第二节　特殊混凝土施工

本节主要介绍水下混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、喷射混凝土的施工方法和要求。

一、水下混凝土

水下混凝土的应用范围很广，如钻孔灌注桩、地下连续墙、水中浇注基础结构及一系列水工和海工结构的施工等。

在水下浇注混凝土与一般混凝土施工不同，其关键问题是必须使混凝土不与水混合，并避免水泥浆被水冲掉，确保混凝土的质量。为满足上述要求，水下浇注混凝土的方法有两种：一是在水上拌制混凝土拌合物，进行水下浇注，如导管法、泵压法、柔性管法。二是水上拌制胶凝材料，进行水下预填骨料的压力灌浆。

（一）对水下混凝土性能的要求

水下混凝土应具有良好的和易性和流动性，具有较小的泌水性，应保证浇注到水下后能及时自行摊开，在浇注过程中应避免产生离析与泌水等现象。为此，在选择设计配合比时，应符合下列规定：

（1）混凝土的配制强度应较设计要求提高10％～20％。

（2）水泥用量不宜少于350kg/m3；当掺用外加剂时，水泥用量可酌情减少，但不得少于300kg/m3。水泥的初凝时间，不宜少于2h。

（3）混凝土的坍落度宜为18～22cm，但也可以根据实际需要酌情增减。在可能与水接触的最初浇注阶段，坍落度可适当减小；在浇注将近结束时，可酌情增大，使混凝土表面能自动摊开。

（4）应同时按数种不同流动度的要求选定配合比，以便在实际浇注过程中能够灵活使用。

（二）水下混凝土导管法的浇注

1.导管法浇注水下混凝土的原理

导管法是将导管插在待浇注混凝土处的水中，顶部设有漏斗，灌入混凝土后，因混凝土的压力比水压力大，混凝土将管内水挤出，自导管下口流出并向四周扩散，混凝土面随之鼓起，不断扩大和向上升高，如图1-5所示。随混凝土的浇注，导管不断提升，一直到混凝土达到设计要求高度时，抽出导管，混凝土在水中自行凝固，表面松散层在抽水后清除。这样就保证了水中混凝土的质量。

2.导管的布置

导管的有效作用半径为3～3.5m。浇注较大面积混凝土时，必须使用数根导管同时进行浇注。导管的数量、安放位置及浇注速度，应根据浇注的具体条件确定。

水下混凝土每小时的浇注数量（浇注速度），应使各根导管均有适当的埋入深度，且不宜少于0.25m/h。混凝土的拌制和运输能力，应与浇注速度相适应，并宜有备用搅拌机。拌制地点应靠近浇注地点。

为使混凝土能够流到需要的位置，导管内混凝土的重量必须使导管底部达到一定的压力，导管顶部需露出水面一定高度，管底必须埋入混凝土中一定的深度，通过以上几个数字的考虑，就可以决定导管的长度。

3.竖向导管的主要设备

（1）金属导管。导管壁厚4～6mm，管径为10～30cm，每节长1～2m，节与节之间采用法兰盘及螺栓连接，两法兰盘间垫以橡胶或石棉板，内壁应光滑顺直，要求既不漏水又能承受提升的拉力。

（2）浇注漏斗。设于导管顶端的方形或圆形漏斗，其容积应能储备足够数量混凝土，保证开始浇注时，使导管底部能被混凝土埋入一定深度，以防水反流入导管内。漏斗上装有提升设备（如滑车、倒链及卷扬机等）。

（3）球塞。导管中所用的球塞使用木或钢板制作均可。木球塞宜为椭圆形，由两个半球体组成，两球体之间夹以麻布层或橡胶垫，中间用螺栓将其连接成整体。要求木球浸水后短径应略小于导管内径1～2cm，中间所夹麻布层或橡胶垫应和导管内径相同，木球上下方向直径稍长于导管内径，使之下滑时不易翻转，如图1-6所示。钢板球系由两层钢板中间夹以麻布或橡胶垫组成，球塞上应装有导向钢丝架，并系以绳索保证球塞正位下落，不使其出现卡球现象。

