船塢工程無砂透水性混凝土施工技術(shù)

李莉，陳穎

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116031）

0 引言

20世紀(jì)70年代，歐美及日本等一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)開始研究無砂透水性混凝土材料，目前這些材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于市政道路、地下建筑工程以及各種新型體育場地等地方，對于調(diào)節(jié)城市微氣候、保持生態(tài)平衡起到了積極的作用。

隨著我國造船業(yè)的發(fā)展，建造了大量的修、造船干船塢，船塢在使用期間，塢室底板既要承受巨大的地下水浮托力，又要承受巨大的船舶荷載，塢墻則須承受巨大的土壓力和地下水側(cè)壓力。因此，船塢底板采取減壓排水至關(guān)重要。

以往采取消除浮托力的方法有：1）用重力抵消浮托力。利用結(jié)構(gòu)本身和回填料的重量抵消浮托力。2）用錨碇固定底板。利用錨樁、錨桿或錨塊將底板固定在地基上，使船塢不至浮起。3）用防滲墻切斷水源。利用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁或木板樁做防滲墻，或用水泥砂漿灌漿、化學(xué)灌漿或黏土等將船塢底板下地下水來源切斷，消除浮托力。

上述3種措施即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且材料費(fèi)用大，施工工期長。采用無砂透水性混凝土材料可以解決船塢底板地下水浮托力的問題。

1 無砂透水性混凝土特點(diǎn)

無砂透水性混凝土是由膠凝材料、特殊級配的骨料和水，采用常規(guī)方法拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土。它不含細(xì)骨料，由粗骨料表面包覆一薄層膠凝材料相互黏結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。與普通混凝土相比具有質(zhì)量輕、堆積密度小、水泥用量少；混凝土內(nèi)部孔隙率大，透水、透氣性好、導(dǎo)熱系數(shù)??；無細(xì)骨料，簡化運(yùn)輸及現(xiàn)場管理，成本低；表面存在蜂窩狀孔洞，抹面施工方便，黏結(jié)力好等特點(diǎn)。

無砂透水性混凝土由于其內(nèi)部含有大量的貫通性孔隙，因此對混凝土的抗壓和抗折強(qiáng)度有一定的影響。

船塢工程使用的無砂透水性混凝土是利用混凝土內(nèi)部孔隙率較大特點(diǎn)，起到減壓排水的作用，降低船塢的浮托力。

2 無砂透水性混凝土性能

無砂透水性混凝土根據(jù)組成材料不同，可以分為水泥無砂透水性混凝土、高分子無砂透水性混凝土和燒結(jié)型無砂透水性混凝土3種類型。

水運(yùn)工程中大量應(yīng)用于船塢工程的是水泥無砂透水性混凝土。它是由膠凝材料水泥、特殊級配的骨料、水和外加劑組成，配制時(shí)，既要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級要求，又要有一定的滲透能力。選擇普通硅酸鹽42.5強(qiáng)度等級的水泥、碎石粒徑為5.0～31.5mm和10～20mm，分別進(jìn)行無砂透水性混凝土強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)試驗(yàn)。

2.1 無砂透水性混凝土強(qiáng)度

選擇不同的水灰比和不同的水泥用量分別進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)采用的是包裹粗集料法。試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 5.0～31.5mm碎石不同水泥用量強(qiáng)度曲線Fig.1 Strength curve of different dosage of cement mixed with 5.0～31.5mm gravel

圖2 10～20mm碎石不同水泥用量強(qiáng)度曲線圖Fig.2 Strength curve of different dosage of cement mixed with 10～20mm gravel

從圖1和圖2可以看出，碎石粒徑5.0～31.5mm和10～20mm在滿足無砂透水性混凝土和易性的情況下，水灰比在0.25～0.34之間，隨著水泥用量和水灰比的增加，其無砂透水性混凝土的強(qiáng)度也在增加。

2.2 無砂透水性混凝土的孔隙率

采用5.0～31.5mm和10～20mm粒徑的碎石，選擇不同的水灰比和不同的水泥用量，在滿足施工工作性的情況下，分別進(jìn)行孔隙率測定，試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4。

圖3 5.0～31.5mm碎石不同水泥用量孔隙率曲線Fig.3 Porosity curve of different dosage of cement mixed with 5.0～31.5mm gravel

圖4 10～20mm碎石不同水泥用量孔隙率曲線Fig.4 Porosity curve of different dosage of cement mixed with 10～20mm gravel

從圖3和圖4可以看出，在水灰比0.25～0.34之間隨著水泥用量的增加和水灰比的增大，其無砂透水性混凝土的孔隙率在逐漸減少。

2.3 無砂透水性混凝土的透水系數(shù)

無砂透水性混凝土的透水系數(shù)是衡量透水能力的指標(biāo)。透水系數(shù)越大，水的滲透能力越強(qiáng)。采用5.0～31.5mm和10～20mm粒徑的碎石，選擇不同的水灰比和不同的水泥用量分別進(jìn)行透水系數(shù)測定，試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6。

