水下钢筋混凝土构筑物的施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种水下构筑物工程的施工方法，尤其涉及一种水下砼消力池的施工方法。背景技术
为了防止港区排水冲刷防汛大堤堤脚，造成安全隐患，需要在大堤堤脚外设置砼消力池。现有的构筑砼消力池的施工方法一般采用围堰施工、水上钢平台施工法、钢壳沉箱施工法。但上述方法均存在各种缺陷：1、如围堰施工法存在如下缺陷：工作量大、工期长，造价高，围堰费用远远超过消力池的本身造价，同时埋设管道需破除原大堤的范围大，对满足防汛管理部门的要求难度很大。2、如水上钢平台施工法存在如下缺陷：钢桩较大、打设深，受条件限制大型桩船难以进入，中小型桩船在沙性土中沉桩困难；钢桩打设后，水下开槽、清底、土工布铺设、抛石等基础施工，困难大为增加；水上悬空作业安全威胁大，钢筋笼下沉同步性差。3、如钢壳沉箱施工法存在如下缺陷：工程条件不适合工厂制作，需在大堤外填筑大面积平台；制作加工时必须采取抗浮措施；制作钢箱、钢筋、模板时受潮汐影响大，间断施工多；浮运下沉受气候、波浪、水流影响制约，下沉准确定位较困难；由于有钢底壳，对基础抛石面要求高，下沉后底面与基础不易密贴，钢壳模板不能回收。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水上平台模板钢筋成型、船吊整体吊运沉放的水下砼消力池施工方法。
本发明所采用的技术方案是：选择一艘合适的驳船，停泊在工程位置附近，在甲板上架设钢平台，在其上制作钢筋笼和模板，用船吊将钢筋笼、模板整体吊沉下水，船吊辅助浇筑水下砼。
通过施工方案的比较和实践，采用船只水上施工的方案，克服了水下钢筋绑扎、支模的质量缺陷，施工质量上有保证并能达到设计要求。经检验，水下砼消力池混凝土实测强度超过设计强度，位置轴线纵向偏差为向上游偏7厘米，横轴扭转偏差为2.8厘米，平均标高偏差+3.9厘米，均小于设计要求。本发明地效果是：1)制作时受潮汐、水流影响小，模板、钢筋的施工均可采用常规方法，施工质量有保证；2)船吊施缆后位置相对固定，水上定位比较容易控制；3)水下砼浇捣方便；4)施工成本低，工期短。具体实施方式
水下砼消力池的施工包括：水上测量定位，水下挖泥开槽，加筋土工布铺设，块石基础，碎石找平，钢筋、模板施工，水下砼浇筑，池前30米模袋砼施工，两侧抛石护坡等工序分项。1、测量定位
(1)平面位置控制：根据港区总体定位GPS点，引测施工定位控制点，在大堤砼防汛墙顶和码头栈桥上，分别设置强制归中定位控制点，反复测量确定控制点坐标与高程。船岸配合，通过堤顶及码头上的控制点，采用全站仪定出消力池4个角的位置，将φ60钢管敲入江底，钢管上口高出施工期最高水位30厘米，为避免与消力池模板钢筋笼沉放时相碰，造成定位控制点破坏，控制点离开消力池角点50厘米。
(2)标高控制：通过堤顶及码头上的水准控制点，在φ60钢管上部标定水准标高，用作挖泥成槽、块石基础施工的依据。施工时水下标高测量采用探尺结合水准仪进行。
