內河航道護岸加固水下混凝土施工工法

秦長生 劉榮忠

摘?要：蘇南運河全長212km，于1992年8月開始，按照四級航道標準進行全面整治，1997年9月完工，成為全國第一條標準化文明樣板航道。近年來隨著貨運量快速增長，船舶密度增大和船型加大，對航道的破壞力也增強，航道沿線已出現較多的淘空、坍塌、淤積現象，致使通航能力下降，難以適應航運和區域經濟發展的需要。因此江蘇省交通廳航道局于2009年4月從無錫段開始對蘇南運河進行全面整治，以充分發揮江蘇水運資源優勢，滿足區域經濟發展的需要。

關鍵詞：內河航道;護岸加固;混凝土;施工

1?前言

蘇南運河三級航道整治工程，主要是對原有護岸的加固和重建，對淤淺的航道進行疏浚，使蘇南運河航道口寬90m，底寬70m，設計水深3.2m，達到三級航道通航標準。

無錫段三級航道整治工程SQD合同段全長10.74km，主要包括：老護岸加固16.4km，航道疏浚土方54萬m³。水下混凝土為護岸加固中的水下部分，它是針對蘇南運河航道護岸加固的一種新的水工結構型式，如此大規模的水下混凝土施工，在水運工程史上尚屬首次。以往的水下混凝土施工，不論是港口還是航道工程，規模數量都很小。本項目開展之前，為防汛抗洪要求，也曾對老護岸進行過零星的水下混凝土加固，但因工序、工藝、控制等各種原因，加固的水下混凝土存有大量孔洞等不良現象，影響了水下混凝土加固效果。為此，施工前參照規范，并邀請各方面專家，經過多次反復研究討論，確定了本工程水下混凝土的施工工法。

2?工法特點

2.1 本工法無需進行常規圍堰施工，以達到資金節約、工期縮短的目的，同時最大限度降低了航道的占用率，保證在航道正常通航情況下完成施工。

2.2 本工法參照《水運工程混凝土施工規范》（JTS 202-2011）10.4款“特殊施工條件下的水下混凝土”和《公路橋涵施工技術規范》（JTG TF50—2011）第8章“灌注水下混凝土”及第12章“地下連續墻”制定，根據內河施工特點，綜合考慮，加以改進，施工流程簡單便于掌握，無需特殊船舶設備，無需潛水員配合作業，僅需要操作工人熟練、認真完成各項施工工序即可。

2.3 模板采用整體式鋼模板，構造簡單，拆卸方便。模板加工時應調查航道內船行波的高度，制作模板時將其適當加高，在混凝土凝結前起到防浪保護作用。

2.4 水下混凝土澆筑結合內河航道施工特點，采用改進的導管法施工，同時又吸取了泵壓法的部分控制措施。

2.5 水下混凝土分段一次澆筑到頂，單次澆筑方量較小，減少了混凝土拌和、運輸的供應壓力，確保了水下混凝土澆筑的連續。

3?適用范圍

本工法適用于內河航道整治工程中的護岸加固，尤其適合于作業面狹小以及有不斷航要求的重要河段施工。

4?工藝原理

水下混凝土澆筑，采用豎立的導管依靠混凝土的自重將混凝土澆筑入倉的方法，即通過導管利用混凝土的重力勢能轉化的動能，由始終埋入混凝土中的導管出口擠入前期灌注的混凝土內部，混凝土從導管出口緩慢擠入，向四周均勻擴散流淌，同時將前期澆筑的混凝土逐步頂托上升，形成連續致密的混凝土墻體，避免與河水相混，以達到保證水下混凝土質量的目的。

成型脫模的水下混凝土，形成了一道水下連續致密的擋水及支撐結構，由于結構緊貼原狀護岸而形成一體，有效起到了加固和支護作用。

模板和混凝土澆筑是本工法的兩道關鍵工序。

整體式大片鋼模板，可以減少水下作業，提高水下安裝模板的密閉程度，使模板內達到靜水狀態，保證入水的混凝土不受沖刷失漿。

5?施工工藝流程及操作要點

5.1?施工工藝流程

墻前清淤→施打鋼筋混凝土方樁→模板安裝→架設導管→澆筑水下混凝土→適度振搗水位以上的混凝土→人工抹面→拆模、養護。

5.2?操作要點

5.2.1 墻前清淤

墻前清淤是將老護岸墻前底腳的淤泥挖至設計標高，可使用抓斗式挖泥船或船載挖掘機進行施工，施工過程中要隨時檢查深度和寬度。

5.2.2 施打鋼筋混凝土方樁

水下混凝土施工前，需先打設一排鋼筋混凝土方樁，然后澆筑水下混凝土，將方樁嵌入混凝土中，增強了老護岸加固效果。

鋼筋混凝土方樁規格為20cm×20cm，樁長6m。打樁前按設計樁距在老護岸上用油漆畫出標記，并沿岸線拉縱向線繩，控制樁位的縱向和橫向位置，采用小型柴油錘（如DD12型）打樁船根據樁位施打。