（4）工作平台。在浇注水下混凝土时，要随浇注的进行而不断提升导管。因此，要在适当高度搭设工作平台，如图1-7所示，以便进行安装、提升设备，向漏斗内装入混凝土或拆卸导管等工作。为此，要求工作平台坚固、稳定、安全和使用方便。

4.水下混凝土的浇注施工

浇注水下混凝土前应做好充分准备工作，经检查妥善后，方可开始浇注。开始浇注时，导管底端与浇注基面的距离，应能使混凝土推着球塞或其他隔水物沿导管底进入水中。混凝土应能在导管底端形成锥体，并使导管底端埋入混凝土内不少于1.0m。继续浇注的混凝土不应再与水接触。

在浇注过程中，水下混凝土不得中途停顿。每根导管的浇注间歇时间应根据具体情况确定，但不宜超过30min；对混凝土的流动距离、流动坡度、导管的埋入深度、浇注速度、基坑内混凝土面升高情况，均应随时检查，及时调整。导管应沿竖向徐徐提升，每次提升高度应与混凝土浇注速度相适应，并应保证导管内经常装有足够高度的混凝土。

水下混凝土顶面的流动坡度不得太大（宜在1∶5以下）。当流动坡度较大时，应增加导管底端在混凝土内的埋入深度，同时加快浇注速度，或改用流动度较大的混凝土。

浇注完毕的水下混凝土顶面，可比设计高程略高一些（0.5～1m），以便顶面松弱层凿除后，仍能达到设计高程。

当围堰封底抽水时，水下混凝土强度应按其厚度及所受水压大小确定，但不应低于10MPa，硬化时间不应少于3d。

水下混凝土的质量应按规定进行混凝土强度的检验评定。

当设计有要求时，应用钻岩机从硬化后的混凝土层中钻取试件，以检查建筑物中混凝土的抗压强度、均匀性及混凝土与基底的结合情况。试件的平均强度，不应低于水下混凝土的设计强度等级。

二、泵送混凝土

用混凝土泵沿管道输送和浇注混凝土拌合物，称为泵送混凝土。

用混凝土泵输送混凝土拌合物可一次连续完成水平运输和垂直运输，而且可以进行浇注，效率高，劳动力省。尤其适用于工地狭窄和有障碍物的施工现场，以及大体积混凝土结构物和高层建筑施工。

（一）原材料与配合比

泵送混凝土要求混凝土拌合物具有一定的流动性和较好的黏塑性，泌水少，不易分离，在泵送过程中不易堵管（即可泵性），泵送混凝土的原材料和配合比应符合下列规定：

（1）水泥用量不宜少于280kg/m3。

（2）细骨料宜选用中砂，砂率宜为40％～50％。

粗骨料的最大粒径应与所用输送管的管径相适应，碎石的最大粒径与输送管内径之比不宜大于1∶3；卵石不宜大于1∶2.5。

（3）坍落度不宜小于80mm；当泵送高度超过100m时，不宜小于180mm。

（4）水灰比不宜大于0.70。

（5）掺用的泵送剂、缓凝型外加剂或粉煤灰应符合现行国家或行业标准。

（二）混凝土泵与泵车

目前我国主要应用液压驱动的活塞式混凝土泵，它结构紧凑，传动稳定，又易于安装在汽车底盘上成为混凝土泵车，如图1-8所示。

活塞式混凝土泵多用液压驱动，它主要由料斗、液压缸、混凝土缸、活塞、板阀、Y形输送管、冲洗设备、液压系统和动力系统等组成。活塞式混凝土泵工作时，由混凝土搅拌机卸出或由混凝土搅拌输送车卸出的混凝土拌合物进入料斗6，液压活塞4在液压作用下通过活塞杆带动活塞2后移，同时板阀8关阀，板阀7开启，料斗内的混凝土拌合物，在自重和吸力的作用下进入混凝土缸1，然后液压系统中的压力油进出反向，使活塞2向前推压，同时板阀7关闭，板阀8开启，混凝土缸中的混凝土拌合物在活塞2的推动下，经过Y形输送管输送至浇注地点。由于有两个混凝土缸交替进料和出料，因而能连续而稳定地将混凝土拌合物压出。

