水下环境的混凝土施工质量控制

水下环境的混凝土施工质量控制

叶泳良

身份证：440921199008193518

摘要：

本论文旨在探讨水下环境混凝土的施工质量控制的关键问题，通过对水下混凝土施工特点、质量控制方法和常见问题的分析，提出有效的质量控制策略，以提高水下混凝土施工的可靠性和耐久性。本文首先介绍了水下环境对混凝土施工质量的影响，然后阐述了常见的水下混凝土施工方法和施工工艺。接着，探讨了水下混凝土施工质量控制的主要内容，包括原材料选择、配合比设计、施工工艺控制和质量检测等方面。最后，总结了目前水下混凝土施工质量控制存在的问题，并提出了未来的研究方向。

Abstract:

This paper aims to discuss the key issues of underwater environment concrete construction quality control, through the analysis of underwater concrete construction characteristics, quality control methods and common problems, effective quality control strategies are put forward to improve the reliability and durability of underwater concrete construction. This article first introduced the underwater environment to the concrete construction quality influence, then elaborated the common underwater concrete construction method and the construction craft. Then, it discusses the main content of underwater concrete construction quality control, including the selection of raw materials, mix design, construction technology control and quality detection. Finally, this paper summarizes the existing problems of underwater concrete construction quality control, and puts forward the future research direction.

关键词：水下混凝土、施工质量控制、水下环境、可靠性、耐久性

Key words: underwater concrete, construction quality control, underwater environment, reliability, durability

1引言

水下环境下混凝土施工是指在水中或水下进行混凝土结构施工的过程，亦是市政公路工程水下桩基、房建工程地基与基础、水利工程、港口工程等项目的关键环节以保证工程的安全稳定性和水利设施的可靠性。与陆地上的混凝土施工相比，水下混凝土施工面临着更多的挑战和特殊要求。因此，深入了解水下环境下混凝土施工质量控制对于提高施工质量和确保结构安全具有重要意义。本文浅析水下环境对混凝土施工质量的影响，以及有效的质量控制对水下混凝土施工的重要性。

1水下混凝土施工特点

1.1水压和水动力影响：水下施工中，混凝土结构所受到的水压力和水动力影响较大。水的压力会对混凝土施工产生挤压和冲刷作用，

1.2流动性要求高：由于水下环境的限制，混凝土在施工过程中需要具备较好的流动性。流动性的要求取决于施工方法和工程要求，以确保混凝土能够顺利充填到预定位置，并形成均匀的结构。

1.3可视性受限：水下施工中，施工人员的视线受限，很难直接观察到混凝土的施工过程和质量。这对质量控制和施工安全提出了更高的要求，需要借助先进的监测技术和装备来保证施工质量。

1.4施工工艺要求高：水下混凝土施工需要选择适合的施工方法和工艺，包括水下浇筑、摩擦搅拌桩、沉箱法等。不同的施工工艺对混凝土的流动性、凝结时间和施工效率等方面有不同的要求。

1.5施工环境复杂：水下施工环境复杂多变，包括潮汐、海流、波浪等因素的影响。这些因素可能导致施工条件不稳定，增加了施工的困难和风险。

2水下混凝土的特性和施工方法

2.1水下混凝土的特性：

流动性：水下混凝土需要具备良好的流动性，以便在水中顺利充填到预定位置。流动性的要求取决于混凝土的配合比设计和施工工艺，通常采用高流动性混凝土（Self-Consolidating Concrete，简称SCC）来满足这一特性。

抗冲刷性：水下混凝土需要具备较好的抗冲刷性能，以抵御水流和水动力的冲击。采用适当的配合比设计和添加剂，增加混凝土的抗冲刷性能，如使用高性能混凝土和抗冲刷剂。

抗渗性：水下混凝土需要具备较好的抗渗性能，以防止水分从混凝土中渗透进入结构内部。采用合适的配合比设计和防水措施，如添加防水剂、提高混凝土的密实性等，以增加抗渗性能。

快速凝结性：水下混凝土需要具备快速凝结和早期强度发展的特性，以便在水中快速固化，减少混凝土的流失和变形。通过控制混凝土的配合比、使用快凝剂等措施，提高混凝土的早期强度发展。

2.2水下混凝土的施工方法：

水下浇筑法：水下浇筑法是最常见的水下混凝土施工方法，使用特殊的浇筑设备将混凝土直接充填到水下预定位置。在浇筑过程中，需要注意混凝土的流动性和抗冲刷性能的控制，以确保混凝土的均匀充填和质量。

摩擦搅拌桩法：摩擦搅拌桩法是一种在水下施工桩基的方法，通过旋转和振动的作用将水下的土壤与混凝土搅拌混合，形成桩身。这种方法能够在水下形成坚固的混凝土桩基，适用于海底桥梁、港口码头等工程。

沉箱法：沉箱法是一种将预制的混凝土箱体沉放到水下的施工方法。在施工过程中，将沉箱运输到施工位置后，利用重力或水压将其沉入水底，然后进行固定和填充。沉箱法适用于海洋工程中的基础结构，如海底隧道、人工岛等。

人工充填法：人工充填法是一种在水下进行混凝土充填的方法，适用于较小规模的水下施工。施工人员使用特殊的工具和设备，将混凝土逐渐充填到水下目标位置，确保充填的均匀性和质量。

3水下混凝土施工质量控制方法

3.1 原材料选择

水泥：常用的水泥类型包括普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、矿物掺合料水泥等。选择合适的水泥类型应考虑到水下环境下的耐水性、抗盐蚀性以及早期强度发展等因素。

