康松濤，李廣森，郁祝如

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

1 水下預(yù)填骨料升漿混凝土的原理

預(yù)先在水下模板內(nèi)將粗骨料鋪好，再向其空隙中注入水泥砂漿的混凝土，稱為水下預(yù)填骨料升漿混凝土。

水下預(yù)填骨料升漿混凝土是在預(yù)先處理好的基槽中，拋填一定粒徑級(jí)配的骨料，然后打入升漿管，把攪拌好的水泥砂漿輸送到骨料的空隙中去進(jìn)行填充。漿液在骨料中由壓力高處向壓力低處移動(dòng)，移動(dòng)在上面和前面的漿液由于與水接觸，漿液濃度降低，密度減小。漿液在整個(gè)移動(dòng)過程中，密度小的漿液始終在整體移動(dòng)漿液的上面和前面，而密度較大的漿液在下面。隨著砂漿的不斷輸入，漿液在骨料中不斷的移動(dòng)，將粗骨料空隙中的水全部置換成砂漿，最終填充所有骨料的空隙，達(dá)到水下預(yù)填骨料全部被升漿填充成混凝土的目的。

2 水下預(yù)填骨料升漿混凝土的用途

水下預(yù)填骨料升漿混凝土主要應(yīng)用于濕法施工的大型船塢工程的船塢底板、塢墻和重力式圍堰基礎(chǔ)的止水工程；船塢底板配重混凝土體；減少基床沉降作用和局部堵洞；水工工程基床的補(bǔ)強(qiáng)、加固、淘刷孔洞的修補(bǔ)；重載碼頭（如海工構(gòu)件出運(yùn)碼頭）沉箱內(nèi)塊石整體強(qiáng)度的加固等。

3 工程應(yīng)用狀況

上個(gè)世紀(jì)90年代中后期，在我國大連中遠(yuǎn)6萬噸級(jí)船塢工程中，水下預(yù)填骨料升漿混凝土的施工工藝被大規(guī)模應(yīng)用，被專家們認(rèn)為“該項(xiàng)大型船塢工程的施工工藝達(dá)到九十年代的國際先進(jìn)水平”。該工程采用的是高速砂漿攪拌機(jī)集中攪拌砂漿，前方分散供應(yīng)砂漿的方法進(jìn)行施工。由于該工程坐落在曾被判定為不能建塢的喀斯特地貌斷裂帶，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，既有破碎帶3處、又有大小不等溶洞、溶溝、溶槽等200多處。尤其是首次采用水下預(yù)填骨料升漿混凝土，這種混凝土對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響，認(rèn)識(shí)還較膚淺，也沒有較好的強(qiáng)度檢測手段，還沒有建立實(shí)際強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度的相關(guān)性，因此，在該工程上最后尚沒有作為結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)用，而是只作為船塢底板的止水及配重，按人造地基來對(duì)待。

之后，大連造船重工30萬噸級(jí)船塢工程采用了干法和濕法施工相結(jié)合的工藝，該工程水下預(yù)填骨料升漿混凝土的砂漿采用高速攪拌機(jī)集中拌和，前方分散供應(yīng)砂漿的方法施工。在該工程中成功地解決了基礎(chǔ)淤泥層的填充問題；二次升漿混凝土界面的浮漿處理問題；圍堰沉箱基礎(chǔ)的止水問題。

后在大連香爐礁港區(qū)新建造船塢建設(shè)項(xiàng)目（三標(biāo)段）中也應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)。該工程塢墻采用沉箱重力式結(jié)構(gòu)，共計(jì)50個(gè)沉箱，塢口為鋼浮箱結(jié)構(gòu)，塢墻基礎(chǔ)及塢口基礎(chǔ)均為升漿基床；塢底板采用減壓排水結(jié)構(gòu)，底板下為換填塊石混凝土及灌注樁基礎(chǔ)。該工程的水下預(yù)填骨料升漿混凝土采用慢速集中攪拌砂漿，前方高速分散攪拌的施工工藝。同時(shí)，在砂漿中首次摻入摻和料。

接著在采用干濕法結(jié)合施工的大連大船海工鉆井平臺(tái)專用塢工程中再次成功應(yīng)用。在塢墻和塢口圍堰基礎(chǔ)的水下預(yù)填骨料升漿混凝土采用慢速集中攪拌砂漿，前方高速分散攪拌的施工工藝。同時(shí)，加大了砂漿中的摻和料摻量。