5.2.3 模板安裝

水下混凝土的模板應具有足夠的強度、剛度和穩定性，還應使構造簡單，拆卸方便，因此，宜選用鋼模板，制成整體式或裝配式。

用導管法澆筑水下混凝土時，最大側壓力可按下式計算（出自《水運工程混凝土施工規范》JTS 202-2011，附錄F，75頁）：

據上式計算出混凝土的最大側壓力后，再綜合考慮其他荷載和相關系數，據此來確定模板的支撐結構。

本工法的模板采用整體式大片鋼模板，按水下混凝土的分段長度，10m一片/段（根據內河航道施工船機小的特點，模板也可5m一片，中間留一道豎直施工縫），模板在后方加工廠內制作完成。堵頭側模采用裝配式，在模板支立前與主模組裝成一體。模板底部做成楔形，可插入河底的土基中，提高模板底口的密閉性。板面采用5mm鋼板，用10號槽鋼做橫、縱向圍檁，模板為兩種，一種是兩端帶堵頭模板的，用于獨立段水下混凝土澆注，一種是不帶堵頭模板的，用于間隔段澆注施工。

方樁施打完成后，采用方駁吊機將模板吊安就位，工人用繩纜拉住模板，保持位置穩定，然后緊靠模板后面的圍檁豎直打入20號槽鋼至河底的硬土中，根據施工經驗，入土深度不宜小于1m，然后在槽鋼的頂口位置加橫向拉條到岸上拉緊固定模板，拉條生根于老護岸墻頂（岸壁后）;在緊靠模板板面頂口的位置加第二排橫向拉條到岸壁上，拉條采用膨脹螺栓固定在岸壁上，輔助固定模板;固定模板的20號槽鋼、拉條間距以0.8m～1.0m為宜，頂排拉條采用直徑16mm的圓鋼，第二排采用直徑12mm的圓鋼;若墻前土質差，墻頂固定拉條基礎較薄弱，應加密固定模板的槽鋼和拉條。

模板安裝固定完成后，要檢查模板底口及堵頭的密閉性。模板底口的縫隙，需要人工探摸有無縫隙，并可用袋裝混凝土封堵;堵頭模板與老護岸的接縫處可用木板做閘板來封堵，閘板上貼泡沫橡膠板止漿，河內流動水不能流入模板內即可。

5.2.4 架設導管

本工法所需的混凝土宜由拌和站集中生產，需能夠滿足混凝土連續、充足供應的要求。施工時采用混凝土攪拌車運輸，混凝土泵車將混凝土輸入導管，通過導管輸砼入模。導管直徑一般采用300mm鋼管，管壁厚度3mm，每節長1.0～2.0m，每節之間緊密聯結;導管使用前須進行水密承壓和接頭抗拉試驗，嚴禁用壓氣試壓。進行水密試驗的水壓不應小于模板內水深1.3倍的壓力，也不應小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力p的1.3倍，p可按式（8.3.5-2）計算（出自《公路橋涵施工技術規范》JTG TF50-2011，第115-116頁）：

如果混凝土澆筑總高度較小，也可以使用單根鋼管做導管（曾使用過?250mm、長4m、壁厚2mm的鋼導管），導管上設兩個吊耳，可拴纜繩輔助人工提升導管。

5.2.5 澆筑水下混凝土

澆筑前先布設導管，導管布設的位置和間距根據澆筑范圍（按每段長度10m計）和混凝土流動半徑按不大于3m確定（按《水運工程混凝土施工規范》規定）。為保證水下混凝土充分結合，根據本項目實際情況，本項目采用三根導管灌注混凝土入模，流動半徑為1.6～1.7m。

