港珠澳大橋東人工島隧道現澆暗埋段結構防裂技術

王金龍，莫日雄

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概況

港珠澳大橋東人工島現澆暗埋段隧道起訖樁號為 K6+924.000～K6+692.781，全長 231.219 m。隧道中心線處于半徑5 500 m平曲線上，縱向有2.98%坡度。暗埋段隧道共分為6段（CE1～CE6），每段之間設置1道變形縫。現澆暗埋段結構采用單箱雙室管廊箱型或單箱四室管廊箱型結構形式。CE1分段和沉管隧道相接，斷面從沉管標準斷面過渡至現澆暗埋段雙室斷面，再過渡至四室斷面。CE2～CE5分段均為四室斷面，CE6分段又恢復為雙室斷面，與敞開段相連。平面布置見圖1所示。

圖1 東人工島現澆暗埋段平面布置圖Fig.1 Layoutof the cast-in-situ buried section in the east island

暗埋段行車道孔凈寬14.55m，凈高為8.4m，中管廊凈寬4.25 m，雙室斷面結構總寬為37.95 m，總高為11.445 m。從CE1分段開始變寬，至CE5分段最寬處為72.24m。暗埋段行車道孔和減載空箱位置底板厚度為150 cm，中管廊道位置底板厚度為170 cm。雙室斷面外墻厚150 cm，四室斷面外墻厚130 cm。除CE1雙室斷面的行車道孔頂板厚154 cm，中管廊頂板厚164 cm外，其余分段的行車道孔和減載空箱頂板厚130 cm，中管廊頂板厚140 cm。

2 防裂技術

該工程為外海現澆隧道結構，結構形式復雜。由于結構防水要求極高，自防水抗滲等級要求達到10級。結構耐久性要求高，設計使用年限為120 a，因此對結構控裂提出了十分苛刻的要求。主要采取以下防裂技術措施[1-2]。

2.1 減小混凝土間約束

1）合理設置施工縫。現澆暗埋段主體結構施工前進行模型試驗，主要研究混凝土分2步澆筑與分3步澆筑不同的施工工藝對混凝土裂縫的影響。模型的尺寸為：底板長6.25m、寬4.5m、厚0.5m；側墻高2.5m，一面側墻厚0.5m，一面側墻厚1.5m；中墻厚0.5m；頂板厚0.5m。

模型1：分3步澆筑混凝土，時間間隔為28 d，第1次澆筑底板以及邊墻和中墻0.5 m以下部分；第2次澆筑剩余中墻；第3次澆筑剩余邊墻與頂板，同期進行應變監測。

模型2：分2步澆筑混凝土，第1次澆筑底板以及邊墻和中墻2 m以下部分；第2次澆筑剩余邊墻與頂板，分步澆筑間隔時間為28 d，在厚1.5m墻內進行溫度監測，同期進行應變監測。

最終根據模型試驗的應變測試結果分析得出，常規分3次澆筑工藝的應變最大，澆筑間隔28 d的應變次之，另外應變測試受溫度、天氣、外力、養護、鋼筋等諸多因素影響較大，因此數據規律性和對比性并不十分顯著。所以根據前期模型試驗結果，確定了在水平方向設置施工縫，以減小應變。每個結構段從豎向上分3次進行澆筑，第1次澆筑為底板和墻身（高8.9m），水平分縫位于結構腋下50 cm處；第2次澆筑頂板和墻身剩余部分；第3次澆筑中管廊橫隔板，如圖2所示。

圖2 東人工島現澆暗埋段分次澆筑順序圖Fig.2 Separate pouring sequenceof the cast-in-situ buried section in theeast island

2）縮短澆筑間隔時間。根據應變測試結果，第1次澆筑的混凝土對新澆筑的混凝土產生較大約束，易產生裂縫，所以縮短澆筑間隔時間可減小新舊混凝土之間的約束，從而減少裂縫的產生。

從測試數據可以看出：

①中墻倒角處應變與側墻倒角處應變相當，5 d達到60～65微應變，其后變化很小。

②早期混凝土的應變主要受大體積混凝土降溫影響，中間與邊緣位置的應變相當，長度方向7 d之內為30～40微應變之間，中間略大，7 d以后邊緣繼續收縮，越靠近邊緣應變越大，15 d達到63微應變。

③在中間截面上，新老混凝土交界面越往上應變越大，倒角處應變比交界處大20～30微應變。

二次澆筑不同步應變，從測試數據中看出中間截面不同步應變最大為28微應變，而邊緣上不同步應變最大為31微應變。

2.2 溫控措施

大體積混凝土產生裂縫的因素多種多樣，應變裂縫、結構不合理、原材料不合格等均會產生裂縫，但是由于內外溫差過大引起裂縫是大體積混凝土產生裂縫的主要原因。

控制混凝土入模溫度的措施包括：

1）原材料遮陽堆存

混凝土澆筑入模溫度需控制在30℃以內，可通過控制混凝土的出機溫度來控制入模溫度。

各種原材料對混凝土出機溫度影響：石子溫度影響最大，砂和水溫度次之，水泥溫度影響相對較小[3]。因此，降低混凝土出機溫度最有效的辦法是降低石子和砂子的溫度，石子和砂子的溫度每降下1℃，可分別使混凝土溫度降低0.44℃和0.31℃。拌合用水溫度降低 1℃，可使混凝土溫度降低0.1℃，使用4℃自來水作為攪拌用水。

