[工作精品论文]浅谈沉管混凝土防裂技术

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集浅谈沉管混凝土防裂技术顾桃源陈坦（中交四航局二公司洲头咀项目部广东广州510300）摘要沉管混凝土裂缝控制是一个关系到隧道安全性、耐久性、水密性的重要课题。本文结合工程特点，简要介绍广州市洲头咀隧道工程沉管预制混凝土防裂的施工技术措施及经验总结，以供类似工程参考。关键词沉管裂缝控制温度控制1引言沉管大体积混凝土施工中普遍会遇到裂缝控制问题，这是因为混凝土体积大，聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力并很可能导致裂缝产生，最终为工程结构埋下严重质量隐患。因此，沉管混凝土施工中应严格控制裂缝产生和发展，以保证工程质量。2工程概况广州市洲头咀隧道工程是连接海珠区与荔湾区芳村之间的一条重要通道。工程位于广州市西南部地区，三江交界外的白鹅潭南端约800米处的珠江主航道上，珠江隧道和鹤洞大桥之间，其上游约14KM是珠江隧道，下游约22KM为鹤洞大桥。起点为花地大道与花蕾路交点，向东下穿芳村大道后，下穿珠江，分匝道出地面，并设置立交与内环路洪德路立交相连，隧道暗埋段止于洪德路边。现阶段实施的第一期工程。工程里程为K0000000K225600。其中里程范围K1426000K1766000为沉管隧道段。沉管共分5节进行预制，所有管节分两批在芳村工区干坞内进行预制，编号依次为E1、E2、E3、E41、E42，各管节水平投影长度分别对应为85M、85M、795M、35M、85M。第一次预制E1、E2管段，第二次预制E3、E41、E42管段。沉管横断面为两个车道廊和中隔廊组成的方箱型钢筋混凝土框架结构，高968M，AK14768AK172149段为标准断面，宽314M，AK1426AK14768、AK172149AK1766段为渐变段，AK1426断面宽3782M，AK1766断面宽3926M。15030150301505015050150501505030301503015030303096813070813018021510293108018011013201718701407013201718110图1沉管结构断面示意图作者简介顾桃源（1983），男，湖南人，助理工程师，从事港口、市政工程技术管理工作。237中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集3预制管段混凝土裂缝产生的原因混凝土沉管预制属大体积混凝土结构施工，裂缝的产生主要是由于混凝土自身不均匀收缩引起的。产生不均匀收缩的主要原因有31混凝土硬化过程中由于胶凝材料水化反应和混凝土中多余水分的挥发，使混凝土体积收缩而在混凝土表面产生裂缝。32混凝土中水泥水化时产生热量，使得结构内部温度高于外层，当温度下降时外层混凝土产生的的收缩大于内部，因而在表面产生拉应力导致结构开裂。33沉管管节预制时需分期浇筑，当在完成施工的底板上浇筑墙身等结构时，新浇混凝土由于水化作用使其温度升高产生膨胀，但其膨胀变形趋势由于受到底板的约束而在内部产生压应力，底板受拉力；反之，当温度降低时，墙身收缩变形受到底板的约束而在内部产生拉应力，当混凝土自身强度增长不足以抵抗此拉应力时，导致裂缝产生。34基础不均匀沉降、结构设计不合理及外界损伤等因素也会造成管节预制过程中裂缝的产生。4预制管段混凝土防裂措施根据以上裂缝产生原因的分析，为了控制管节裂缝的产生，主要通过以下几个方面进行控制。41混凝土配合比的设计和原材料的选取在本工程中生产混凝土所用水泥必须选取低热水泥，在保证混凝土和易性的前提下，尽量减小水灰比，控制水泥用量，通过水下结构每立方米混凝土最小水泥用量作为参考进行基准混凝土配合比的设计，在此基础上，利用高性能混凝土双掺技术，对基准水泥用量进行大比例矿渣或粉煤灰的替代，以进一步减少水泥用量来降低水化热，控制温度梯度。砂石料要干净，含泥量低，级配良好，以充分发挥骨架作用，保证混凝土早期强度的增长，提高自身的抗拉能力。