水下混凝土施工技术研究-毕业论文.docx

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1、水下混凝土施工技术研究-毕业论文中国农业大学当代远程教育毕业论文设计论文题目：水下混凝土施工技术研究学生张弘毅指导老师扬程专业土木工程工程施工方向层次专升本批次201602学号W110401142006学习中心北京市农林科学院工作单位夏都水利2016年06月18日摘要:对水下混凝土(带水作业)常用的几种施工方法作了分析和比拟,建议在整体考虑水下混凝土的材料特点和施工方法的基础上,可将水下不分散混凝土的材料改性和施工时的机械隔水措施结合采用。关键词:工程施工水下混凝土灌筑施工方法絮凝剂1前言水下混凝土(带水作业)在传统上是指水下灌注混凝土,但随着科学技术的发展,如今似乎还应包括水下不分散混凝土1

2、-2。前者是主要依靠施工时密封性良好的机具隔水措施,后者则通过专门的外加剂使混凝土拌合物本身性质得以改善来抵抗水的冲刷,在流动水的环境下更显示出其技术优势。采用这二类方法构成水中混凝土及钢筋混凝土构造能够省去为造成干地施工条件所必须的围堰、基础防渗及基坑排水工程。在某些无法围堰的情况下水下混凝土甚至是构成水中混凝土建筑物的唯一方法。因而其施工的关键是解决怎样防止在灌注经过中和灌注以后使未凝结的混凝土免受环境水的强烈影响这二方面的问题。也就是讲,水下混凝土应该在尽量与环境水隔离的条件下灌注,除非在添加了混凝土絮凝剂(抗分离剂)后,才允许短距离地在水中直接倾倒混凝土拌合物2。下面就常用的各种水下混

3、凝土施工技术及新型水下不分散混凝土外加剂材料作一阐述。2、水下混凝土施工技术2.1装袋叠置法将坍落度主5070mm的混凝土拌和物灌入透水纤维织袋中并摆放到水下所需位置。袋的装料量宜为袋容积的2/3。这些麻袋在水下的摆放如同砌砖一样交织叠置可以用短钢筋等插接加固这是一种老式的、传统的造价高的方法而构成的构造却并非特别坚固。该法仅在水的排水口周围及在非冲蚀条件下应用或在对整体性要求较低的水下紧急抢险、堵漏等临时性工程中应用可以以在水下立模困难的地方用作水下模板。2.2开底吊桶法开底吊桶法原理是尽量保持混凝土拌和物与环境水的接触始终为同一外表。吊桶中的混凝土顶部用帆布或防水油布覆盖底部则沿水下地面打

4、开以便使混凝土在不受扰动的情况下灌注。该法只适用于小量的、零星的水下灌注混凝土工程。同时要求混凝土保持较高的坍落度如150mm左右是必须的。与该法原理类似的还有在水运和水电混凝土工程中常采用的两种方法即所谓夯击法和振捣法二者都是采取由岸边向水中逐步推进的顺序浇筑方法因而又称为端进法。每批续浇的混凝土可用手推车、自卸车及溜槽等机具均应倾注在已浇出水面的混凝土顶面之上然后分别在内侧利用夯击或振捣等机械方法使混凝土外侧向水区逐步扩展。2.3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坍落度的水下灌注混凝土施工,初灌注时导管中的混凝土前面须放置1个软球,水下混凝土靠本身流动性将软球顶出后向四

5、周摊开。因而就在导管的下脚端构成了自流平混凝土,需要注意的是:导管的下脚(即混凝土出口)应始终保持埋在新灌注的混凝土外表下面,文献5具体介绍了导管法工艺的细节。该法通常需要在混凝土配合比中提高约25%的单方水泥用量,即采用富水泥配合比的办法以允许其水下冲刷一部分(可能带来水域污染)。在灌注完毕的混凝土上外表通常将会出现一些外漏的骨料及1030cm厚的劣质混凝土,需要在施工完毕后除去。导管间距应在实用范围内采取最小,即混凝土的坍落度一般控制在180250mm较为适宜。垂直导管法的优点是设备简单、灌注速度快、整体性好,不受水深和仓面大小的限制。另外,在该法基础上还发展了其它的技术改良方法,如柔性管