還在旅順大連造船項(xiàng)目應(yīng)用中成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)塢首堵口圍堰的止水。該項(xiàng)目1號(hào)、2號(hào)船塢工程由兩座平行、相依的大型船塢組成，是中遠(yuǎn)旅順造船基地的重要組成部分。該工程的水下預(yù)填骨料升漿混凝土采用慢速集中攪拌砂漿，前方高速分散攪拌的施工方法，實(shí)現(xiàn)了成功止水。

4 骨料粒徑的選擇與配合比

4.1 骨料粒徑

水下預(yù)填骨料升漿混凝土骨料粒徑大小的選擇，與鉆孔埋設(shè)升漿管工藝有關(guān)。骨料粒徑大，在打設(shè)升漿管時(shí)容易把鋼管打彎或者打斜。經(jīng)幾個(gè)工程實(shí)踐，直接將升漿管打入基床，粗骨料粒徑宜用50～200 mm。如果粒徑太大，需加打套管，則又與升漿混凝土原理“漿液始終向壓力低的方向流動(dòng)”有關(guān)。如套管埋入升漿混凝土（部分），則漿液延套管與升漿管壁上升；當(dāng)套管拔出后，孔隙率的大小與骨料自然塌落程度和升漿管直徑有關(guān)，因此加套管的效果比不加變差。骨料粒徑太小，漿液在粗骨料中流動(dòng)阻力變大，坡降變陡，流速變慢，在升漿過程中產(chǎn)生的浮漿量增大。

4.2 配合比

水下預(yù)填骨料升漿混凝土的砂漿配合比是根據(jù)在工程中不同的作用和用途進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮砂漿的流動(dòng)度、泌水率、膨脹率、凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)。并根據(jù)工程要求進(jìn)行配合比調(diào)整，不能千篇一律采用一個(gè)配合比，應(yīng)根據(jù)不同的目的和要求摻入粉煤灰或其它摻和料。

水下預(yù)填骨料升漿混凝土的施工有夏季和冬季，由于季節(jié)的差別，氣溫是不同的。因此，溫度對(duì)于砂漿流動(dòng)度的損失是有影響的，漿液的溫度高，流動(dòng)度的損失就大，溫度低流動(dòng)度損失較小。在施工時(shí)，要根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行配合比的調(diào)整。

預(yù)填骨料升漿混凝土可以分段升漿，每個(gè)升漿單元的升漿量，是根據(jù)工程的規(guī)模、攪拌站的攪拌能力、水泥罐儲(chǔ)存水泥數(shù)量的多少、砂漿輸送的距離等來確定。在完成同一個(gè)升漿單元時(shí)，漿液的凝結(jié)時(shí)間與溫度變化是有影響的。同樣的配合比和外加劑摻量，在夏季水泥漿液凝結(jié)時(shí)間快，而在冬季凝結(jié)時(shí)間就慢，為保證連續(xù)灌注水泥砂漿能充分填充飽滿，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場溫度情況和升漿量合理地進(jìn)行砂漿漿液凝結(jié)時(shí)間的調(diào)整。在夏季采用緩凝型外加劑，適當(dāng)延緩由于溫度的影響使砂漿漿液初凝時(shí)間縮短的問題，保證在一個(gè)升漿單元施工完畢后初凝。

5 施工中的質(zhì)量控制

5.1 灌漿壓力

水下預(yù)填骨料升漿混凝土的砂漿是通過砂漿泵輸送，輸送壓力的大小與骨料空隙的大小、漿液性能、升漿深度有關(guān)，不是固定不變的。一般可控制在0.1～0.3 MPa范圍內(nèi)。

