現(xiàn)澆隧道大體積混凝土溫度裂縫控制

劉保永，陳三洋，何海龍

現(xiàn)澆隧道大體積混凝土溫度裂縫控制

劉保永，陳三洋，何海龍

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300456）

針對港珠澳大橋120 a使用年限，為了提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，對裂縫的控制尤為重要。文章主要對港珠澳大橋西人工島敞開段隧道結(jié)構(gòu)大體積混凝土控裂措施及效果進(jìn)行闡述，并提出有效的控裂措施。

大體積混凝土；港珠澳大橋；溫度裂縫

港珠澳大橋主體工程設(shè)計(jì)使用年限為120 a，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求較高。港珠澳大橋島隧工程西人工島敞開段暗埋段隧道結(jié)構(gòu)底板最厚處達(dá)3.15 m，單次澆筑最大方量近4 800 m3，為超厚大體積混凝土[1]。如果施工措施不當(dāng)，大體積混凝土極易產(chǎn)生有害裂縫，影響結(jié)構(gòu)使用壽命。為了減少有害裂縫的產(chǎn)生，提高結(jié)構(gòu)耐久性，需要在混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)過程中增加施工措施。

1 工程概況及施工特點(diǎn)

西人工島敞開段共分為10個節(jié)段，其中OW1—OW4-1節(jié)段包括側(cè)墻及中墻，OW 4-2—OW10節(jié)段無中墻，底板最厚處達(dá)3.15 m，側(cè)墻最厚處為2.91m，單次澆筑方量最大近4 800 m3，屬于典型的大體積混凝土。施工難點(diǎn)如下:

1）施工區(qū)域所屬地區(qū)天氣炎熱，夏季持續(xù)時間長，表1為1 a的氣溫觀測資料。

表1 2008年4月—2009年3月氣溫Table1 Air temperature recorded between April2008 to March 2009

由表1可以看出，6—9月份的最高氣溫均超過30℃，且現(xiàn)場風(fēng)力較大，水分蒸發(fā)較快。如此惡劣的環(huán)境給大體積混凝土的溫度控制、保溫保濕控制、溫度峰值以及降溫速率控制帶來挑戰(zhàn)。

2）墊層混凝土澆筑完成后，底板結(jié)構(gòu)包括鋼筋安裝、模板支設(shè)等工作內(nèi)容時間長，一般均在30 d以上，因此底板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑與墊層混凝土澆筑間隔時間長；墻體混凝土施工與底板混凝土結(jié)構(gòu)施工間隔時間長，最大間隔超過10個月。

2 混凝土配合比

現(xiàn)澆敞開段隧道結(jié)構(gòu)采用C45混凝土，結(jié)構(gòu)安全等級及防水等級均為一級，抗?jié)B等級為P10級，結(jié)構(gòu)防水以混凝土自防水為根本。由于本工程地處外海，防滲要求及耐久性高，為防止氯離子滲透以及出現(xiàn)溫度裂縫及收縮裂縫，主體結(jié)構(gòu)施工用水泥選用華潤“平南”P·II42.5級水泥。

3 采取的控裂技術(shù)措施

3.1 降低混凝土的入模溫度

降低混凝土的出機(jī)溫度。混凝土的出機(jī)溫度T0可由下式計(jì)算得到[1-3]:

式中:qs、qg為砂，石的含水量，%；Ws、Wg、Wc、Ww為每m3混凝土中砂、石、水泥和水的質(zhì)量；Ts、Tg、Tc、Tw為砂、石、水泥和水的溫度；p為加冰率（實(shí)際加水量的%）；η為加冰的有效系數(shù)，在進(jìn)入拌和機(jī)以前，有一部分冰屑在運(yùn)輸途中融化，通常η=0.75～0.85。

根據(jù)表2所列的配合比由式（1）可得到:

表2 混凝土配合比用量Table2 Mix proportion for concrete

由式2可以看出各種原材料對混凝土出機(jī)溫度影響:石子溫度影響最大，砂和水的溫度次之，水泥的溫度影響相對較小。因此，降低混凝土出機(jī)溫度的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℃，可分別使混凝土出機(jī)溫度降低約0.44℃和0.31℃。如不加冰，單純降低拌和水溫度1℃，可使混凝土溫度降低0.1℃。

