淺析沉管隧道管段混凝土裂縫控制技術(shù)

1、    淺析沉管隧道管段混凝土裂縫控制技術(shù)    趙勇摘 要：沉管隧道管段是大體積混凝土構(gòu)件且結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，由于澆筑過程中混凝土水化熱的原因，導(dǎo)致管段制作過程中容易出現(xiàn)溫度裂縫，從而削弱了混凝土管段的抗?jié)B性和耐久性。本文主要通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化配合比，加強(qiáng)混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等工藝能有效控制混凝土開裂。關(guān)鍵詞：沉管隧道；混泥土裂縫；控制沉管管段是大體積混凝土構(gòu)件且結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，屬薄壁箱型結(jié)構(gòu)，由于澆鑄過程中混凝土水化熱的原因，管段制作過程中的溫度裂縫容易出現(xiàn)，十分不利于管段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，及抗裂、抗?jié)B。在大體積澆筑中易產(chǎn)生的問題，不是力學(xué)上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)

2、度，而是須消除因溫度影響而出現(xiàn)的裂縫，增強(qiáng)其穩(wěn)定性與延長使用時(shí)間，進(jìn)而改善結(jié)構(gòu)的抗侵蝕、抗?jié)B性能。一、沉管隧道技術(shù)的發(fā)展沉管技術(shù)自問世以來，就不斷被工程界改進(jìn)和完善。從英國人最初的試驗(yàn)，到美國人修建實(shí)際的沉管隧道，直到荷蘭人引進(jìn)后又進(jìn)行了新的創(chuàng)新，使沉管隧道技術(shù)得到了不斷的發(fā)展。荷蘭于20世紀(jì)60年代發(fā)明了gim止水帶，日本在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了新的研發(fā)?；A(chǔ)處理技術(shù)方面，丹麥于40年代發(fā)明噴砂法，瑞典于60年代首先采用灌囊法，荷蘭在70年代發(fā)明了壓砂法，日本在70年代推出壓注混凝土法和壓漿法bj。日本在抗震方面也開展了大量研究，并編寫了沉管隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。這些技術(shù)上的重大革新，對(duì)沉管隧道的發(fā)展

3、和應(yīng)用具有重要意義。二、沉管隧道管段制作1、管節(jié)的制作：管節(jié)制作是大型沉管隧道的主要工序，它的工期和質(zhì)量不僅直接影響沉管的浮運(yùn)和沉放，而且關(guān)系到隧道運(yùn)營的成敗。制作工藝的關(guān)鍵技術(shù)是控制砼的容量和管節(jié)（結(jié)構(gòu)）尺寸精度，以及控制鋼筋砼解決夠的裂縫，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自身防水。2、制造管段的場地：對(duì)鋼殼式管段，在隧址附近的船塢制作，然后拖到隧道施工現(xiàn)場附近進(jìn)行艤裝，再拖至施工現(xiàn)場灌注鎮(zhèn)載砼。對(duì)砼管段，在隧址附近的干船塢中澆制砼管段，管段造好后浮運(yùn)至施工現(xiàn)場沉放。在丹麥和瑞典的斯熱桑得隧道在干船塢里還建造有一條砼管節(jié)生產(chǎn)的流水線的工廠，管造好后在干船塢里連接成管段。三、管段大體積混凝土溫度裂縫控制機(jī)理分析在

4、分析混凝土早期溫度應(yīng)力中，最重要的參數(shù)為：混凝土的溫度發(fā)展變化；相鄰段結(jié)構(gòu)的溫度；混凝土的力學(xué)性質(zhì)；管段的約束等?；炷凉芏卧谑┕み^程中，由水泥水化熱產(chǎn)生的熱量、氣溫和地基溫度變化所引起的混凝土溫度變形。要受到兩種類型的約束：一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部條件不同產(chǎn)生的約束。以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，產(chǎn)生干縮應(yīng)力。它主要在混凝土表面附近；另外，混凝土的自生體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為自生體積變形應(yīng)力；地基非均勻沉降。模板走樣也會(huì)產(chǎn)生變形應(yīng)力。主要是溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。當(dāng)管段混凝土澆筑體邊界無約束時(shí)（

5、如底、頂板頂面），在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同。形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段?；炷恋慕禍夭钜鸬淖冃渭由匣炷恋捏w積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件約束時(shí)（如已澆底板對(duì)外側(cè)墻、中隔墻對(duì)頂板、已澆管節(jié)對(duì)后澆帶），在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。四、混凝土裂縫控制技術(shù)1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可降低工程成本，還可有效降低混凝土出現(xiàn)有害裂縫的概率。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：合理的平面和立面；避免截面的突變；合理布置分布鋼筋并盡量