圖5 5.0～31.5mm碎石不同水泥用量透水系數(shù)曲線Fig.5 Permeability coefficient curve of different dosage of cement mixed with 5.0～31.5mm gravel

圖6 10～20mm碎石不同水泥用量透水系數(shù)曲線Fig.6 Permeability coefficient curve of different dosage ofcement mixed with 10～20mm gravel

從圖5和圖6分析，水灰比在 0.25～0.34之間，無砂透水性混凝土的滲透系數(shù)隨著水泥用量的增加和水灰比的增大，滲透系數(shù)在逐漸減小。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，考慮無砂透水性混凝土既能滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度指標(biāo)，又能滿足施工要求的和易性，還能滿足船塢底板的減壓排水作用，選擇水灰比0.31；水泥用量360 kg/m3；碎石粒徑分別是5.0～31.5mm和10～20mm進(jìn)行施工現(xiàn)場試驗(yàn)。

3 工藝原理

船塢施工時(shí)，選擇常用的混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行無砂透水性混凝土攪拌。當(dāng)混凝土攪拌均勻時(shí)，采用翻斗汽車運(yùn)輸。在施工現(xiàn)場指定位置卸料，然后攤鋪碾壓。碾壓滿足要求時(shí)，進(jìn)行覆蓋、養(yǎng)護(hù)。當(dāng)無砂透水性混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再在無砂透水性混凝土上面澆筑鋼筋混凝土。使無砂透水性混凝土在下層為巖基或者是塊石混凝土，上層為鋼筋混凝土，在船塢底板兩層之間起到減壓排水作用。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 基底清理

首先，將基底清理至基巖面，并且人工清除基巖表面殘留的破碎石渣，然后用壓縮空氣將基底面的灰塵和小顆粒的石渣吹干凈，必要時(shí)采用清水沖洗基底。清理完成后立即進(jìn)行無砂混凝土的施工，防止灰塵再次落入基底。

4.2 模板支護(hù)

無砂透水性混凝土因?yàn)榭紫堵蚀?、密度小，對模板的?cè)壓力較小，約為普通混凝土的1/3，因此可采用五夾板、竹膠板或鋼板作模板。模板設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土側(cè)壓力可按47～50MPa考慮，計(jì)算時(shí)應(yīng)驗(yàn)算模板的強(qiáng)度和撓度。

4.3 混凝土攪拌

無砂透水性混凝土攪拌方法有多種，根據(jù)實(shí)際情況可以采用預(yù)拌水泥漿法、一次全部倒入法，或者采用包裹粗集料法。

采用包裹粗集料法，按照滿足設(shè)計(jì)要求的配合比，在攪拌機(jī)中先上碎石，然后再上水和外加劑攪拌30 s，再上水泥攪拌3min出機(jī)。

4.4 混凝土運(yùn)輸

無砂透水性混凝土坍落度較小，一般采用翻斗汽車運(yùn)輸。由汽車把攪拌均勻的無砂透水性混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場指定位置卸料，然后進(jìn)行攤鋪。

4.5 混凝土澆筑

4.6 混凝土壓密

由于無砂透水性混凝土中的膠凝材料量較少，施工時(shí)不宜采用強(qiáng)烈振搗或夯實(shí)。實(shí)踐證明在采用高頻振搗器振搗時(shí)，會(huì)使無砂透水性混凝土沉漿使底部過于密實(shí)，嚴(yán)重影響其透水效果，因此宜采用壓路機(jī)壓密施工工藝。

對無砂透水性混凝土壓密施工工藝進(jìn)行了5.0～31.5mm和10～20mm兩種粗骨料和3種工況比較。

第1種：無砂透水性混凝土從翻斗汽車卸下之后，操作工人采用鐵鍬進(jìn)行拍平，不碾壓。

第2種：采用山推工程機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓2遍施工。

第3種：采用第2種設(shè)備和方法，碾壓4遍。

通過上述2種粗骨料和3種工況比較，現(xiàn)場無砂透水性混凝土碾壓后的立方體試件，同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度在27.5～27.8 MPa，現(xiàn)場芯樣強(qiáng)度為17.0～22.5 MPa，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度在28.7～31.7 MPa。無碾壓的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度在11.6～14.8 MPa，現(xiàn)場芯樣強(qiáng)度為6.7～8.9MPa。

3種工況條件下的無砂透水性混凝土的滲透系數(shù)如圖7。

目前各高?；ㄙ~是按照基建財(cái)務(wù)和會(huì)計(jì)制度要求單獨(dú)核算和管理的，新《規(guī)則》、新制度要求將基建賬納入“大賬”核算。涉及“在建工程”與基建賬中的“建安工程投資”、“設(shè)備投資”、“待攤投資”等科目的銜接問題。另外涉及各種往來款項(xiàng)，必須對基建賬的應(yīng)收、應(yīng)付款等債權(quán)債務(wù)進(jìn)行徹底清理。

