杜彥林

摘 要：通過(guò)對(duì)阿爾及利亞貝佳亞隧道高標(biāo)號(hào)襯砌砼防裂生產(chǎn)性試驗(yàn)，分析高標(biāo)號(hào)、大體積砼襯砌裂縫產(chǎn)生的主要原因，引進(jìn)新型SIKA緩凝型高效減水劑系列產(chǎn)品，有效控制了高標(biāo)號(hào)襯砌砼表面裂縫現(xiàn)象的發(fā)生，為阿爾及利亞貝佳亞隧道以及預(yù)制梁等其他高標(biāo)號(hào)砼抗裂防護(hù)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道 高標(biāo)號(hào) 砼澆筑 質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（c）-0063-02

為保證阿爾及利亞貝佳亞隧道大斷面高標(biāo)號(hào)襯砌砼施工質(zhì)量，防止襯砌砼表面裂縫的產(chǎn)生，根據(jù)前幾年阿爾及利亞?wèn)|西高速公路M3隧道襯砌砼施工經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，特制定了Sidi-Aich隧道襯砌砼施工裂縫預(yù)防施工方案，引進(jìn)了新型的緩凝型高效減水劑產(chǎn)品，有效控制了高標(biāo)號(hào)襯砌砼表面裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。

1 工程概況

阿爾及利亞貝佳亞港口至阿尼夫高速公路連接線(xiàn)全長(zhǎng)100 km，為雙向六車(chē)道高速公路；其中的Sidi-Aich隧道是全線(xiàn)唯一的一座隧道，也是全線(xiàn)的關(guān)鍵性控制工程，為泥灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化地質(zhì)，圍巖地質(zhì)條件比較軟弱，地質(zhì)比較破碎時(shí)采用CRD法+大管棚施工支護(hù)，襯砌采用同心圓鋸齒形結(jié)構(gòu)，襯砌厚度在0.6～1.2 m之間；圍巖地質(zhì)條件轉(zhuǎn)好時(shí)采用CD法或3臺(tái)階法施工支護(hù)，襯砌采用同心圓圓形結(jié)構(gòu)，襯砌厚度為0.6 m。

隧道左線(xiàn)設(shè)計(jì)長(zhǎng)1 691 m，右線(xiàn)設(shè)計(jì)長(zhǎng)1 628 m，單洞合計(jì)總長(zhǎng)3 319 m，開(kāi)挖最大斷面尺寸為173 m2，開(kāi)挖最大跨度17.21 m，最大高度13.11 m，砼襯砌最小斷面半徑尺寸為6.77 m，典型襯砌厚度為0.6 m，每10 m襯砌砼量為224 ～277 m3，砼襯砌為RN40高標(biāo)號(hào)鋼筋砼，砼試配強(qiáng)度必須達(dá)到40 MPa。

2 貝佳亞隧道高標(biāo)號(hào)砼澆筑施工經(jīng)驗(yàn)

2.1 隧道襯砌裂縫產(chǎn)生的原因分析

貝佳亞隧道明洞于2015年7月份開(kāi)始正式澆筑，澆筑后3～20天內(nèi)均出現(xiàn)不同程度的裂縫，襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺(tái)車(chē)、泵送砼施工工藝；但在砼施工過(guò)程中，砼裂縫形成的原因非常復(fù)雜，往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果，而高標(biāo)號(hào)砼溫度應(yīng)力裂縫的控制更是一個(gè)世界性難題。

為了最大可能地減少砼施工過(guò)程中各種裂縫的產(chǎn)生，在施工時(shí)對(duì)其原材料的選用和施工工藝質(zhì)量等各個(gè)方面都進(jìn)行了不斷的研究和改進(jìn)，然而并不能完全得到避免；如在筆者前期參建的阿爾及利亞?wèn)|西高速公路M3隧道施工中，雖然采取了各種不同的施工工藝，有嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系和控制措施，但在砼施工中都不同程度有裂縫的產(chǎn)生；砼襯砌產(chǎn)生的裂縫均在內(nèi)側(cè)表層內(nèi)，雖然未對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，但對(duì)以后襯砌鋼筋的銹蝕保護(hù)有一定影響，不僅影響了美觀，還給工程質(zhì)量留下了隱患，因此，高標(biāo)號(hào)襯砌砼施工中必須采取合理的工程技術(shù)措施，控制和減少砼中裂縫的產(chǎn)生。