42混凝土温度控制421原材料温度控制砂石料要用专用储仓存放，设置遮阳棚，避免阳光直晒。储仓容量要足够，实行高堆内取，尽量使温度趋于稳定。拌合站的料斗及上料皮带均须设置防雨遮阳棚，避免上料过程中温度上升。胶凝材料水泥，粉煤灰，硅粉要根据具体用量配备储罐，混凝土拌合时所用胶凝材料至少在储罐内存放23天以上，避免使用过分新鲜的水泥。拌合用水使用自来水，储水池配置冷水机，通过冷却水循环，将水温降低至05，进一步降低拌合物的温度。422混凝土浇筑过程中的温度控制浇筑混凝土时，应避开每天的高温时段，利用温度较低的夜间施工。泵送混凝土时用绝热材料包裹泵管，并在每次浇筑前用冷水降低模板温度，以降低混凝238中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集土输送过程中的温升，控制入模温度。423混凝土浇筑后的温度控制大体积混凝土产生裂缝最主要的原因是温度应力，由于胶凝材料水化反应使得混凝土内部温度升高并且膨胀，而混凝土表面则处于冷却和收缩状态，如果内外温差过大，则在混凝土表面产生拉应力引起开裂。裂缝的宽度和深度取决于混凝土内部和外表面之间的温度差大小。虽然在前期可以通过优化配合比的方法在保证混凝土和易性的前提下尽量控制水泥用量来控制温度梯度，在混凝土搅拌过程中通过对原材料的温度控制来降低拌合物的温度，在浇筑过程中采取措施降低混凝土的水化温升，但这些措施都并不能有力的降低温差，为了有效地降低温度应力，减少裂缝的产生，我部在本工程中采用一套自动冷却系统，通过预埋在外侧墙混凝土内的冷却管道，在混凝土升温阶段由侧墙底部向顶部通水，带走混凝土水化热热量，从而减少混凝土最大温升。（1）冷却管材料及布置本工程采用外径30MM，内径27MM的黑铁管作为冷却管。在管节两侧墙内按照高度间距1000MM各布置7层共14根单排冷却管，两层冷却管之间采用弧形连接，最底层的冷却管离开水平施工缝200MM，最顶层的冷却管距管段底部78M。沿管段纵向方向在离开施工段端头200MM处开始布置冷却管，在没有端钢壳的施工段，底层及顶层的冷却管均伸出侧墙200MM，以便与管段外循环系统胶皮管相接，若施工段中有端钢壳时，进水管最底层由没有端钢壳的一侧进入，侧墙外预留200MM以便与外循环系统胶皮管相接，最顶层冷却管向上弯起，超出沉管顶面200MM与外循环系统胶皮管相接。水排至坞底排水沟水自珠江抽取施工段长度20第一层浇注范围2020968储水箱水泵15层冷却管，层间距1000MM60020图2无端钢壳施工段冷却管布置示意图239中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集水排至坞底排水沟水自珠江抽取施工段长度第一层浇注范围15层冷却管，层间距1000MM2020600968储水箱水泵202020钢端壳图3有端钢壳施工段冷却管布置示意图按照管段分层分段施工方案，标准段最长施工段冷却管长度约为231M，异型段冷却管长度会有所增加，约为233M。冷却管与沉管主体结构箍筋或拉筋点焊加以固定，若没有与钢筋相接时，采用短钢筋将冷却管与沉管主体结构箍筋或拉筋点焊连接。为了使冷却水更好的吸收水化热，冷却水流量不需太大，考虑最高层冷却管距管底78M，端钢壳位置顶层冷顶距管底99M，在选择冷却水水泵时考虑使用流量115M3/H、扬程1520M的潜水泵。当所有冷却管中均通有冷却水时，冷却管中的冷却水总量约为013M3，选用1M3/H的水泵，从开始注水到注满整个冷却水管的时间约为78分钟，冷却水直接采用珠江水。外循环系统水管采用DN40胶管，冷却水水泵自珠江抽水后通过胶管注入冷却管中，在管段中吸收水化热后经过胶管直接排至坞底排水沟或积水井中。表1冷却系统材料表材料名称材料规格单位数量备注水泵扬程15M，流量1M3/H台102台备用黑铁管外径30MM，内径27MMM9400按5损耗系数胶皮管DN40胶皮管M850承接头个102个备用（2）温度测定点布置另外，为了能更直观的反应沉管内部混凝土的温度应力变化情况，根据沉管结构的对称性和混凝土温度变化的一般规律，将主要在结构的1/2剖面上布置温度应变传感器。