骨料：骨料应选择具有良好耐水性和抗冲刷性的材料，如天然河砂、石英砂等。同时，骨料的粒径分布应合适，以满足混凝土流动性和抗冲刷性能的要求。

混凝土掺合料：混凝土掺合料可以用来改善混凝土的流动性、抗渗性和耐久性。常见的掺合料包括矿渣粉、飞灰、硅灰等，选择合适的掺合料类型和掺量有助于提高混凝土的性能。

3.2 配合比设计

水下混凝土的配合比设计：

流动性要求：水下混凝土的配合比应具备良好的流动性，以确保混凝土能够在水中充填到预定位置。采用高流动性混凝土（SCC）可以有效提高混凝土的流动性和充填性能。

抗冲刷性要求：根据水流速度和水动力情况，适当调整混凝土的骨料粒径和配合比，以提高混凝土的抗冲刷性能。可以采用抗冲刷剂、高性能混凝土等方式来增强混凝土的抗冲刷能力。

抗渗性要求：水下混凝土需要具备良好的抗渗性能，以防止水分从混凝土中渗透进入结构内部。在配合比设计中，可以采用适当的水胶比、添加防水剂等措施来提高混凝土的抗渗性能。

快速凝结性要求：由于水下施工的特殊环境，混凝土的快速凝结和早期强度发展非常重要。可以通过选择适当的水泥类型和掺合料、使用快凝剂等方式来加速混凝土的凝结过程。

3.3 施工工艺控制

3.3.1浇筑工艺控制：

浇筑工艺控制-浇筑设备选择：选择适合水下混凝土施工的浇筑设备，如水下浇筑管、水下喷射设备等。确保设备的稳定性和准确性，以保证混凝土的均匀充填和流动性能。

浇筑工艺控制-浇筑方式：根据具体工程要求和施工环境，选择合适的浇筑方式，如自由浇筑、喷射浇筑等。控制浇筑速度和深度，保持混凝土的流动性和均匀充填，避免空隙和孔洞的产生。

3.3.2混凝土浆体控制：

浆体流动性：水下混凝土需要具备良好的流动性，以保证充填和浇筑的顺利进行。控制混凝土的配合比设计，确保浆体的流动性符合要求，可以采用高流动性混凝土（SCC）或添加流动剂来调节浆体的流动性。

抗冲刷性：增加混凝土的抗冲刷性能是水下施工的重要考虑因素。采用合适的骨料和掺合料，以及添加抗冲刷剂等措施，提高混凝土的抗冲刷性能，减少水流和水动力的冲刷影响。

3.3.3环境监测和控制：

水下环境监测：定期监测水下环境的水流速度、水压、水质等参数，以及海洋生物的附着情况。及时了解施工现场的环境变化，做出相应的调整和控制措施。

施工现场安全控制：确保施工现场的安全，采取必要的安全防护措施，如设置警示标志、安全绳索等，以保障施工人员的安全。

3.3.4质量检验和控制：

可视性控制：由于水下施工可视性受限，需要借助先进的监测技术和设备，如水下摄像机、激光扫描仪等，对施工过程进行实时监测和记录，以确保混凝土的充填和浇筑质量。

取样和试验：根据施工进度和质量要求，进行水下混凝土的取样和试验。对取样的混凝土进行抗压强度、抗渗性等性能指标的检测，以评估混凝土的质量。

3.4 水下环境的混凝土质量检测方法：

3.4.1非破坏性测试（Non-Destructive Testing, NDT）：

超声波测试：利用超声波的传播特性，通过测量声波在混凝土中的传播速度和衰减程度，来评估混凝土的质量和缺陷情况。可以检测混凝土的强度、密实度和质量均匀性等参数。

声学发射测试：通过检测混凝土中微小裂缝的声发射信号，来评估混凝土的破坏状态和结构完整性。可以监测混凝土的裂缝扩展情况和破坏过程。

3.4.2水下摄像检测：

水下摄像机：利用水下摄像设备，通过观察混凝土表面的图像和视频，来检测混凝土的表面质量、裂缝情况、孔洞和缺陷等。可以直观地了解混凝土的施工质量和结构状态。

3.4.3可视化检测：

激光扫描仪：使用激光扫描仪对水下混凝土结构进行扫描，生成三维点云数据，可以获取混凝土结构的几何形状、尺寸和表面缺陷等信息，用于质量评估和结构分析。

颜色变化指示剂：使用颜色变化指示剂（如溶解型染料）涂覆在混凝土表面，观察颜色的变化来判断混凝土的渗透性和水分状态。

3.4.4取样检测：

取样装置：使用专门设计的水下取样装置，在水下环境中采集混凝土样品。样品可以用于实验室测试，如抗压强度、抗渗性、密度等性能指标的检测。

水下混凝土施工质量控制存在的问题与展望

总结目前水下混凝土施工质量控制存在的主要问题，如配合比设计的准确性、施工工艺的优化以及质量检测的可靠性等，并提出进一步的研究方向。

结论

强调水下混凝土施工质量控制的重要性，提出提高水下混凝土施工质量的关键措施和建议，以推动水下混凝土施工技术的发展和应用。

参考文献

[1]《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）.

[2]GB 50152-2018《建筑施工质量验收规范》

[3]JGJ/T 189-2018《水工建筑物混凝土施工与验收规范》

[4]GB 50268-2008《水利水电工程施工质量验收规范》

[5]GB/T 50082-2009《混凝土耐久性设计规范》