設(shè)加冰的有效系數(shù)η=0.80，加冰的降溫效果如表3所示。

根據(jù)以上結(jié)論，施工中設(shè)置了多項(xiàng)裝置和設(shè)備，用以降低混凝土的出機(jī)溫度，主要包括:

1）為保證混凝土原材料溫度盡可能降低，原材料到達(dá)現(xiàn)場后，在船上擱置一段時間，原材料溫度充分降低后再卸船。

2）分別在砂石料倉及料斗上方設(shè)置遮陽棚，防止陽光直射砂石料，并且在混凝土澆筑前，對原材料溫度進(jìn)行檢測。

3）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況在水泥罐上設(shè)置環(huán)形冷卻水管，通過噴淋水泥罐降低水泥溫度。

4）每個拌合站分別設(shè)置1臺冷卻水裝置，使拌和用水溫度控制在10℃以下，能夠有效降低混凝土入模溫度。

5）混凝土澆筑開始后，對混凝土出機(jī)溫度、入模溫度進(jìn)行檢測，如果出機(jī)溫度超過28℃或者入模溫度超過30℃，則在混凝土攪拌過程中加入碎冰，加冰量根據(jù)入模溫度而定，最多為60 kg/m3。

3.2 混凝土內(nèi)部溫度控制

為降低混凝土內(nèi)部最高溫度，延緩水泥水化熱溫升，降低混凝土內(nèi)表溫差，敞開段底板內(nèi)布置冷卻循環(huán)水管，施工中，根據(jù)裂縫情況不斷對冷卻循環(huán)水管布置進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化過程如下:

1）底板混凝土澆筑過程中在南北兩側(cè)及端頭處加密布置水管。

2）敞開段清水混凝土墻體澆筑過程中，在水平施工縫處設(shè)置循環(huán)水管加密區(qū)，將水管之間間距調(diào)整為0.3 m，有效降低了混凝土內(nèi)部最高溫度，表4為某一節(jié)段墻體冷卻水管加密區(qū)與非加密區(qū)測溫?cái)?shù)據(jù)，從表中可以看出，冷卻水管加密區(qū)域混凝土內(nèi)部最高溫度比未加密區(qū)域最高溫度降低了19.5℃，對控裂起到了一定的作用[4]。

表4 某節(jié)段溫度測量數(shù)據(jù)Table4 Measured teMperature in a tunnel section

3.3 內(nèi)外溫差控制

1）底板混凝土養(yǎng)護(hù)

底板混凝土上表面相對養(yǎng)護(hù)條件較好，在收面完成后立即用土工布進(jìn)行覆蓋，然后再覆蓋一層塑料薄膜，防止大風(fēng)帶走水分導(dǎo)致混凝土收縮開裂，其上再覆蓋一層土工布。養(yǎng)護(hù)用水采用冷卻循環(huán)水，由于冷卻循環(huán)水通過混凝土后帶走一部分熱量而使自身溫度上升，因此與混凝土溫度比較接近，防止養(yǎng)護(hù)用水對混凝土造成冷擊而產(chǎn)生溫度裂縫。

為了減小混凝土內(nèi)外溫差，在模板背面增設(shè)棉被+土工布的保溫措施對混凝土進(jìn)行覆蓋保溫，同時結(jié)合環(huán)境溫度、養(yǎng)護(hù)水溫、循環(huán)冷卻水溫、混凝土內(nèi)表溫差等因素，綜合確定混凝土拆模時間，保證混凝土內(nèi)表溫差滿足要求。

2）墻體混凝土養(yǎng)護(hù)

西人工島隧道敞開段側(cè)墻及中墻采用清水混凝土澆筑，為了避免養(yǎng)護(hù)用水對清水混凝土表面造成污染，采用復(fù)合土工布密封保溫養(yǎng)護(hù)的方式。具體方法為:利用雙層復(fù)合土工布（一布一膜）對墻體進(jìn)行密封覆蓋，外側(cè)用拴緊器進(jìn)行拴緊，保證密封，具體見圖1。