2.2 砼溫度應(yīng)力裂縫防裂措施

隧道襯砌砼裂縫類(lèi)型主要有水化熱溫度裂縫、砼干縮裂縫、外荷載作用產(chǎn)生的變形裂縫、施工縫處理不當(dāng)引起的接茬縫等，其中的襯砌砼水化熱溫度應(yīng)力裂縫是引起砼表層開(kāi)裂最主要的原因。砼襯砌溫度裂縫主要是因?yàn)樗嗨^(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，在砼內(nèi)部和表面間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)砼內(nèi)外的約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫；裂縫寬度一般在國(guó)內(nèi)冬季較寬，夏季較窄，熱脹冷縮現(xiàn)象明顯；溫度裂縫的產(chǎn)生與襯砌砼的厚度、水泥及外加劑的品種和用量有關(guān)。為了限制砼水化熱溫升峰值，減小溫度應(yīng)力梯度，砼澆筑溫度一般不能超過(guò)16 ℃。另外，砼襯砌其下表面點(diǎn)和上表面點(diǎn)的溫度歷時(shí)曲線(xiàn)幾乎重合，同一時(shí)刻的內(nèi)外溫差小于0.5 ℃，下表面點(diǎn)的溫度變化差不多和外表面點(diǎn)同步；因此，環(huán)境溫度對(duì)砼溫度的影響很大，不僅影響砼的表面溫度，而且對(duì)砼的內(nèi)部影響也很大，由于阿爾及利亞夏季高溫炎熱，冬季多雨寒冷，早、中、晚溫差相差大，對(duì)砼澆筑時(shí)的溫度控制影響比較大。

3 貝佳亞隧道高標(biāo)號(hào)襯砌砼抗裂防護(hù)施工方案

大體積砼溫控防裂控制，涉及到設(shè)計(jì)、原材料、施工、環(huán)境等諸多因素，為了控制裂縫，應(yīng)著重從控制溫升，延緩降溫速率，減少砼收縮等方面采取措施，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施；這些措施之間是相互聯(lián)系、相互制約的，必須結(jié)合實(shí)際全面考慮合理采用，才能收到良好的效果；為了達(dá)到上述所要求的砼性能，必須采用特殊的外加劑才能滿(mǎn)足砼的要求，在貝佳亞Sidi-Aich隧道襯砌高標(biāo)號(hào)砼進(jìn)行施工配合比設(shè)計(jì)時(shí)，就要充分考慮了砼抗裂性能的要求，砼原材料的選擇盡可能選用能夠提高砼的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸變形能力，減小砼的絕熱溫升、熱強(qiáng)比、線(xiàn)膨脹系數(shù)以及收縮變形，外加劑特別選用了新型的SIKA VISCOCRETE 4H緩凝型高效減水劑進(jìn)行試配，從而達(dá)到抗防裂的目的。

3.1 水泥

主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強(qiáng)兩個(gè)方面的要求，同時(shí)還要求抗凍融性、耐磨性、抗蝕性、強(qiáng)度較高及干縮較小，因此一般采用較高標(biāo)號(hào)的中熱硅酸鹽水泥。

3.2 骨料

粗骨料占砼組成比例為89%以上，因此，砼的熱學(xué)與力學(xué)性能在很大程度上取決于粗骨料的礦物性質(zhì)，優(yōu)先選用熱學(xué)與力學(xué)性能好的骨料是砼溫度控制的治本措施之一。