（三）混凝土泵送施工

混凝土输送管应根据工程和施工场地特点，及混凝土浇注方案进行配管。应尽量缩短管线长度，少用弯管和软管。混凝土不宜逆流，因而不宜配置上行倾斜管。下行倾斜配管时，应根据倾角大小分别采取相应措施。管线宜布置得横平竖直，应绘制布管简图。

混凝土泵与输送管连通后，经检验合格后才能开机进行运转。泵送前，应先用水泥浆或与泵送混凝土配合比相同，但粗骨料减少50％的混凝土通过管道。混凝土应采用机械搅拌，其供应量应符合连续工作的要求。当因故间歇时，宜每隔5min将混凝土泵转动2～3圈，常温下间歇时间不宜大于30～40min。当间歇时间过长或浇注工作结束时，应将管内混凝土排空，并予以清洗。

冬季施工时，输送管应保温，夏季施工时，输送管应遮盖、洒水、垫高或涂成白色。

三、防水混凝土

普通混凝土虽经振捣，但其内部仍然存在着细小的空隙，这些空隙是互相贯通的，能起到毛细管作用，可使水渗透过来。为此，在一些要求不能渗水的结构中，如水池、水塔、地下室、沉井、沉箱等，就要采用防水混凝土。

（一）对防水混凝土的特别要求

防水混凝土既要满足抗渗要求，亦要满足强度要求。其抗渗等级可参照水工混凝土抗渗等级的有关规定确定。由于防水混凝土不允许渗漏，其抗渗等级最低定为S6（0.6MPa），重要工程的抗渗等级定为S8～S12。

（二）防水混凝土的配制方法

防水混凝土是靠其本身的憎水性和密实性来达到防水目的的。其配制方法基本上有三种：集料级配法、外掺剂法（如掺加气剂、防水剂、密实剂等）、选用特种水泥（如防水水泥、大坝水泥、膨胀水泥等）。

目前常用的防水混凝土主要有普通防水混凝土和膨胀混凝土两种。除在施工接缝处宜使用膨胀混凝土外，其余均应使用普通防水混凝土。普通防水混凝土又称级配防水混凝土，它利用改善砂石级配的方法使混凝土密实，达到内部空隙最小，不透水。

防水混凝土的配合比应通过试验确定，选定配合比时，其抗渗压力应比设计要求提高0.2MPa。其各项技术指标规定如下：

（1）水泥用量不得少于300kg/m3。

（2）水灰比不得大于0.6。

（3）砂率宜为35％～40％，灰砂比宜为1∶2.0～1∶2.5。

防水混凝土的配料、拌制、运输、灌注和振捣按普通混凝土施工的有关规定执行。但是拌制及振捣必须采用机械进行。

防水混凝土的养护工作必须加强。混凝土终凝后必须立即开始洒水养护。养护时间不得少于14d。

防水混凝土施工最好不留施工缝，因为施工缝处最易渗水，如施工时必须要留有施工缝，应按下列规定处理：

（1）水平和垂直施工缝：可采用平口、企口或竖插铁板止水片等形式，如图1-9所示。施工时必须对新旧混凝土的接触面进行处理。

（2）隧道拱墙连接处，应预留空缝，用坍落度小于1cm的混凝土或膨胀水泥防水混凝土填充。

四、喷射混凝土

（一）特点及应用范围

喷射混凝土是利用压缩空气的力量，将混凝土高速喷射到岩面上，混凝土在高速连续冲击作用下，与岩面紧密地粘结在一起，并能充填岩面的裂隙和凹坑，把岩面加固成完整而稳定的结构。

