试分析混凝土流动下的地连墙施工质量

试分析混凝土流动下的地连墙施工质量

宋瑞卿

天津深基工程有限公司  天津 300202

Test the analysis of the construction quality of the ground connection wall under the concrete flow

Song Ruiqing

Tianjin Deep Foundation Engineering Co., Ltd.   Tianjin   300202

摘要：近些年，板桩码头逐渐成为主流形式，但也频繁出现地连墙露筋问题。特别是以地连墙为主体结构时，露筋问题会直接影响码头运营的安全性和稳定性。为了充分发挥地连墙的综合效益，必须要全面做好地连墙施工质量管控工作，掌握混凝土流动对地连墙施工质量的影响机理，从而减少混凝土流动的负面影响。本文以板桩码头主体结构的地连墙为研究对象，提出水下关注混凝土湍流、层流地层概念，阐述导致地连墙露筋的原因，并探究地连墙露筋的相关措施，旨在保障板桩码头地连墙的施工质量。

关键词：混凝土；流动；地连墙；露筋；施工质量

Abstract: In recent years, the plate pile wharf has gradually become the mainstream form, but there are also frequent wall reinforcement problem. Especially when the ground wall is the main structure, the problem of reinforcement will directly affect the safety and stability of the wharf operation. In order to give full play to the comprehensive benefits of ground wall, it is necessary to do a good job in the quality control of ground wall construction, master the influence mechanism of concrete flow on the construction quality of ground wall, so as to reduce the negative impact of concrete flow. This paper takes the ground wall of the main structure of the slab pile wharf as the research object, puts forward the concept of underwater attention to concrete turbulence and laminar formation, expounds the reasons for the exposed reinforcement of the ground wall, and explores the relevant measures of the exposed reinforcement of the ground wall, so as to ensure the construction quality of the ground wall of the slab pile wharf.

Key words: concrete; flow; ground wall; exposed reinforcement; construction quality

引言：

近些年，我国海上贸易总量持续增长，激发了港口投资活力，新建港口工程数量也不断增多。港口建设中，码头工程占据着重要地位，新时期码头建设更倾向于绿色、高效、经济，这也对码头施工建设提出了新的要求。板桩码头作为一种新型码头结构，具有施工效率高、成本低、风险少等特点，已经逐渐成为了码头建设的主流形式，其施工工艺在国际上也得到了认可。板桩码头建设的核心内容就是地连墙，地连墙整体作业质量会直接影响板桩结构物理性能。但从实际发展现状来看，地连墙露筋问题一直无法得到有效解决，增加了码头运营风险。