温度传感器布置在中心及距离表面5CM处的位置上，该点能够代表整个混凝土断面在高度方向上的最高温度或者最低温度。在水平方向，沿温度递减方向，从结构中心至距离表面5CM处240中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集设置温度监测点，由于本工程沉管的浇筑分为两层，因此在新旧混凝土的交接面布置一个温度传感器。底板布置温度传感器6个，侧墙和顶板布置传感器11个。温度传感器布置如图所示。图4温度传感器布置图各层传感器固定以后，需将所有连接电缆顺筋引出，并连接到相应的采集器上，直至温控工作结束。实时监测环境温度、混凝土表面温度、混凝土内部温度变化。浇筑后3天内，每半个小时采集一次数据，3天后每1小时采集一次，直至混凝土达到7天龄期。根据实时的监测结果，及时调整养护制度，以严格控制混凝土的芯部与表层、表层与环境之间的温差不超过15，直至混凝土强度达到设计要求为止。（3）冷却方法冷却管安装完毕后，在浇注混凝土前需先运行循环水系统，以检查冷却水系统严密不漏水，若发现漏水情况，应予以标明，停运后进行补焊，以确保整个循环系统严密不漏水。在浇注第二层混凝土前先将储水箱注满，待混凝土面到达第一层冷却管时开始进行冷却，冷却水水泵开启后也开启抽江水的水泵，以保证储水箱中有足够的冷却水来进行冷却循环，冷却循环过程一直持续到温测工作结束为止。冷却过程中混凝土内部温度与循环水进水温差应控制在20左右，若发现温差过小，应在水箱中加入冷水加大温差，以增强冷却效果，降低混凝土内部峰值。43合理进行分段、分层设置为减小结构混凝土自收缩及避免结构不均匀沉降引起沉管开裂，管段预制时，采用设置后浇带分期浇筑的方式，段间与后浇带的浇筑要间隔足够长的时间，以降低大体积混凝土的水化温升。E1、E2、E3及E42每管段沿纵向分为5个施工段，E1管段每个施工段长度为1588M，每个后浇带长度为15M；E2管段每个施工段长度为1583M，每个后浇带长度为15M；E3管段每个施工段1474M，每个后浇筑带长度为15M；E42管段每个施工段159M，241中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集每个后浇筑带长度为15M，E41管段不分段，一次性浇筑完成。表2管段分段统计表项目E1E2E3E41E42单个施工段长度M158815831474159单个后浇带长度M151515不分段1579585M后浇带管段二一三四五图5管段分段示意图根据预制管节的高度及混凝土浇筑的特点，将管节竖向分为两层进行浇筑，从下到上的分层高度分别为195M和773M。773M195M968M13M708M13M第二层第一层图6管段分层示意图44其它控制措施为控制大体积混凝土裂缝的产生，同时采取其他辅助施工措施。（1）优化混凝土级配，采用掺活性掺合料和外加剂的“双掺”技术，减小水泥用量，降低混凝土水化热峰值，提高混凝土工作性和抗渗性，补偿混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度及极限拉伸。（2）尽可能减少结构底板与外侧墙混凝土浇筑时间差，减小新老混凝土之间的收缩差。（3）混凝土分层浇筑时，加强层间振捣质量。（4）适当延长拆模时间，利用模板保温作用控制混凝土内外温差，降低温度梯度。（5）加强养护，采用的主要养护的手段有顶、底板蓄水养护，外侧墙喷淋、浇水养护，内孔保湿保温养护，冬季保温养护等。5结论51混凝土配比对管段裂缝的控制至关重要，结合工程实际情况选择最优的混凝土配比242中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集对确保管段混凝土达到不裂、不渗、不漏以及满足混凝土容重、耐久性设计等要求有重要意义。52冷却系统对于降低混凝土温峰的效果明显，对降低温差及其应力、防止裂缝的产生有着重要作用，是确保管段混凝土质量做到“