喷射混凝土具有速凝、早强、粘结牢固、不用模板、省工省料等优点，是一种先进的施工技术，很有发展前途。目前主要用于隧道开挖的临时支护与永久衬砌、隧道大修加固、桥梁墩台基坑开挖护壁、路基边坡加固、地下工程的支护衬砌施工及混凝土构筑物的浇注和修补等。

（二）材料及配合比

喷射混凝土所用的材料：

（1）水泥。优先采用不低于32.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，必要时采用特种水泥。

（2）砂。喷射混凝土应采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，含水率一般为5％～7％，含泥量不应大于3％，使用前一律过筛。

（3）石。采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于16mm并宜采用连续粒级，含泥量不应大于l％。

（4）外加剂。有速凝剂、减水剂、早强剂。其掺量应通过试验确定。要求水泥净浆初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。

喷射混凝土的配合比，除应满足强度要求外，尚应按减少回弹量和粉尘，及增加黏附性等要求，经试验确定。下列数据可供参考：灰骨比l∶4～1∶5，水灰比0.40～0.50，砂率45％～60％。

（三）喷射混凝土施工

喷射混凝土施工所用设备有混凝土喷射机、空气压缩机、喷枪以及水箱等。喷射混凝土的施工方法有三种：①干料法，②湿料法，③干湿法。其中干湿法最好。干料法是将水泥、砂石以及少量的速凝剂所组成的混合料（停放时间不得超过20min），用压缩空气从混凝土喷射机中经过高压（大于0.8MPa）胶管或钢管吹送到喷枪头，再与高压水混合，进行高速喷射。湿料法是将混合料预先加水搅拌，然后送到喷枪头，加入气压，进行喷射。目前多采用干料法施工。图示1-10为干料法施工的喷射机示意图。

喷射混凝土的工作压力与机型、管路长短有关。压力过高则粉尘增多，回弹量增大；压力过低，则喷射无力，粗骨料掉落较多。因此，施工中喷射作业区的系统水压应大于0.4MPa，并要求水压比风压高0.1MPa，使喷头的水环喷水成雾，对混合物起到充分湿润作用。

喷射混凝土施工前，应先用喷射机喷水清洗岩壁。喷射混凝土时，喷射作业区应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度一般不超过6m。岩面有较大凹洼时，应先喷凹处找平。一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定，不掺速凝剂，拱部为3～4cm，墙部为5～7cm；掺速凝剂，拱部为5～6cm，墙部为7～10cm。喷头宜与受喷面垂直，间距应以0.6～1.2m为宜。喷头应连续缓慢作横向环形移动，喷层厚度应均匀。如需分层喷射时，间隔时间一般为20～30min，即在前层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上再次喷射时，受喷射面应用风、水清洗。喷射操作时，先给风，再开机，后送料；待喷料完全结束时，先停机，后关风。工作风压要满足喷头处的压力保持在0.1MPa左右。喷枪头的加水量要适当控制，水量大小以喷层面有轻度光泽、不流淌、不脱落、粉尘不多为宜。

喷射混凝土所使用的材料、机具和作业区的温度不应低于5℃，否则应按冬期施工办理。喷射混凝土强度在未达到5MPa前，不得受冻。

喷射混凝土的回弹量，正常情况下喷射侧壁时不超过15％，喷射拱顶时不超过25％，回弹物主要是砂石，水泥不多，回弹料应充分利用。回弹料可用作骨料，重新拌和喷射混凝土，其掺量应在20％以下，亦可做其他附属工程的混凝土用料，但应通过试验确定。

喷射混凝土终凝后2h，即应开始洒水养护。浇水次数以能保持混凝土具有足够的湿润状态为度，养护日期不得少于14d。