為了控制原材料的溫度，砂石料堆場四周設置圍墻，頂部設置遮陽棚，蓄水池設遮陽棚。另外，配備冷水機1臺，冷水產量4 t/h。

2）混凝土運輸溫控

在混凝土運輸和泵送環節采取必要的保溫及降溫措施，防止混凝土吸收熱量，主要是在混凝土罐車罐體外包保溫棉套進行隔熱。夏季施工盡量避開下午高溫時澆灌混凝土。

3）循環冷卻水降溫及溫測

通過溫度應力仿真分析計算，裂縫主要發生在結構斷面尺寸厚度大于1m的部位，因此可在這些部位布置冷卻水管來降低結構中心的最高溫度，從而達到降低內外溫差的目的。

①冷卻水管布置

根據規范規定，冷卻水管選用管徑為50 mm的金屬管，冷卻水管布置在底板、頂板、側墻的0.5h位置，冷卻水管間距為1 m。單根冷卻水管長度不超過200m。

②冷卻循環水溫控

冷卻用水采用避免陽光直曬的常溫水；保證冷卻水管口有足夠的壓力，控制降溫速度不大于1℃/d；對冷卻水進行測溫，控制冷卻水的進水溫度。混凝土澆筑到覆蓋冷卻水管時即開始通水，水流量保持最大，后續流量調節根據測溫情況進行。通水原則為：降低溫峰，降低溫差，但不得加大降溫速率。

③保溫養護

從測試中發現土工布下混凝土溫度受空氣溫度影響，跟隨空氣溫度上下波動，并比空氣溫度高4～5℃。在未覆蓋土工布之前，上表層與空氣溫差接近20℃，覆蓋土工布之后，上表層與土工布下溫差下降到10～16℃，最大溫差為16.5℃，可見及時覆蓋保溫養護是控溫的有效措施。

4）采用推移式連續分層澆筑。

對于大體積混凝土采取分層澆筑，可降低水化熱溫度高峰，便于散熱，從而防止水化熱集中、過大而產生溫度裂縫。排定澆筑順序時要充分考慮混凝土的初凝時間，避免結構出現冷縫，形成滲水通道。

2.3 養護措施

混凝土養護主要作用是保溫、保濕。保溫可以降低混凝土內外溫差，減緩混凝土降溫速率。保濕可以保證混凝土表面水化的正常進行，從而減少裂縫的產生。另外也起到保護混凝土的作用，如雨水沖淋、溫度驟降等。混凝土養護工作對混凝土強度、耐久性及減少混凝土早期有害裂縫意義重大，因此需特別重視混凝土的養護工作。

本工程主要養護措施有：

1） 覆蓋養護

底板及頂板都屬于大體積且面積較大的混凝土，在混凝土抹面完終凝后，立即覆蓋塑料薄膜，再覆蓋1層土工布，進行灑水自然養護。養護用水溫度與表面混凝土的溫差不得大于15℃。灑水次數以保持混凝土表面充分潮濕為準。

2） 涂養護液

由于側墻和中隔墻長度較長且高度很高，加之海上風速較大，不適宜采用包裹塑料薄膜的方式保濕養護。因此，側墻及中隔墻混凝土采取噴涂養護液的方式養護，即在模板拆除后立即噴涂養護液，養護液噴涂要均勻，不得出現漏涂現象。噴涂養護液一段時間后，再噴涂1次以保證養護效果。養護液噴涂完成后立即覆蓋土工布。

3 防裂效果

對港珠澳大橋東人工島現澆暗埋段CE1-1節段長度為12.5m范圍內產生的裂縫進行統計。第1次澆筑方量為1 136m3、第2次澆筑方量為747 m3。其中南、北側墻高度為8.9m，第1次澆筑的混凝土均未產生裂縫。第2次澆筑高度為3.3 m的南、北側墻共出現6條裂縫，其中2條裂縫寬度大于0.2mm。

可以看出港珠澳大橋東人工島現澆暗埋段CE1-1側墻全高12.2m，南、北側墻長度共計為25m范圍內只在頂板施工縫處出現少量裂縫，證實了合理設置施工縫對防裂、控裂的關鍵性和有效性，并通過其他防裂措施有效減少東人工島現澆暗埋段結構的裂縫產生，達到了預期的防裂效果，在大體積混凝土的防裂方面取得較大的進展。

4 結語

港珠澳大橋東人工島現澆暗埋段大體積混凝土結構為減少裂縫產生采取了一系列的防裂措施，達到了預期效果，其混凝土原材料、施工縫的設置、溫度控制措施、養護措施以及施工過程防裂控制措施等，對類似工程具有參考作用。

[1]林木彪.大體積混凝土裂縫防治綜合措施分析[J].中國房地產業，2011（3）：253.LIN Mu-biao.Analysis of mass concrete crack prevention and comprehensivemeasures[J].RealEstate Information ofChina,2011(3):253.

[2] 覃維祖.混凝土的收縮、開裂及其評價與防治[J].混凝土，2001（7）：3-7.TANWei-zu.Shrinkage and cracking of concrete and its evaluation and prevention[J].Concrete,2001(7):3-7.

[3] 雷宇，趙雷，羅紅革.大體積混凝土澆筑水化熱分析[J].中國港灣建設，2007（3）：13-16.LEIYu,ZHAO Lei,LUO Hong-ge.Analysis of hydration heat in placementof cast in-situmass concrete[J].China Harbour Engineering,2007(3):13-16.