圖7 現(xiàn)場不同工況、粒徑的透水系數(shù)曲線圖Fig.7 Permeability coefficient curve of the different grain sizes and working conditions

從圖7透水系數(shù)曲線圖可以看出，碾壓遍數(shù)越多其透水系數(shù)越小。因此，在施工時(shí)無砂透水性混凝土的碾壓遍數(shù)不宜太多，采用兩遍碾壓即可以滿足要求。如果采用無碾壓工藝時(shí)，由于其抗壓強(qiáng)度較小，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此不宜采用。

4.7 混凝土養(yǎng)護(hù)

無砂透水性混凝土的拆模時(shí)間與養(yǎng)護(hù)溫度和最早受荷時(shí)間有關(guān)。一般情況下，拆模時(shí)間比普通混凝土早，其側(cè)面和邊緣很容易暴露在空氣中。尤其是無砂透水性混凝土存在著大量的孔洞，易失水，干燥很快，所以養(yǎng)護(hù)非常重要，特別是早期養(yǎng)護(hù)，在拆模以后應(yīng)立即覆蓋塑料薄膜或土工布，可避免混凝土中水分大量蒸發(fā)。

無砂透水性混凝土應(yīng)在澆筑后1 d開始灑水養(yǎng)護(hù)，若遇干熱天氣，可在澆筑后8 h開始養(yǎng)護(hù)，以免過早失水。無砂透水性混凝土的潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)為3～7 d，每天至少灑水4次。每次灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)在2～3m處用散射水直接從上往下澆水養(yǎng)護(hù)，不宜用壓力水直沖無砂透水性混凝土表面。另外，還要防止雨淋，特別是暴雨沖刷，這樣會(huì)帶走一些水泥漿，影響無砂透水性混凝土的質(zhì)量。

在冷天施工時(shí)，不僅采用覆蓋塑料薄膜和土工布，而且還應(yīng)采取保暖措施，使無砂透水性混凝土養(yǎng)護(hù)條件始終保持在5℃以上。

5 質(zhì)量控制

1）無砂透水性混凝土的原材料品種、規(guī)格和質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)應(yīng)有進(jìn)場材料質(zhì)量合格檢驗(yàn)報(bào)告和材料的質(zhì)量證明文件；

2）碎石的堆放場地應(yīng)進(jìn)行硬化，防止骨料污染，影響無砂透水性混凝土質(zhì)量；

3）無砂透水性混凝土應(yīng)按照配合比進(jìn)行計(jì)量，根據(jù)設(shè)定的投料工序進(jìn)行投料；

4）無砂透水性混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)該按照要求進(jìn)行；

5）無砂透水性混凝土的強(qiáng)度和透水性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；

6）無砂透水性混凝土鋪設(shè)的范圍、厚度和分段接茬處理應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。其鋪設(shè)允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 無砂透水性混凝土鋪設(shè)允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法Table 1 Allowable deviation，test amount and method for laying of the non-fine permeable concrete

6 效益分析

對于用重力抵消浮托力的船塢，當(dāng)采用無砂透水性混凝土作為減壓排水時(shí)，可以大大減少結(jié)構(gòu)本身和回填料的材料用量，縮短施工工期。

對于用錨碇固定底板，利用錨樁、錨桿或錨塊將底板固定在地基上的船塢，采用無砂透水性混凝土施工，可以節(jié)約固定船塢的錨樁、錨桿或錨塊的大量鋼材，并縮短工期。

7 應(yīng)用實(shí)例

目前，無砂透水性混凝土已成功的作為船塢減壓排水結(jié)構(gòu)的一部分，并被廣泛應(yīng)用。近幾年施工的大連香爐礁新建造船塢工程、長興島STX船塢工程、中遠(yuǎn)大連旅順造船項(xiàng)目1號、2號船塢工程、大連船舶重工海洋工程有限公司建造基地鉆井平臺專用塢工程、福建泉州船廠修船區(qū)三期工程3號、4號船塢工程，全部采用無砂透水性混凝土作為減壓排水墊層，效果顯著，起到船塢底板減壓排水效果。

[1] 雍本.特種混凝土設(shè)計(jì)與施工[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.YONG Ben.Design and construction of special concrete[M].Second edition.Beijing：China Architecture&Building Press，2005.

[2] 宋功業(yè).混凝土工程施工技術(shù)與質(zhì)量控制[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2003.SONG Gong-ye.Construction technique and quality control of concrete engineering[M].Beijing：China Building Materials Press，2003.

[3] 李繼業(yè).新型混凝土技術(shù)與施工工藝[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2002.LI Ji-ye.Construction technology for a new type of concrete[M].Beijing：China Building Materials Press，2002.