(3)测量定位标准：考虑在水中控制定位的难度，又由于排水管长达100，经与设计协商，允许施工后的消力池平面定位偏差不大于20厘米，标高偏差小于10厘米，施工消力池造成的实际平面偏差，在钢管的敷设过程中，以泵房高位出水井钢管预留孔中心与消力池预留孔中心连接线作为钢管的轴线，高程偏差在弯折处予以调整。2、基槽开挖
设计消力池基础底标高为黄海高程-2.8m，施工潮位一般在+2.5m左右，其所处位置土方均为水下开挖，因此需使用挖泥船施工。采用一条挖泥船配合一条小型驳船进行消力池的基础开挖施工。
挖泥船选用抓斗挖泥船，开挖时根据实际泥层厚度，挖槽宽度和机械能力，确定分层，分条开挖。分条开挖时，条与条之间应有重叠区，以免形成欠挖土埂，挖泥船施工当流速小于0.5m/s时，可采用顺流开挖，当流速不小于0.5m/s时，采用逆流开挖，成槽深度采用标尺触探，控制只深不浅。开挖结束后采用排泥吸管清除浮泥，部分突出高墩及转角位置，由潜水员下水采用高压水枪冲刷后用排泥管抽吸整平，复测标高至达到设计要求，后道水下工程工序施工前必须用排泥吸管再一次清除浮泥，确保基础施工质量。
施工过程中注意监控挖泥船的位置和移动，随时用标尺测量槽深，排泥管吸泥时控制管道平坦顺直，避免死弯。由于水下、水下同时进行机械设备和潜水人员交叉用业，另设一条小船用作指挥和安全监控。3、加筋土工布铺设
铺设加筋土工布是为了防止基底的泥沙淘空，起到有效地保护基础的作用，本工程选用丙轮机织无纺土工织物，重量不小于250克/m2，用双线包缝拼合，缝的抗拉强度不低于布强度的60％。考虑土工布铺设时要求连续，不得出现扭曲、折皱和重叠，土工布铺设采用钢管作为轴心卷成卷，由潜水员在水下滚动铺设展开，从一端向另一端进行铺设，端部必须锚固，展开后立即用大石块压住固定，左右相临土工织物的接头采用搭接，每隔1米用一个“U”形钉插入沙土中作连接固定。
土工布铺设一次不宜过长，土工织物上抛石时，要求先铺上一层100mm厚卵石层，作为土工布的保护层。4、碎石基础施工
土工布铺设后铺设700厚10～150KG规格的块石，将挖泥船的抓斗卸下，改装成反铲挖斗，配合块石的抛掷。块石须有一定的级配，避免出现较大空隙。为防止大的块石冲击损坏土工布，抛掷前由潜水员对土工布的卵石保护层进行检查。抛掷过程中，通过标尺监测江底的石块抛掷厚度，并由潜水员在低潮位时进行整平。
待块石抛掷完毕，在块石的顶面洒30厘米厚碎石层，碎石的找平，由4名潜水员在水下根据水尺的标高，共同推一根20号槽钢来进行。5、钢筋笼制作
消力池结构平面为等腰梯形，外形尺寸最长21米，宽度为15米。考虑船的宽度不足和甲板的不平整，根据实际情况，为了便于钢筋笼制作和模板安装，需在船上搭设1只钢筋笼制作平台，平台宽度大小按照钢筋笼尺寸考虑外围护栏每边各放出1米。在本实施例中，以此为标准选用一艘400吨驳船，甲板上铺20号槽钢操平做成钢平台。400吨甲板驳的参数为：总长：27.5米，型宽：12米，型深：3米。可以满足钢筋笼制作和模板安装的需要。
甲板驳钢平台抛锚定位在消力池与岸边平行的一侧附近。钢筋运输通过简易栈桥运至甲板驳上。在平台上根据设计图标出消力池的形外和钢筋间距，以保证钢筋的位置正确。钢筋连接全部采用焊接形成整体钢筋笼。