5.2 砂漿攪拌

水下預(yù)填骨料升漿混凝土的漿液從試驗(yàn)玻璃槽內(nèi)觀察到，漿液即沿孔隙表面成一定的坡度流動(dòng)。因此，漿液宜經(jīng)高速砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，水泥顆粒經(jīng)高速剪切、分散，增大水泥的比表面積，使水泥與砂完全溶合且攪拌均勻，才能具有良好的流動(dòng)性。另外，通過高、低速攪拌機(jī)攪拌砂漿性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表1?？梢钥闯霾捎酶咚贁嚢铏C(jī)攪拌的砂漿強(qiáng)度比低速攪拌機(jī)攪拌的3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別高出11.6%、20.5%、13.5%。同時(shí)高速攪拌機(jī)攪拌的砂漿泌水率比低速攪拌機(jī)小、流動(dòng)度要好。這是因?yàn)樗嗌皾{經(jīng)高速攪拌機(jī)攪拌，把水泥顆粒充分破碎，使水泥水化更完全，提高了混凝土的流動(dòng)度和強(qiáng)度。

5.3 升漿方法

應(yīng)按預(yù)填骨料升漿混凝土基礎(chǔ)的大小及升漿能力對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行分段拋填和升漿。每分段之間需用隔斷隔開成為獨(dú)立的升漿單元，保證每個(gè)升漿單元之間不串漿。常用的隔斷措施有鋼板、土工布及混凝土方塊等。見圖1。

表1 不同攪拌速度對(duì)砂漿性能的影響

圖1 基床土工布隔斷示意圖

升漿孔排距、管距的布置必須能夠保證相鄰升漿孔之間漿液流動(dòng)范圍能夠重合，距離宜為3 m，觀測管應(yīng)布置在相鄰兩排升漿管之間，排距和管距同樣宜為3 m。見圖2。

圖2 升漿管、觀測管布置示意圖

升漿時(shí)應(yīng)從低處起始，待低處升滿后，再升高處。升漿方法有“平升”和“斜升”兩種方法，“斜升”工藝為從一端開始向另一端推進(jìn)，即當(dāng)上排管的砂漿流至下排管并埋深600 mm時(shí)，下排管開始升漿?！捌缴惫に嚍槿可凉{管同時(shí)壓漿，漿液同時(shí)上升。如圖3、圖4。

圖3 斜升工藝示意圖

圖4 平升工藝示意圖

在升漿能力允許的條件下，應(yīng)盡可能采用平升工藝。

對(duì)于升漿混凝土中充填不密實(shí)的部分必須采取措施。對(duì)密實(shí)性有疑慮的部位進(jìn)行二次壓漿，或者壓注水泥漿，以保證升漿混凝土的充分充填性和充填的密實(shí)性。

6 施工中的檢測

6.1 強(qiáng)度檢測

混凝土的質(zhì)量檢測一般采用150 mm×150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行檢驗(yàn)，并用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。由于水下預(yù)填骨料升漿混凝土不是一種均勻分布骨料及致密的混凝土，它不同于普通混凝土，它的實(shí)際強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度的相關(guān)性目前尚沒有建立，沒有任何試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，可參見文獻(xiàn)[1]。升漿混凝土是新技術(shù)，目前試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐中實(shí)體強(qiáng)度與試件強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系還在不斷地積累資料和探索之中。

6.2 鉆孔檢測

目前參照日本土木學(xué)會(huì)1986年制定的混凝土標(biāo)準(zhǔn)第22章灌漿混凝土中的檢測，從鉆孔取芯樣及水下孔內(nèi)電視觀察升漿混凝土的整體性。水下預(yù)填骨料升漿混凝土尚難以達(dá)到整個(gè)“升漿體積”都充分密實(shí)，局部有砂漿與塊石接觸或結(jié)合不密實(shí)的地方，存在縫隙，有砂漿沒有進(jìn)入塊石空隙的。特別是預(yù)填骨料的下部和小粒徑成堆或縫隙較小處沒有砂漿，或包裹在升漿混凝土中間不成片，或成層成片。對(duì)于這些現(xiàn)象，再通過進(jìn)行水泥灌漿—用固結(jié)灌漿方式可以消除成層成片無漿液弊病。它作為止水及配重是沒有問題的，也可以檢測推算的。

6.3 力學(xué)性能

水下預(yù)填骨料升漿混凝土至目前為止，只做試件模擬試驗(yàn)，尚難于做升漿體的實(shí)體檢測。

7 質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定

7.1 試件檢驗(yàn)