混凝土澆筑前，導管可通過吊耳上的繩子臨時固定于臨近的腳手管和槽鋼上，首罐混凝土澆筑完成后解開繩子。

第一批混凝土采用漏斗灌注，混凝土運抵澆筑地點后，按照澆筑前的計算，求得首澆混凝土量，然后將不少于計算量的混凝土泵入每個漏斗中（澆筑前在導管內安放一個直徑略小于導管內徑的皮球或鋸末球，目的是使混凝土和水在管內不混合，保證首澆混凝土能夠順利封底），開始灌注時，三個漏斗閥門同時迅速全開，讓混凝土以很大的沖力瞬間落下，混凝土在導管下端形成錐體，將導管底口埋入混凝土中;首灌混凝土灌注完成后，可去掉漏斗而采用泵車直接向導管內輸送混凝土灌注。

首批灌注混凝土的數量應能滿足導管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部的需要，所需混凝土數量可參考公式（8.3.5-4）計算（參考《公路橋涵施工技術規范》JTG TF50-2011，第116-117頁）。

其中D——斷面厚度（m），砼從導管口流出形成的不是圓錐形，更接近于兩個楔形，故此處按照兩個楔形計算，D為厚度，0.5m。

架設導管時底口高出底面0.4m，導管埋深按不小于1.0m，水下砼澆筑寬度0.5m，長度10m/段，水位按1.7m，底標高-1.4m，混凝土重度2.4KN/m³，水重度為1KN/m³，混凝土流動半徑1.7m，三根導管，

則每根導管首批混凝土量：

V=0.5*1.7*（1+0.4）*0.5*2+3.14*0.25*0.25/4*0.7=1.2 m³

澆筑混凝土過程中要嚴格控制導管的提升，始終要保持導管口埋入混凝土不小于1.0m，防止水從外部流入導管內。澆筑過程中要用尺桿勤測水下混凝土面上升的高度，每上升0.8～1.0m提一次導管。提升時可稍轉動導管（嚴禁左右搖動導管），兩人分別持導管扶手或輔助拉繩，均勻用力上提，禁止用力過猛，將導管拔出混凝土，影響混凝土質量。各導管灌注的混凝土表面高差不宜大于0.3m。由于模板是封閉的，模板內的水不能自流至模板外，因此在澆筑過程中，可配一臺汽油離心水泵，及時將模板內的水排出。

水下混凝土應連續澆筑，不得發生中斷或導管進水現象，影響混凝土質量。

5.2.6 適度振搗水位以上的混凝土

混凝土澆筑到頂面時，應略高于設計標高值5cm左右，用振搗棒將水位以上的混凝土均勻適度振搗（輕振），注意振搗棒不要伸到水位以下，以免影響混凝土質量。振搗后清除浮漿。適度振搗的目的是加強頂部混凝土密實，防止松頂，提高混凝土觀感質量。

5.2.7 人工抹面

水位以上的混凝土振搗完成并清除超高部分和浮漿后，頂面采用木抹板壓實拉毛抹平，抹面要進行二次壓面。抹面的同時需將上部貼面混凝土結構需要的鋼筋預埋到水下混凝土內。

5.2.8 拆模、養護

混凝土澆筑后達到一定強度方可拆除模板。原則上，根據氣溫高低，在混凝土強度能保證其表面及棱角不因拆除模板而受到破壞時拆模即可。施工時，可根據施工季節的氣溫變化，通過混凝土試塊試驗，在混凝土強度達到2.5MPa方可拆除模板，本工程水下混凝土在5～10月份施工，在澆筑后18～24小時拆模即可。拆除模板時，先小心向外拆除模板外側支固模板的20號槽鋼，然后拆除整體式大模板。拆模時要嚴格控制垂直向外拆除模板，避免損壞混凝土棱角。

混凝土澆筑完成后及時加以覆蓋，對水位以上混凝土進行養護，結硬后砼養護可就地取材，利用河水潮濕養護，混凝土養護時間不少于10天。

6?材料與設備

6.1?混凝土

混凝土原材料：

水泥選用普通硅酸鹽水泥，標號為P.O42.5;

粗骨料采用5～31.5mm碎石（最大粒徑不應大于導管內徑的1/4，同時不應大于40mm）;

細骨料采用級配良好的Ⅱ區中砂;

外加劑采用GL-25型高效減水劑。

6.2?設備

船機設備可綜合利用，墻前清淤使用的挖泥船，也可以完成模板的吊裝和拆卸。打樁船為專用船舶，另需配一艘小型駁載船裝運方樁。

7?質量控制

7.1?混凝土質量控制

7.1.1 混凝土原材料質量必須符合《水運工程混凝土施工規范》（JTJ268-96）的要求，水泥宜采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5水泥，粗骨料采用5～31.5mm級配碎石，細骨料采用級配良好的中粗砂。