钢筋笼整体制作时，侧面采用定加工的“π”型钢板作保护层，“π”型钢板中心穿孔，以便用穿墙螺栓固定内外模板。钢筋笼底部绑扎50×50cm的预制砼块，每25m2设置一块，使钢筋笼下沉后有足够的支承和保护层，确保钢筋位置正确。在经计算确定的吊点部位，采用型钢加固成桁架，翼墙及底板转角处设置撑筋，确保起吊时的刚度。
钢筋笼施工前根据水文条件及7天内天气预报确定时间，确保船只无搁浅和风浪的威胁。钢筋笼在施工期间采用钢丝绳与船只拉牢，避免船只晃动造成安全威胁。6、模板安装
模板主要为翼墙侧膜，模板的做法与常规的陆地施工基本相同。在翼墙钢筋笼内外侧焊接中间开孔的“八字形铁件”，间距1米，既作为砼保护层垫块又作为模板安装的靠山。采用18厚九夹板作为内外模。模板外设水平及竖直围檩，内外模板用拉杆螺栓穿过“八字形铁件”相对固定，使模板与钢筋笼形成一个整体。由于侧翼两端高差2.6m，此部分模板上口设置小眼钢板网，以防止浇筑时砼流失。7、钢筋笼吊放
组装完成的钢筋笼连同模板总重约为25吨，选用一艘60吨的起重船(进入施工水域后再安装起吊扒杆)，前侧左右和侧后左右各施放缆索，使起重船能沿大堤方向左右移动，利用船吊的动力前后移动，同时收紧缆索能使船吊可在水流微波中相对静止，可以满足吊运要求。吊运选择微风晴好天气、高潮位时进行，起吊时间根据潮位表，选择在涨潮刚结束时进行，移动、沉放在平潮时进行，在退潮前完成沉放。
由于消力池平面尺寸较大达到250m2，起吊时使用船吊的1主2副吊钩，分前中后4排3组设置16个吊点，下设铁扁担。起吊前进行试吊并调整各吊索，使各吊点同时受力和保持钢筋笼呈水平状。在钢筋笼的中轴线和后翼墙两角上设Φ25钢筋竖直标尺，高度为钢筋笼下沉后露出水面500。在大堤和栈桥上各设置一台经纬仪，船岸采用对讲机联络。通过反复收放缆索和船吊的前进后退的微动，使钢筋笼定位准确。8、水下混凝土浇筑
消力池位置离码头栈桥和岸边不远，砼浇捣采用商品砼，在码头栈桥上布置一台砼输送泵，输送管经简易施工栈桥接到消力池边，通过软管接到料斗，料斗下接导管，由船吊控制料斗作水平移动至浇捣点并控制料斗高低，浇捣点根据消力池大小和砼流动范围事先确定，各浇捣点的分区结合部位置的钢筋笼中设置钢板网。
为减小浇捣时水流和波浪冲刷砼，浇捣砼选择潮高较低波浪不大的日子进行，砼采用水下不离析砼，坍落度25～27cm，其配比由专业单位确定，经试验合格后采用。
掺水中不分离剂混凝土的性能指标凝结时间h 初凝 ＞5 ＜12 终凝 ＜24 ＜36水中强度比 ％ 7d ＞60 ＜60 28d ＞70 ＞70
根据研究试验，加入UWB型絮凝剂的砼具有早强、抗渗、自流平、无须振捣的性能，流动半径大，不易发生冷缝，可进行整体浇捣。经试验，不离析砼在距水底60cm水中自由下落后，混凝土中水泥含量保持原含有量的92.3％。
水下砼浇筑采用导管法，以每根导管影响半径2.5～3.5m，根据消力池外形尺寸，将底板分为5块浇筑区，翼墙每隔6m左右设一根浇捣管，底板浇筑完成砼初凝后，再浇筑翼墙砼。
开始浇筑时导管下口离开底部10cm左右，在导管内经常充满砼及保证连续供料条件下可将砼导管上提，从砼中拔出5～10cm，让砼在水中自由落下。浇筑过程中由潜水员水下配合导管下插、砼面测量、浇捣翼墙时指挥导管向上提升等工作。水下砼浇筑完毕，由潜水员立即进行水下整平清理。