6、采用小直徑密間距；變截面處加強(qiáng)分布筋；避免使用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，盡可能選用中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。1）構(gòu)造配筋在構(gòu)件中配置構(gòu)造鋼筋可控制裂縫的寬度并限制其發(fā)展，其實(shí)質(zhì)是通過減少裂縫間距，使裂縫寬度能夠控制在可接受的范圍內(nèi)。配筋后混凝土的極限拉伸應(yīng)變會(huì)有所增加；同樣的配筋率，較細(xì)的鋼筋能對(duì)抗裂起到更好的作用。我國習(xí)慣采用的用于控制收縮的鋼筋配筋率約為0.2%，美國混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范aci為0.25%。也有研究認(rèn)為，aci規(guī)定的數(shù)值在構(gòu)造配筋率多數(shù)情況下不適用，對(duì)配筋率為0.25%的管涵結(jié)構(gòu)調(diào)查表明，其裂縫間距約為8m，裂縫寬約為1.5mm，根據(jù)經(jīng)濟(jì)和適用性的折中考慮，認(rèn)為0.4%的配筋率比較適當(dāng)。2）

7、降低外部約束度如果沉管混凝土澆筑采用分階段澆筑工藝則可以設(shè)置各種連接縫（伸縮縫、控制縫、后澆帶、施工縫）以及在約束界面上設(shè)置滑動(dòng)層、緩沖層等來降低外部約束度。而從國內(nèi)外沉管施工的成功經(jīng)驗(yàn)來看，分段澆筑設(shè)置后澆帶并通過設(shè)置止水帶的伸縮縫進(jìn)行止水是可行的。將結(jié)構(gòu)混凝土按施工縫分層分段澆筑，一方面是施工的需要，另一方面則能減少構(gòu)件混凝土的水化熱積聚，而且施工停頓間隔可使已澆的混凝土能夠在較小約束下完成部分體積收縮，這些均能降低混凝土的收縮應(yīng)力，對(duì)混凝土的防裂有重要的作用。2、混凝土配合比設(shè)計(jì)沉管預(yù)制時(shí)合理選擇原材料，在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)礦物摻和料，以降低水泥用量；在保證施工

8、可泵性的條件下，盡可能減小水灰比，控制砂石質(zhì)量。通過摻加粉煤灰、聚羧酸高效減水劑的雙摻技術(shù)，進(jìn)行沉管混凝土配合比試驗(yàn)，管段混凝土的配比確定分為正常條件施工配合比和冬季施工配合比確定。大多數(shù)情況下，在調(diào)研的沉管隧道中，混凝土強(qiáng)度等級(jí)最高為c40，但所有的混凝土中都使用了礦物摻和料取代部分水泥，一方面可有效降低混凝土早期的水化溫升，降低混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的概率； 同時(shí)礦物摻和料與水泥水化產(chǎn)物ca（oh）2的水化反應(yīng)，可以提高混凝土的密實(shí)度降低混凝土的滲透性。3、加強(qiáng)混凝土澆筑施工根據(jù)理論計(jì)算分析結(jié)合管段每次混凝土澆注的供應(yīng)量，每節(jié)管段分為5 小段。管段制作時(shí)，先中間后兩端，后澆帶的施工則必須在相鄰小段混凝土澆注時(shí)間41天，且沉降基本穩(wěn)定即連續(xù)7天沉降4、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)對(duì)于大體積箱形混凝土結(jié)構(gòu)施t，其養(yǎng)護(hù)期間的保濕、保溫工作是非常重要的，必須采取有效的養(yǎng)護(hù)措施來保證混凝土質(zhì)量。管段混凝土澆注完畢后12-18小時(shí)內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14天。在管段端頭掛尼龍布擋風(fēng)簾。防止管段內(nèi)面因風(fēng)速過快造成溫度急速下降，使內(nèi)外溫差過大及混凝土水分散發(fā)過快導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；管段頂部及外側(cè)掛上雙層麻袋保溫保濕。結(jié)語：總結(jié)國內(nèi)外沉管隧道混凝土裂縫控制技術(shù)，可通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化配合比，加強(qiáng)混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等措施控制混凝土裂縫。參考文獻(xiàn)：1 陳肇元，崔京浩，朱金銓等