大粒径有关，同时，也视水深而定，可参照表47选择。 表47 导管直径选择.导管直径/m

17、m100150200250300通过能力/m3/h3.06.512.518.026.0允许骨料最大粒径/mm2020碎石20卵石404060 2底盖或滑阀 用导管法施工，进人导管内的第一批混凝土拌合物能否在隔水条件下顺利到达仓底，并使导管底部埋人混凝土内一定深度，是顺利灌筑水下混凝土的重要环节。为此，就要采用底盖悬挂在导管上部的顶门或吊塞作为活阀以隔绝环境水。因此，导管施工法又分为底盖式和滑阀式两种。 （二）底盖式 在导管底端设有底盖，每接上一节管子，就沉到水中一节，直到水底为止。底盖一般采用钢板加工而成，微焊接于管底端。将混凝土填人管内，待填满之后将管上提 2030cm，这时，管内的混凝土即

18、将底盖压开而注入水底，随即将混凝土不断地投人管内。随着混凝土不断堆积变厚而相应地提升导管。每上提一根，即卸掉一根，如此反复进行，直达设计高度为止。. （2）滑阀式 通常用作滑阀的有顶门和吊塞两种。顶门用木板或钢板制作。吊塞是用各种材料制成的圆球形。灌筑前，用吊绳把滑阀悬挂在承料漏斗下面的没有底板的导管内，随着混凝土灌筑而下滑，至接近管底时剪断吊绳，在混凝土本身重量荷载推动下滑塞下落，混凝土冲击管口并将管底埋人混凝土内。. （二）工艺参数选择 用导管法灌筑水下混凝土，为保证施工质量，需注意以下几个工艺参数的选择。 1首批混凝土量 在开灌阶段，首批混凝土推动滑塞冲出导管后，在管脚处堆高h不宜小于0

19、.50m，以便导管口埋在混凝土中的深度不小于0.30m。首批混凝土宜采用坍落度较小的混凝土拌合物。流入仓内的混凝土坡率为h/R=1/4=0.25(见图43)。 对于基础面，首批混凝土量应不少于 2.10m3；对于非水平面（如用天然或人工凹坑设置导管），则首批混凝土量可少于2.10m3。. 2.导管作用半径 由图44可知，导管作用半径为Rt，混凝土拌合物水下扩散平均坡率为i，上升高度为iRt；，同时，在流动性保持指标th时间内，仓面上升高度为thI，两者理应相等，即 . iRt=thI Rt=thI/I (4-10) 式中 I为水下灌筑混凝土面上升速度（mh）。 在灌筑阶段，一般要求水下灌筑混凝

20、土面坡率小于1/5，若取i=1/6代人上式，则得 Rt=6thI (4-10) 式中，th为混凝土拌合物流动性保持能力（h），一般要求不小于1.0 h。 据此数值即可布置导管。. 3导管插入混凝土内的深度 在实际施工过程中发现，当导管插人混凝土内的深度不足0.5m时，混凝土拌合物锥体会出现骤然下落，导管附近会出现局部隆起现象，表面曲线突然转折。这说明混凝土拌合物不是在表面混凝土保护层下流动，而是灌注压力顶穿了表面保护层，在已灌筑的混凝土拌合物表面成层流动，这就破坏了混凝土的整体性和均匀性。 当导管插入混凝土中深l.0m以上时，混凝土表面坡度均一，所灌筑的混凝土拌合物在已灌筑体内部流动，混凝土内

21、部质量均匀。据此可见，导管插人深度对混凝土灌筑质量影响密切相关。. 导管埋入已灌筑混凝土内部越深，混凝土向四周扩散的效果越好，混凝土越密实，表面也越平坦。但如埋人过深，混凝土在导管内流动容易受阻而造成堵管事故。 据有关资料介绍，混凝土的最佳埋人深度与混凝土的灌筑强度和拌合物的性质有关，其值约等于流动性保持指标与混凝土面上升速度的两倍。 4超压力 为了保证混凝土能顺利通过导管下注或大于仓内水压力和导管底部所必须的超压力之和。. 5导管通过能力 根据混凝土流变学原理，导管通过水下灌筑混凝土拌合物的能力，可用式(4-18)表示。 6混凝土面的上升速度 当一次灌筑混凝土的高度不高时，最好使其上升速度能

22、在混凝土初凝之前灌到设计高度。 在实际施工中，混凝土面上升速度不得小于0.2mh。对于大仓面，宜使混凝上面的上升速度为0.30.4m；而小仓面上升速度可达0.51.5mh。. 二、泵压法施工 采用泵压灌筑混凝土，能够扩大导管作用半径，增加水下灌筑混凝土的扩散面积；减少灌筑导管的提升次数；保持终灌阶段亦有足够的超压力。但其需要专门输送设备，要求有较大的灌筑强度和搅拌能力，且不宜用于水深超过15m时的情况。. (一)泵压系统 泵压系统由水平输送管和垂直灌筑管组成。垂直灌筑管有以下五种形式： 1 导管灌筑管 利用带承料漏斗的导管，作为垂直灌筑管。承料漏斗的容积为1.53.0m 但如全过程均用导管法灌

23、筑，导管直径应与混凝土泵输送能力相适应（表49）；如只用于开浇阶段，则导管直径应与混凝土泵的水平输送管直径一致。.混凝土泵输送能力/m3/h81015203040导管直径/mm180 200240260300350 2、单根输送灌注管 将垂直灌筑管与水平输送管组成一根管子。这种方式最方便，宜用于灌筑高度不大、不需提管即可灌完的工程中。 3套接灌筑管 由内插管和外套管组成。内插管与混凝土泵的水平输送管连接，外套管作为导管进行灌筑，它随着混凝土面的上升而提升，可不中断灌筑。 4带辅助管灌筑管 在灌筑管下部外侧套一长3m，直径600mm的辅助管，辅助管上端有吊绳，通过吊绳提升或下放辅助管来控制灌筑的

24、卸料速度，并防止混凝土在泵压作用下以喷射状喷出管口。 5带辅助管套接灌筑管 由内插管、外套管、辅助管三部分组成。随着混凝土面的上升，提升外套管。辅助管用于调节卸料速度。. （二）灌筑方法： 1导管法 导管灌筑法，即把混凝土压送到导管上面的承料漏斗中，自始至终采用导管法进行灌筑。混凝土泵只作为运输设备。 2导管开灌法 导管开灌法，即开灌阶段采用导管法灌筑，待灌筑管埋人混凝土内lm以上时，再拆去承料漏斗，将水平输送管与灌筑管连接，继续进行压灌，如图46所示。 由于泵压混凝土下灌的流速往往很大，在开灌阶段若不采取有效措施，水容易倒灌人管内，造成泛水事故，管口不能很快埋人已灌筑的混凝土中，影响水下灌筑混凝土的质量。. 3输送管直接灌筑法 输送管直接灌筑法，即把与混凝土泵水平输送管直接连接的垂直灌筑管直接插人仓底从开灌到完成灌筑，自始至终用这种方法灌筑。采用这种方法灌筑，在开灌阶段，需要利用掏穴法、 冲盘法或辅助管法（图47）来降低灌筑管内混凝土的下灌速度，使管口能尽快埋人已浇混凝土内。. 三、水下灌筑混凝土施工注意事项 (一)导管法施工 （1）选择导管：选择导管的任务主要是确定导管的内径和使用范围。 导管的内径，可直接根据水深来选择：水深小于3m者，选25cm；水深为35m者，30cm；水深为5m以上者，选3050cm。 导管