6、法(含单层柔性管法及双层竖管法二种)和液压阀法等,其主要特点是柔性管在水压的作用下能自动闭合,进而方便导管的提升、并可避免当管内中空时造成的导管内返水事故。2.4泵压法泵压法利用混凝土输送泵作为主要施工机具将拌和好的混凝土的输送及浇灌一次完成。能够灌注出工作度良好及强度相当高的混凝土。然而泵管的混凝土出口端需要埋入混凝土中恰好的深度一般为3040cm最深不超过1m如果过浅即可能发生水向管内倒流若过深则管内压力增大潜伏着危险。而且并非所有的泵都能在该条件下操作而不出现堵管。泵管需要始终保持混凝土的流注状态否则泵压的作用将会引起混凝土在其周围的流动失控。该法原理与垂直导管法类似但使得导管的作用面积

7、扩大同时减少了导管的提升次数且能够保持终灌阶段亦有足够的超压力当需扩大水下灌注混凝土的扩散面积时还榀用柔性软管与金属泵管的出口端相连而由潜水员在水下移动浇筑位置。泵压法需要专门的输送设备要求有较大的灌注强度的搅拌能力且一般不宜用于水深超过15m的情况。2.5掺加絮凝剂法通过添加专用的混凝土外加剂-絮凝剂(又称为抗分离剂或增稠剂),制备出一种特殊的、具有一定粘稠程度的水下不分散混凝土,其在水下短距离自由下落时能够抵抗水的冲刷且无需振捣,能够在水下自流平、自密实,施工大为简化并使工期缩短,更重要的是减轻了施工对环境水的污染。最初这是一种小规模应用时很好的方法,仍可使用目前所采用的混凝土浇灌设备。该

8、法在抗压强度为3035MPa的特性范围内其造价比普通混凝土增加了大约0.51倍(国外约是1.52倍)3。值得强调的是:近年来的工程应用表明,该法有与导管法或泵压法相结合的发展趋势,由于二者结合能够同时保证混凝土在灌注经过中和灌注以后均免受环境水的影响,在一些高标准重点工程,要求防止水域污染及高耐久性工程中非常适用。水下混凝土施工方法还有预填集料灌浆法及水下沥青混凝土等,限于篇幅,不再赘述。3水下混凝土(带水施工)的关键材料此处关键材料是指水下不分散混凝土絮凝剂(外加剂),至今已有近30年的研究应用历史。它着眼于从混凝土材料本身性能的改良入手,利用聚胺类或纤维素类等具有线状高分子构造的聚合物材料

9、,在水泥微粒之间起到凝聚和架桥作用,这种絮凝和吸附作用在本质上改变了混凝土中微粒的接触外表。其抗分散性机理为:混凝土中的水溶性聚合物通过氢键与部分拌合水结合,并以分子形式分散于拌合水中,因而拌合水被束缚于水溶性聚合物的网状构造里,进而变得非常粘稠。这非常粘稠的水又包裹了水泥颗粒和骨料,最终赋予混凝土中水泥和骨料即便遭到水的冲刷作用仍难以分散的特性。水下不分散混凝土絮凝剂抗分散机理示意水下不分散混凝土属于聚合物改性混凝土的范畴。实验表明:当絮凝剂和流化剂共同作用时,能显著减少混凝土的泌水和沉降,通过复合外加剂中各个组分的调配,能够适应各种施工条件和水下环境7。水下不分散混凝土能够直接向水下浇注,

10、即便短距离与水接触(水中自由落差0.5m)也不会使混凝土离析,实现了水下施工的陆地化,在很大程度上降低了水下混凝土施工的风险性,并对施工水域无污染。如前所述,水下不分散混凝土材料和技术的成功开发和应用,为水下混凝土工程设计和施工提供了新的启示与有效的技术途径。水下不分散混凝土二个突出特点是其粘稠性强及流动性好,这是构成混凝土在水下抗水冲刷和自流平、自密实的关键。从混凝土配合比设计角度看,影响水下不分散混凝土质量的主要因素包括:对强度和耐久性来讲是水灰比;对水下抗分散性来讲是絮凝剂掺量;对于新拌混凝土的和易性及可泵性来讲是单位用水量、高效减水剂种类和掺量、砂率、粗骨料形状和尺寸等。由于参加絮凝剂