3.3 外加劑

選用了目前法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)最新的緩凝性高效減水劑CK系列產(chǎn)品，最大限度地減少水泥用量，同時(shí)有效延長(zhǎng)流變時(shí)間，并延緩砼初凝時(shí)間，減少砼水化熱幅度，延長(zhǎng)了砼水化熱時(shí)間，砼表面的溫度應(yīng)力梯度得到很好的控制，從而限制了砼表層溫度應(yīng)力裂縫的發(fā)生。

4 緩凝型高效減水劑SIKA VISCOCRETE 4H產(chǎn)品的主要特性

為棕色液體形狀、每桶裝200 kg、儲(chǔ)存于封閉場(chǎng)所，避免陽(yáng)光直接照射、避免冰凍，適應(yīng)溫度為5 ℃～30 ℃；該產(chǎn)品可冰凍，但經(jīng)過(guò)緩慢地解凍和重新變得均勻之后，可恢復(fù)原來(lái)的固有質(zhì)量；如果在長(zhǎng)時(shí)間、大強(qiáng)度的冰凍后，要確認(rèn)該產(chǎn)品的穩(wěn)定性是否被破壞；產(chǎn)品保質(zhì)期為1年。

能夠提供強(qiáng)大的減水作用，減水率高達(dá)40%，特別優(yōu)良的流動(dòng)性，同時(shí)還具有超強(qiáng)的粘聚性和高度的自密實(shí)性能。具有良好的工作性保持能力，增加早期強(qiáng)度的發(fā)展，改善收縮性能和降低砼的碳化率。具有不同的作用機(jī)理，通過(guò)表面的吸收，對(duì)水泥顆粒和水的電荷排斥和空間阻隔效應(yīng)，能夠暫時(shí)阻擋水化作用，降低了水化熱梯度。

5 質(zhì)量控制

5.1 砼配合比設(shè)計(jì)

由于該工程砼強(qiáng)度采用RN40高標(biāo)號(hào)砼，遵循法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系，根據(jù)NF EN206-1中的換算關(guān)系，RN40相當(dāng)于國(guó)內(nèi)C43的砼強(qiáng)度，如此高強(qiáng)度的砼襯砌在國(guó)內(nèi)并不多見(jiàn)；而且加上市場(chǎng)條件限制，經(jīng)分析采用了LAFARAGE CPJ-CEMⅡ/B 42.5水泥，細(xì)度模數(shù)2.2%、初凝時(shí)間2 h38 min、終凝時(shí)間3 h8 min、7天強(qiáng)度45.6 MPa、28天強(qiáng)度54.4 MPa；因當(dāng)?shù)厝狈?xì)度模數(shù)適宜的中砂，采用SOUMMAME鎮(zhèn)或AKBOU鎮(zhèn)的水洗砂；碎石采用EURL、CARRIERE、KEROUANI和ABDELLAH等多種粒徑的高強(qiáng)度碎石；該次試配分別設(shè)計(jì)了3個(gè)不同水灰比的配比，根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)的結(jié)果，優(yōu)選出一個(gè)最經(jīng)濟(jì)合理的配比作為施工配合比。

5.2 砼澆筑工藝控制措施

為了避開(kāi)夏季中午高溫階段澆筑砼，宜在夜間低溫階段澆筑，根據(jù)砼一次澆筑工程量，配置了相應(yīng)的砼供應(yīng)設(shè)備和泵送澆筑設(shè)備，確保在下午16點(diǎn)至第二天中午12點(diǎn)之間完成澆筑。

由于聚羧酸類(lèi)減水劑有時(shí)易使砼出現(xiàn)“假凝”現(xiàn)象，即在已澆筑砼表面快速形成一層硬殼，實(shí)際內(nèi)部砼并未凝固，從而影響砼表面施工成型；因此，要求每次振搗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)（約30 s即可）。