水下預(yù)填骨料升漿混凝土的抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，可采用200 mm×200 mm×200 mm的試件，由于水下預(yù)填骨料升漿混凝土的骨料粒徑在50～200 mm之間，根據(jù)骨料粒徑和試模尺寸的尺寸效應(yīng)，只能模擬施工現(xiàn)場的升漿混凝土成型。檢驗(yàn)其與配合比對(duì)照是否滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，尚難于以其試驗(yàn)值評(píng)價(jià)升漿體的實(shí)際強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

7.2 工藝控制

在水下預(yù)填骨料升漿混凝土施工中，采取工藝措施進(jìn)行控制。計(jì)算每個(gè)隔艙的體積，填充骨料的數(shù)量。在陸地測定骨料的空隙率，作為計(jì)算水下填充骨料的空隙率，計(jì)算升漿混凝土所需要的水泥砂漿數(shù)量。在施工時(shí)，繪制水下升漿高度曲線圖，掌握砂漿灌入量。水泥砂漿的計(jì)算量，應(yīng)考慮在施工中，由于土工布外推、或者局部滲漏而損失的部分砂漿，因此實(shí)際灌入量要大于計(jì)算量。通過實(shí)踐采用工藝控制其質(zhì)量來保證其用途是有效的，經(jīng)工程實(shí)例驗(yàn)證均效果較好。

7.3 鉆芯檢測

水下預(yù)填骨料升漿混凝土通常鉆芯取樣直徑在75～150 mm，對(duì)于升漿混凝土顯然代表性有限。若以芯樣直徑尺寸達(dá)到骨料粒徑2～3倍的要求時(shí)，較難取到完整芯樣。用常規(guī)混凝土鉆芯取樣方式遇到大粒徑的骨料時(shí)，由于鉆機(jī)的振動(dòng)，水泥漿與骨料的黏結(jié)力較低，芯樣的整體性較差，且表面存在很多細(xì)微裂縫，芯樣多呈破碎狀。但是在采用鉆芯取樣機(jī)鉆取的芯樣，畢竟能夠用芯樣判別升漿混凝土實(shí)際致密性質(zhì)量，比較直觀。

7.4 水下監(jiān)測

水下監(jiān)測可采用小口徑鉆孔彩色水下電視，它具有高清晰度的圖像。每次檢查把監(jiān)測探頭放入鉆孔孔洞中，觀察鉆孔內(nèi)混凝土孔壁結(jié)構(gòu)，畫面比較清晰直觀?；炷潦欠衩軐?shí)、空洞、是否有浮漿，從水下電視監(jiān)測一目了然。

7.5 壓水試驗(yàn)

對(duì)于水下預(yù)填骨料升漿混凝土的密實(shí)性，可以采用壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測。用壓入孔壁四周混凝土中的水量來表示混凝土的滲透性，以滲透系數(shù)來推斷其密實(shí)性。

7.6 水泥砂漿試件

對(duì)于升漿混凝土的強(qiáng)度，可以采用水泥砂漿強(qiáng)度與實(shí)際水下預(yù)填骨料升漿混凝土的大量比對(duì)試驗(yàn)，建立水泥砂漿與實(shí)際強(qiáng)度的關(guān)系式，控制施工質(zhì)量。

8 建議

對(duì)于目前水下預(yù)填骨料升漿混凝土的應(yīng)用，提出如下建議。

1）多做升漿混凝土相關(guān)的系統(tǒng)試驗(yàn)，即實(shí)際強(qiáng)度及試件強(qiáng)度間建立相關(guān)對(duì)比關(guān)系。

2）通過試驗(yàn)建立鉆孔芯樣強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度的對(duì)比關(guān)系。

3）水下預(yù)填骨料升漿混凝土目前尚不宜作為結(jié)構(gòu)物混凝土使用。

4）對(duì)于鉆取芯樣預(yù)留的孔洞，應(yīng)采用不收縮的水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

[1]趙國藩.預(yù)填骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法初議[J].中國港灣建設(shè)，2000（1）：10-13.

[2]JTS 202—2011，水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范[S].

[3]郁祝如.中遠(yuǎn)六萬噸級(jí)船塢濕法施工[J].中國港灣建設(shè)，1999（6）：1-7.

[4]李廣森.預(yù)填骨料升漿混凝土專題試驗(yàn)[J].中國港灣建設(shè)，1999（6）：8-16.