1. 地连墙及其施工难点

某港口码头岸线长度为1000m，采用了T型地连墙板桩结构，地连墙翼墙长度为4.5m、腹墙长度为2.5m，二者厚度均为0.8m。图1为该工程地连墙结构示意图。

图1  T型地连墙板桩码头示意图

T型地连墙施工难点为：

（1）相比普通矩形断面地连墙，T型地连墙导墙施工工艺更加复杂，由于形态特点，T型阳角部位更容易塌方，导墙混凝土容易超出设计方量。

（2）成槽期间阳角处可能会集中受力，降低局部稳定性，增加夹渣概率，增加浇筑方量，加大桩头凿除难度。

（3）地连墙断面尺寸大，腹墙主筋穿筋难度大、焊接难度大，且存在高空作业风险。

（4）截面空间尺寸大，为了适应结构钢筋笼同样需做成T型，不规则形态导致钢筋笼重量分布不均，难以确定吊装重心点，增加了吊装难度。

（5）同时是因为采用T型钢筋笼，下垄时对成槽垂直度要求更高，如果成槽偏移量较大会提升下垄难度，导致无法下垄。

（6）相比普通地连墙，T型地连墙浇筑工艺更加复杂，容易出现夹渣情况。

（7）地连墙水下灌注作业中会生成薄砂层，而薄砂层是一种无效的地连墙厚度，从而影响地连墙整体厚度，导致地连墙的实际厚度降低。

2. 地连墙露筋的危害

地连墙露筋主要是在前墙位置，一旦结构内钢筋暴露，海水会直接作用于露筋位置，海水、氧气、钢筋的铁离子会发生化学反应，造成露筋部位锈蚀，并且锈蚀速率非常高，锈蚀体积会增大到原来体积的2倍以上，对周围混凝土产生膨胀应力，加剧周围混凝土进一步开裂、剥落。钢筋锈蚀期间的截面会持续减少，与混凝土的握裹力也随之降低。如果不及时处理锈蚀问题，长期以往会形成腐蚀通道，严重影响地连墙的整体支撑力[1]。在板桩码头建设中，地连墙是核心结构，特别是在前墙开挖后直接与海水接触，一旦地连墙厚度不足、漏砂露筋，则会直接威胁到结构整体的稳定性，再加上水下质量问题修复难度极大，这就必须要从根本上解决地连墙的露筋问题。

3. 混凝土流动

3.1物理性质

目前，行业对混凝土流动的研究较少，大部分技术人员都将混凝土划分到固体类，其流动性研究更多是在坍落度方面。然而，想要分析水下灌注混凝土机理，必须要将混凝土视为流体，并掌握其流体特性。结合以往工作经验和知识积累，本文认为混凝土流动性质如下：

（1）连续性。混凝土作为一种多种料混合的连续分布物质，可分割为诸多质量均匀分布的微元体。因此，即便是在水下灌注混凝土，也不会产生离析以及其他化学反应。

（2）易流性。将混凝土材料视为流体，必须要考虑混凝土的易流性，也就是在静止状态下受剪切力的影响程度。

（3）不可压缩性。水下混凝土灌注是一种几乎不可压缩的流动形态。

（4）粘性。混凝土作为一种粘性非常大的物质，在流动期间内部的各个微元体会产生摩擦阻力，控制材料的滑动性能。

3.2混凝土湍流

流体的流动形态主要为湍流形态，通过分析水下灌注混凝土时的湍流形态，微元体运动并无规则，存在不可预见的变化情况，由于期间内部流动、压力会产生变化，因此会生成多尺度旋涡。混凝土流速方向主导的漩涡流速更大，逆向流动则流速更小。而根据压力作用机理，流动大的一侧压力小、流速小的一侧压力大，从而产生强压差，旋涡向压强小的方向移动，如果混凝土粘性阻力小于移动惯性，则会对相邻流层流动造成干扰，从而生成新旋涡。

地连墙成槽施工后，槽壁面为粗糙状态，槽壁粗糙度可以控制湍流旋涡生成的能量，也就是粗糙的墙壁会吸收能量，大旋涡靠近槽壁厚能量被吸收变为小漩涡，增加耗能。也就是在灌注混凝土期间，槽中心混凝土易流性要高于槽壁边混凝土的易流性。

3.3层流底层

在地连墙施工阶段，在成槽、水下灌注等诸多环节如何调节施工参数，都会在地连墙表面上形成一层薄砂层。结合湍流机理，由于槽壁具有一定的粗糙度，越靠近槽壁的混凝土微元体运动剪切力越大，也就是越贴近槽壁的位置，混凝土流速越趋近于0，在混凝土（几乎）物流速的层面被称为层流底层。由于混凝土流动期间的流量不变，混凝土流线在槽壁作用下外移，外移厚度就是层流底层厚度。由于混凝土单位界面内流动连续性、不可压缩性，层流底层厚度实则就是混凝土上升期间槽壁附近损失的流量。

4. 混凝土流动下地连墙施工质量的影响

4.1薄砂层对墙体厚度的影响

结合以往施工工作经验，在水下关注混凝土中沉渣主要集中在混凝土顶部。结合层流底层机理，下层混凝土上升期间，层流底层会在沉渣层边缘区域生成，槽壁面区域的沉渣不会被上升力带动，保持相对稳定状态，形成薄砂层，薄砂层作为坑槽的内层，同时也是地连墙的外层。因此，为了提高地连墙施工的整体厚度，应分析薄砂层对墙体厚度的影响作用。通常情况下，薄砂层的厚度不超过10cm，不会在钢筋笼内侧。如果薄砂层厚度达到10cm以上，则会直接影响地连墙主筋保护层厚度，厚度过小再加上腐蚀作用，从而出现露筋情况[2]。