5.3 現(xiàn)澆襯砌砼溫度控制措施

嚴(yán)格控制上述溫度限定值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們將溫度監(jiān)控的重點(diǎn)放在砼澆筑后1～7天（即升溫階段）內(nèi)，每2h測(cè)溫一次；降溫階段每6 h測(cè)一次（降溫速率2.5 ℃），待內(nèi)外溫差穩(wěn)定在20 ℃時(shí)停止測(cè)溫；同時(shí)測(cè)量大氣溫度，計(jì)算砼內(nèi)外溫差；采用JDC-2電子測(cè)溫儀對(duì)襯砌兩端上、中、下3個(gè)位置分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)來(lái)進(jìn)行砼溫度監(jiān)控，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)砼表面及內(nèi)部?jī)蓚€(gè)溫度，監(jiān)測(cè)溫度發(fā)生異常時(shí)及時(shí)采取灑水降溫防護(hù)處理；通過(guò)對(duì)貝佳亞隧道明洞襯砌施工測(cè)溫監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，同一階段的溫度內(nèi)外溫差控制在25 ℃以?xún)?nèi)時(shí)砼表面沒(méi)有出現(xiàn)溫度裂縫。

5.4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

采用了新型緩凝型高效減水劑，襯砌砼澆筑施工時(shí)的環(huán)境溫度相對(duì)要控制寬松一些，外界最高溫度控制在35 ℃以?xún)?nèi)皆可進(jìn)行砼澆筑施工，如果施工采取加冰降溫措施后，外界環(huán)境溫度可以達(dá)到38 ℃以上。采用了新型緩凝型高效減水劑，在夏季高溫天氣，襯砌砼的初凝時(shí)間可以達(dá)到8～12 h，終凝時(shí)間經(jīng)過(guò)貫入阻力儀試驗(yàn)檢測(cè)最長(zhǎng)時(shí)間可以達(dá)到24 h以上。砼初凝時(shí)間延長(zhǎng)，隧道襯砌臺(tái)車(chē)加工制造時(shí)，一定要考慮隧道襯砌大體積砼的每板自重在內(nèi)，襯砌臺(tái)車(chē)的承載力強(qiáng)度和剛度要進(jìn)一步加強(qiáng)，確保臺(tái)車(chē)模板在施工過(guò)程中不變形移位。盡量保持襯砌臺(tái)車(chē)兩端對(duì)稱(chēng)澆筑砼施工，最好采用兩臺(tái)輸送泵同時(shí)澆筑砼，確保臺(tái)車(chē)的整體穩(wěn)定。采用了新型緩凝型高效減水劑，襯砌砼入模后的流動(dòng)度相對(duì)要好，而且自密性能比較好，減少砼振搗也可以確保砼的密實(shí)度和外觀質(zhì)量，特別適合隧道襯砌施工。在砼施工結(jié)束后襯砌臺(tái)車(chē)模板的拆除要相應(yīng)延長(zhǎng)，避免出現(xiàn)臺(tái)車(chē)拆除過(guò)早，襯砌砼由于自重下沉造成砼結(jié)構(gòu)性開(kāi)裂；如果臺(tái)車(chē)拆除過(guò)晚，可能會(huì)造成襯砌臺(tái)車(chē)拆模困難；根據(jù)砼試件強(qiáng)度檢測(cè)測(cè)定，一般在48 h以后才能拆模。襯砌臺(tái)車(chē)拆模后的砼表面灑水降溫保養(yǎng)防護(hù)措施必須堅(jiān)持達(dá)到7天以上才可以結(jié)束，以確保水化熱溫度內(nèi)外溫差在25 ℃范圍以?xún)?nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)襯砌臺(tái)車(chē)拆模后檢查，襯砌表面的砼密實(shí)，砼表面外觀未出現(xiàn)任何可見(jiàn)裂縫，通過(guò)外加劑的選用和配合比的設(shè)計(jì)以及施工工藝質(zhì)量的控制，襯砌施工抗裂防護(hù)整體控制成功。對(duì)照東西高速公路M3隧道通車(chē)后不間斷對(duì)襯砌裂縫的修補(bǔ)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，采用隧道襯砌抗裂防護(hù)施工技術(shù)極大地減少了貝佳亞項(xiàng)目施工成本的投入。

參考文獻(xiàn)

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