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(xiàn)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(shè)置1道變形縫?，F(xiàn)澆暗埋段結(jié)構(gòu)采用單箱雙室管廊箱型或單箱四室管廊箱型結(jié)構(gòu)形式。CE1分段和沉管隧道相接，斷面從沉管標(biāo)準(zhǔn)斷面過渡至現(xiàn)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(fù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shù)

該工程為外?，F(xiàn)澆隧道結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。由于結(jié)構(gòu)防水要求極高，自防水抗?jié)B等級要求達(dá)到10級。結(jié)構(gòu)耐久性要求高，設(shè)計使用年限為120 a，因此對結(jié)構(gòu)控裂提出了十分苛刻的要求。主要采取以下防裂技術(shù)措施[1-2]。

2.1 減小混凝土間約束

1）合理設(shè)置施工縫?，F(xiàn)澆暗埋段主體結(jié)構(gòu)施工前進(jìn)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(cè)墻高2.5m，一面?zhèn)葔?.5m，一面?zhèn)葔?.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(jìn)行應(yīng)變監(jiān)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(nèi)進(jìn)行溫度監(jiān)測，同期進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測。

最終根據(jù)模型試驗的應(yīng)變測試結(jié)果分析得出，常規(guī)分3次澆筑工藝的應(yīng)變最大，澆筑間隔28 d的應(yīng)變次之，另外應(yīng)變測試受溫度、天氣、外力、養(yǎng)護(hù)、鋼筋等諸多因素影響較大，因此數(shù)據(jù)規(guī)律性和對比性并不十分顯著。所以根據(jù)前期模型試驗結(jié)果，確定了在水平方向設(shè)置施工縫，以減小應(yīng)變。每個結(jié)構(gòu)段從豎向上分3次進(jìn)行澆筑，第1次澆筑為底板和墻身（高8.9m），水平分縫位于結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jù)應(yīng)變測試結(jié)果，第1次澆筑的混凝土對新澆筑的混凝土產(chǎn)生較大約束，易產(chǎn)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(chǎn)生。

從測試數(shù)據(jù)可以看出：

①中墻倒角處應(yīng)變與側(cè)墻倒角處應(yīng)變相當(dāng)，5 d達(dá)到60～65微應(yīng)變，其后變化很小。

②早期混凝土的應(yīng)變主要受大體積混凝土降溫影響，中間與邊緣位置的應(yīng)變相當(dāng)，長度方向7 d之內(nèi)為30～40微應(yīng)變之間，中間略大，7 d以后邊緣繼續(xù)收縮，越靠近邊緣應(yīng)變越大，15 d達(dá)到63微應(yīng)變。

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

二次澆筑不同步應(yīng)變，從測試數(shù)據(jù)中看出中間截面不同步應(yīng)變最大為28微應(yīng)變，而邊緣上不同步應(yīng)變最大為31微應(yīng)變。

2.2 溫控措施

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的因素多種多樣，應(yīng)變裂縫、結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格等均會產(chǎn)生裂縫，但是由于內(nèi)外溫差過大引起裂縫是大體積混凝土產(chǎn)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(nèi)，可通過控制混凝土的出機(jī)溫度來控制入模溫度。

各種原材料對混凝土出機(jī)溫度影響：石子溫度影響最大，砂和水溫度次之，水泥溫度影響相對較小[3]。因此，降低混凝土出機(jī)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(shè)置圍墻，頂部設(shè)置遮陽棚，蓄水池設(shè)遮陽棚。另外，配備冷水機(jī)1臺，冷水產(chǎn)量4 t/h。

2）混凝土運(yùn)輸溫控

在混凝土運(yùn)輸和泵送環(huán)節(jié)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(jìn)行隔熱。夏季施工盡量避開下午高溫時澆灌混凝土。

3）循環(huán)冷卻水降溫及溫測

通過溫度應(yīng)力仿真分析計算，裂縫主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中心的最高溫度，從而達(dá)到降低內(nèi)外溫差的目的。

①冷卻水管布置

根據(jù)規(guī)范規(guī)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(cè)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(huán)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(jìn)行測溫，控制冷卻水的進(jìn)水溫度?；炷翝仓礁采w冷卻水管時即開始通水，水流量保持最大，后續(xù)流量調(diào)節(jié)根據(jù)測溫情況進(jìn)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(yǎng)護(hù)

從測試中發(fā)現(xiàn)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(yǎng)護(hù)是控溫的有效措施。

4）采用推移式連續(xù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)冷縫，形成滲水通道。

2.3 養(yǎng)護(hù)措施

混凝土養(yǎng)護(hù)主要作用是保溫、保濕。保溫可以降低混凝土內(nèi)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(jìn)行，從而減少裂縫的產(chǎn)生。另外也起到保護(hù)混凝土的作用，如雨水沖淋、溫度驟降等?；炷琉B(yǎng)護(hù)工作對混凝土強(qiáng)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(yǎng)護(hù)工作。

本工程主要養(yǎng)護(hù)措施有：

1） 覆蓋養(yǎng)護(hù)

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(jìn)行灑水自然養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)用水溫度與表面混凝土的溫差不得大于15℃。灑水次數(shù)以保持混凝土表面充分潮濕為準(zhǔn)。

2） 涂養(yǎng)護(hù)液

由于側(cè)墻和中隔墻長度較長且高度很高，加之海上風(fēng)速較大，不適宜采用包裹塑料薄膜的方式保濕養(yǎng)護(hù)。因此，側(cè)墻及中隔墻混凝土采取噴涂養(yǎng)護(hù)液的方式養(yǎng)護(hù)，即在模板拆除后立即噴涂養(yǎng)護(hù)液，養(yǎng)護(hù)液噴涂要均勻，不得出現(xiàn)漏涂現(xiàn)象。噴涂養(yǎng)護(hù)液一段時間后，再噴涂1次以保證養(yǎng)護(hù)效果。養(yǎng)護(hù)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(xiàn)澆暗埋段CE1-1節(jié)段長度為12.5m范圍內(nèi)產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行統(tǒng)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(cè)墻高度為8.9m，第1次澆筑的混凝土均未產(chǎn)生裂縫。第2次澆筑高度為3.3 m的南、北側(cè)墻共出現(xiàn)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(xiàn)澆暗埋段CE1-1側(cè)墻全高12.2m，南、北側(cè)墻長度共計為25m范圍內(nèi)只在頂板施工縫處出現(xiàn)少量裂縫，證實(shí)了合理設(shè)置施工縫對防裂、控裂的關(guān)鍵性和有效性，并通過其他防裂措施有效減少東人工島現(xiàn)澆暗埋段結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生，達(dá)到了預(yù)期的防裂效果，在大體積混凝土的防裂方面取得較大的進(jìn)展。

4 結(jié)語

港珠澳大橋東人工島現(xiàn)澆暗埋段大體積混凝土結(jié)構(gòu)為減少裂縫產(chǎn)生采取了一系列的防裂措施，達(dá)到了預(yù)期效果，其混凝土原材料、施工縫的設(shè)置、溫度控制措施、養(yǎng)護(hù)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(chǎn)業(yè)，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(shè)，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.