4.2壁面粗糙度的影响

避免粗糙度与近壁流体摩擦系数有直接关系，也就是避免粗糙度越大，其与流体之间的摩擦力就越大。目前绝大部分的成槽设备在设计生产期间对成槽壁粗糙度都有严格要求，施工的槽体粗糙度普遍不会超过3cm，层流底层厚度通常在8-10cm左右，所以槽壁凸起部位在层流底层中。如果成槽采用的是反循环设备，或者底层中包含砾石层，此时可能出现层流底层厚度小于凸出高度等情况，但这种情况非常少，因此不是重点考虑的内容。在槽壁粗糙度凸起高度小于层流底层厚度条件下，槽壁粗糙度不会对地连墙厚度、露筋情况产生明显影响

[3]。

4.3有效灌注速度的影响

码头地连墙水下灌注混凝土施工要求标准中，混凝土灌注提升速率应控制在2m/h以上，但规定标准中并未提出整个灌注时间的期限。结合以往的施工经验，如果按照2m/h的标准连续灌注的情况下，所生成的槽壁薄砂层厚度很大，严重会产生露筋情况。通过分析灌注速度与薄砂层厚度之间关系可知，提高灌注速度后，薄砂层厚度也会减少，也就是灌注速度提升，层流底层厚度变小。所以，在地连墙灌注施工作业中，应提高灌注速度、减少有效灌注时间，从而保障连续墙厚度，避免出现露筋情况。有效灌注时间和灌注时间不同，有效灌注时间是指只考虑注浆的时间，其余时间不计入在内。而灌注时间包含注浆的整个流程，其中拆卸导管时间占据逐渐大半时间。很多施工人员都是通过减少导管拆卸次数提高灌注效率[4]。但导管拆卸次数与埋管深度成反比，减少导管拆卸次数，埋管深度越高，有效注浆速度越慢、时间越长，所以埋管深度过大是导致地连墙露筋的主要因素之一。

总之，考虑到水下灌注混凝土具有流动性特点，因此会形成层流底层，在地连墙表面上形成薄砂层，而薄砂层是一种无效的地连墙厚度。因此在地连墙成槽时应确保槽体宽度大于地连墙厚度。在灌注中应控制埋管深度，提升有效灌注速度和缩短有效灌输时间，有助于减少地连墙薄砂层厚度，提高地连墙厚度[5]。

5. 结束语

地连墙露筋会直接影响板桩码头结构整体稳定性，地连墙厚度增加会减少露筋概率，提高地连墙结构整体施工质量。地连墙薄砂层越厚、墙体真实厚度越小，而薄砂层厚度与层流底层有直接联系，对地连墙成槽的槽壁粗糙度影响非常小，在控制薄砂层厚度中无需考虑成槽槽壁的粗糙度。通过分析，水下灌注混凝土有效灌注时间与薄砂层厚度有明显关系，实际灌注时间越短、灌注速度越快，薄砂层的厚度就越小。因此，在地连墙灌注混凝土施工作业期间，施工人员必须要重点关注影响地连墙厚度的因素以及混凝土流动影响机理，合理选定施工设备型号，通过控制埋管深度提高实际灌注速率、降低实际灌注时间，这样才能够保障地连墙的整体厚度，减少无效的薄砂层，减少露筋风险，保障地连墙的整体施工质量。

参考文献：

[1] 赵明时.混凝土流动对地连墙施工质量的影响[J].港工技术, 2022(1):59-60.

[2] 普银波.既有地连墙接头处理施工技术要点分析[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术, 2023(10):522-524.

[3] 赵志刚.建筑工程地连墙H型钢接头防绕流方法研究[J].中国新技术新产品, 2022(10):137-139.

[4] 于泳;葛兵.深水地连墙板桩码头质量通病的防治[J]. 港工技术,2017(03).80-82+92.

[5] 王海东;马金光.地连墙质量控制新措施[J]. 中国港湾建设,2017(03).61-65.