7.1.2 水下混凝土配合比應較陸上配置強度高40%～50%，并摻適量高效減水劑，增強和易性。坍落度控制在180mm左右，含砂率宜采用40%～50%，水灰比宜采用0.5～0.6（摻加粉煤灰時可根據試配適當降低砂率）。

7.1.3 澆筑前應檢測混凝土拌和物的和易性，其坍落度宜在160～220mm之間，適于水下混凝土澆筑。高溫期間，應加緩凝劑，拌合時應考慮坍落度損失。

7.2 模板組裝應牢固，模板安裝就位時要用纜繩輔助固定。模板安裝支立支撐必須牢固，具有足夠的強度、剛度和穩定性，以免模板因混凝土側壓力產生變形或跑?，F象。

模板接縫應嚴密，堵頭模板與主模拼裝時接縫應夾止漿條，堵頭模板與護岸老墻面之間的縫隙采用木閘板加泡沫橡膠板止漿，模板底口的縫隙宜用袋裝混凝土封堵，防止漏漿，影響混凝土質量。

模板前沿線要根據老護岸的線型拉線調直、固定，支固模板的槽鋼、拉條間距以0.8m為宜（應經混凝土側壓力計算和試驗確定），遇軟弱地基處應據情況加密，確保模板不變形或跑模。

模板安裝時，前沿線應以老護岸的線形為根據，100m為一個測量單元，取其平均線控制。前沿線直線段要順直，曲線段要圓順。

7.3 導管提升過程中，兩人要同時均勻用力，可輕輕轉動導管，不能左右搖動。不能用力過猛，防止將導管拔出混凝土，水流倒灌。同時還要勤測提升高度，保證導管埋在混凝土內不小于1.0m。導管的安放間距要均勻準確，不大于3m，確保兩導管間混凝土結合緊密。

7.4 水下混凝土應連續澆筑，混凝土的拌和能力、運輸時間、路途情況、導管提升時間等要協調銜接，不得中斷。如因故中斷，其間歇時間不得超過40min，40 min內混凝土塌落度不宜小于150mm，并防止管內出空。

7.5 混凝土澆筑到頂后，必須對水位以上的混凝土進行適度振搗（輕振），清除浮漿，保證混凝土表面光滑和密實，提高混凝土觀感質量。

7.6 質量標準（參照《水運工程質量檢驗標準》JTS257-2008及《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041—2000）“地下連續墻”質量標準）墻面應平整，外輪廓線應平順，無突變轉折現象，允許偏差應符合表7.6的規定。

8?安全措施

8.1 建立健全安全管理體系和安全管理制度，加強操作人員安全教育，提高安全意識。操作人員要熟悉本工種作業的安全操作規程。

8.2 堅持安全“三必須”、“五不準”，現場人員必須佩戴安全帽，水上作業人員要穿救生衣等。

8.3 吊機吊安模板時，應先檢查機械設備和繩索的安全性和可靠性，吊機活動范圍內不得站人或通行?？吭诼愤厺仓炷恋幕炷帘?、罐車要設置安全隔離帶，前、后方設安全警示標志?，F場臨時用電必須有漏電保護等安全防護設施，確保安全施工。

8.4 水下模板必須具有足夠的剛度、強度和穩定性，支安牢固，特別要保證固定在老駁岸上拉桿的穩固、安全、可靠。

9?環保措施

9.1 開工前，要對施工人員進行環境保護、文明施工教育，提高施工人員的環境保護意識。

9.2 工程完工后，拆除臨時設施，要將現場場地（特別是殘留混凝土和泥漿水）清理干凈。

10?節能措施

10.1 模板和支撐材料應選擇標準型號的鋼材，增加循環次數，減少維修或更新。

10.2 提高作業效率，減少船機設備的無謂消耗，節約油電。

11?效益分析

采用本工法施工工藝，與圍堰抽水干地施工相比，在能夠保證質量、安全的前提下，該工法省去了費用高、工期長的臨時圍堰，簡化了傳統的施工工藝，加快了施工進度，縮短了施工工期，節約了建設投資。

12 結語

蘇南運河無錫段航道是全國樣板航道，通過本項目研究制定的水下混凝土施工工法，已成功應用，并已推廣應用到蘇南運河常州段航道整治工程中，取得了良好的社會效益和經濟效益，為內河航道整治項目提供了可靠的技術方案和借鑒經驗，具有良好的應用價值。

參考文獻：

[1]《水運工程混凝土施工規范》JTS 202-2011

[2]《公路橋涵施工技術規范》JTG TF50—2011