圖1 敞開段墻體覆蓋密封養(yǎng)護(hù)Fig.1 Curing of concrete for walls in an open tunnelbyway of covering and sealing

3.4 設(shè)置隔離層

由于墊層混凝土與結(jié)構(gòu)混凝土澆筑間隔時間較長，一般均在30 d以上，在結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑時，墊層混凝土已完成大部分收縮。因此底板混凝土澆筑完成后，墊層混凝土?xí)ζ涫湛s產(chǎn)生約束，從而產(chǎn)生裂縫。為了減小墊層混凝土與結(jié)構(gòu)混凝土之間的約束，采取在墊層混凝土上鋪設(shè)柔性隔離層的方式，柔性隔離層采用改性瀝青防水卷材，厚度為1.2mm。

4 裂縫情況

采取以上控裂措施后，敞開段底板及墻體裂縫數(shù)量得到了明顯的控制，敞開段底板西端頭及南北兩側(cè)裂縫數(shù)量明顯減少，某些節(jié)段底板達(dá)到了裂縫數(shù)零的成效；而敞開段墻體大部分節(jié)段裂縫數(shù)量為1～2條，而且寬度較小，均小于0.2 mm。因此，從整體控裂效果看，敞開段大體積混凝土控裂成效顯著，為后續(xù)施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

5 裂縫原因分析

敞開段大體積混凝土控裂雖然取得了一定的成效，但仍存在一定數(shù)量的裂縫，究其原因，主要有以下方面:

1）澆筑間隔時間長。敞開段底板結(jié)構(gòu)混凝土與墊層混凝土澆筑間隔時間長，一般均在30 d以上，墊層混凝土已完成大部分收縮；敞開段墻體混凝土澆筑時，底板已澆筑完成，且間隔時間較長，最長澆筑間隔超過10個月，底板混凝土收縮已大部分完成，而新澆筑的墻體混凝土收縮才剛剛開始。上下層混凝土間的嵌固作用將阻礙上下層混凝土自由伸縮，隨著齡期的增長，混凝土應(yīng)變達(dá)到某一極限時，將會發(fā)生能量的釋放，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

2）混凝土降溫收縮。敞開段底板及墻體混凝土澆筑完成后，在混凝土降溫階段雖然采取了一定的保溫措施，但是混凝土內(nèi)部降溫速率仍然較快。

6 結(jié)語

西人工島隧道敞開段暗埋段通過采取以上控裂措施，裂縫數(shù)量及寬度均明顯下降，尤其敞開段墻體控裂效果比較明顯，雖然墻體上仍有一定數(shù)量的裂縫，但是裂縫寬度大部分控制在0.2mm以內(nèi)，而且數(shù)量明顯減少。

[1]GB 50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S]. GB 50496—2009,Code for construction ofmass concrete[S].

[2]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(shè)，2007（3）:13-16.

LEIYu，ZHAO Lei，LUO Hong-ge.Analysis of hydration heat in placement of cast in-situmass concrete[J].China Harbour Engineering,2007(3):13-16

[3]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997:144.

WANG Tie-meng.Crack controlof engineering structure[M].Beijing:China A rchitecture&Building Press,1997:144.

[4]侯景鵬，熊杰，袁勇.大體積混凝土溫度控制與現(xiàn)場監(jiān)測[J].混凝土，2004（5）:56-58.

HOU Jing-peng,XIONG Jie,YUAN Yong.Controlling and in-site monitoring temperature inmass concrete[J].Concrete,2004(5):56-58.

Control of teMperature cracks in cast-in-situ mass concrete for tunnels

LIUBao-yong,CHENSan-yang,HEHai-long
（CCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

W ith a required service life of 120 years for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge,it is especially important to control the cracks in order to improve the durability of the concrete structure.The papermainly expounds on the controlmeasures and the effectivenessof control formass concrete in the open tunnelof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge,and effectivemeasuresare proposed.

mass concrete;Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;temperature crack

U655.4

A

2095-7874（2016）07-0080-03

10.7640/zggw js201607023

2016-05-07

劉保永（1987—），男，山東省菏澤市人，助理工程師，測繪工程專業(yè)。E-mail:759022070@qq.com