11、后使水的粘性提高,因而混凝土的单位用水量比普通混凝土稍大一些。水下不分散混凝土由于其本身粘度增大,其流动度及经时损失通常需要根据详细的施工情况加以调节和控制,这通常是通过调整絮凝剂中增稠、流化、引气及调凝等组分的配比来完成的2。从国内应用的情况看来,水下不分散混凝土目前尚存在着价格较高、水泥用量大等缺陷,有待进一步在聚合物选择、材料作用机理及配套施工工艺等方面加强研究。4、讨论以上各种水下混凝土施工方法中应用最普遍的是导管法及在其基础上的改良方法可用于大规模的、连续施工的水下混凝土工程能够保证构造的整体性和设计强度除了操作严谨和施工经历外其他影响导管法施工质量的因素还有导管布置、浇灌顺序及混凝

12、土的流动性控制等。工程实践证实随着水下混凝土距离导管愈远、强度愈有降低的倾向因而导管间距应在实用范围内采用最小各种施工方法都有其优势和缺乏同时还都有其各自的适用范围在方案设计时应该根据不同工程的技术经济要求、施工条件、现场和水下环境等进行综合的技术经济比拟水下混凝土的成败与否与其讲是在施工的理论方面毋宁讲是主要取决于施工的精心程度和经历上因而必须强调施工管理的重要性。水下混凝土施工的关键是依靠施工机具或土工材料等将环境水与混凝土进行隔离或者靠混凝土本身的粘聚性来抵抗与环境水接触后所引起的离析和冲刷或者同时采用下面两类措施。在流动水或水域较深的施工环境下应强调添加水下不分散混凝土絮凝剂增稠剂来提

13、高混凝土的质量即采用机械法隔水措施与混凝土中添加絮凝剂相结合以提高混凝土在浇灌经过中和浇筑以后的水下抗水洗性能水下混凝土采取两种或多种措施似乎是工程发展方向之一以求最大限度地提高水下混凝土的质理和性能。结束语水下灌注的混凝土一般都不允许振捣但也有在应用水下不分散混凝土时进行碾压或稍微振捣的施工实例要注意水下混凝土在灌注时的情况理不易观察到的灌注施工时被搅动的水下淤泥、部分被水冲洗掉的水泥及通常水底的黑暗环境将会使水下所有情况都变得朦胧。目前国内施工的水下混凝土添加絮凝剂的不多这对于水流相对静止的情况下还能够但在流动水的条件下则很难保证混凝土的质量十分是对水下薄层混凝土更是如此水下不分散混凝土在

14、施工时无须一次到达设计标高或浇筑出水面与水接触的混凝土外表也无须在凝固后予以去除。随着水下工程要求的不断提高很多工程实践证实添加一定量的絮凝剂对简化水下混凝土的施工和保证混凝土的质量都大有好处。参考文献:1迟培云.当代混凝土技术M.上海:同济大学出版社,1999.2冯士明.水下不分散混凝土在核电站海底取水口工程中的应用J.混凝土,2001,(8):628.3AllenRTL.ConcreteinCoastalStructureM.Lon2don:ThomasTelfordLtd,HeronQuay,1998.4JTJ268296,水运工程混凝土施工规范S.5ConcreteSociety.Un

15、derwaterconcretingR.Conc2reteSocietyTechnicalReportNo.35,Slough,UK:1990.6CookeTH.ConcretePumpingandSpraying:aPracticalGuideM.London:ThomasTelford,1990.7冯士明.水下不分散混凝土的研究与应用开发J.混凝土,2000,(7):36238.8H.索默.高性能混凝土的耐久性M北京:科学出版社,19989陈家辉.高性能混凝土应用现状及其前景啪广东土木与建筑,200010郑建岚.当代混凝土构造技术M北京:人民交通出版社,200011张轶.清水混凝土的发展与应用.中国建材.2005年04期.12杜宁.清水混凝土实验分析与研究.同济大学.2006年硕士论文.13李彦冲陈圣君.浅谈清水混凝土的应用技术与发展J.林业科技情报.2005.35.14彭圣浩。建筑工程质量通病防治手册。第3版北京中国建筑工业出版社2002文档视界水下混凝土施工技术研究-毕业论文水下混凝土施工技术研究-毕业论文