黃文慧，李子杰

（1、中交四航局第二工程有限公司 廣州510230；2、中交第四航務(wù)工程局有限公司 廣州510290）

1 工程概況

港珠澳大橋一橋飛架三地，使粵港澳三地之間的各項交往更加頻繁、便捷，全橋長達(dá)55 km，是集橋、島、隧為一體的大型跨海通道［1］。這座將要使用120年的跨海大橋最關(guān)鍵之處就在于沉管隧道，是我國基建史上技術(shù)最復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)最高、體量最大的沉管隧道，是我國沉管隧道建設(shè)新的里程碑，同時它也處在目前世界上沉管隧道綜合難度排行榜的前列［2-5］。

港珠澳大橋的沉管隧道部分總長5.664 km，由33節(jié)沉管拼接而成，其橫斷面為兩孔一管廊形式，斷面高度為11.4 m、寬度為37.95 m、最大厚度為1.7 m，由8個22.5 m的節(jié)段組成180 m長的標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，對沉管選用強(qiáng)度為C45的混凝土進(jìn)行澆筑，采用自防水設(shè)計，沉管結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

沉管全部由工廠化預(yù)制的方式生產(chǎn)，按特有的流水生產(chǎn)線布置施工工藝［6］，所有的沉管預(yù)制相關(guān)工序均可在生產(chǎn)車間全天候持續(xù)進(jìn)行，與其他同類工廠相比，其預(yù)制工藝體現(xiàn)出以下幾個特點：

圖1 預(yù)制沉管結(jié)構(gòu)斷面Fig.1 Prefabricated Immersed Tube Cross Section

⑴ 沉管的橫斷面為雙孔單管廊，其具有約束復(fù)雜、斷面面積大的顯著特征，進(jìn)而增加了把控沉管裂隙的難度。

⑵ 沉管澆筑選用泵送工藝進(jìn)行全斷面澆筑，單次不間斷作業(yè)澆筑混凝土方量高達(dá)3 413 m3，具有單次澆筑方量大、澆筑設(shè)備及人員多、單次澆筑持續(xù)時間長的特點，對整個澆筑過程的作業(yè)人員工作狀態(tài)、澆筑外部環(huán)境、振搗提出了高要求。

⑶ 沉管的一個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段所需鋼筋用量約為1 100 t，且鋼筋最小凈距約60 mm，具備高密集鋼筋網(wǎng)的特征，這就要求澆筑的混凝土具有良好的和易性以及確保混凝土在振搗過程中無盲區(qū)，保證混凝土在沉管的鋼筋密集處的振搗質(zhì)量。

2 混凝土澆筑溫度控制

2.1 控制混凝土生產(chǎn)溫度

⑴ 控制混凝土原料進(jìn)場溫度。通過與混凝土原料生產(chǎn)廠家簽署相關(guān)約束合同，嚴(yán)格把關(guān)入場膠凝材料的溫度，其中水泥進(jìn)場溫度不超過60℃、粉煤灰不超過40 ℃、礦粉不超過50 ℃［7］。

⑵ 延長混凝土原料存放時間?，F(xiàn)場針對低熱、低收縮混凝土膠凝材料系統(tǒng)構(gòu)成，水泥、粉煤灰與礦粉各裝置2個800 t中轉(zhuǎn)儲蓄倉，另外在混凝土拌合區(qū)域裝置8個500 t水泥儲料灌，通過中間存儲倉與儲料罐之間的轉(zhuǎn)運(yùn)、倒倉，延長原材料的存放時間。并在儲蓄倉與儲料罐的外壁涂刷白色涂料，如圖2所示。高溫天氣時，對儲蓄倉采用噴水淋灑，起到降溫的效果。

圖2 中間存儲倉降溫Fig.2 The Middle Cooling Storage Storehouse

⑶ 降低混凝土原料堆場區(qū)溫度。在砂、石料堆場區(qū)，設(shè)置噴霧系統(tǒng)，結(jié)合天氣情況，對砂、石料堆場進(jìn)行不同頻率的噴霧降溫。

⑷ 降低原材料上料溫度。原材料上料通道，設(shè)置遮陽、遮雨棚，減少上料過程陽光、雨水的影響。優(yōu)化上料通道調(diào)整通道寬度、角度，使上料過程中的摩擦生熱降低。

⑸ 控制混凝土出機(jī)溫度。在混凝土開始拌合之前，將制冰機(jī)組提早制備好的冷卻水存于恒溫水池使水溫＜5℃；將提前生產(chǎn)好的碎冰存于溫度＜-8℃的冰庫中，碎冰經(jīng)由外覆隔熱層的水平螺旋運(yùn)輸機(jī)送至攪拌系統(tǒng)中，以達(dá)到控制混凝土出機(jī)溫度的目標(biāo)，如圖3所示。

2.2 混凝土運(yùn)輸過程溫度控制

混凝土出站之后運(yùn)到預(yù)制廠房側(cè)門處的放料點，車內(nèi)混凝土放料至拖泵中由拖泵泵送至混凝土澆筑現(xiàn)場。在混凝土的運(yùn)輸過程中，陽光直曬、摩擦生熱以及空氣對流等因素都會不同程度導(dǎo)致到達(dá)澆筑現(xiàn)場的混凝土較出機(jī)時溫度有所升高，其主要控制措施有：

⑴ 攪拌車加保溫布。攪拌車罐體表面包一層吸水布，運(yùn)輸途中不斷噴水，削弱罐體因日光照射而產(chǎn)生的溫度升高現(xiàn)象，如圖4所示。

圖3 制冰機(jī)Fig.3 The Ice Maker

圖4 攪拌車加保溫布Fig.4 The Mixers with Insulation Cloth

⑵ 設(shè)置遮陽棚。在拖泵處，搭設(shè)固定的遮陽、遮雨棚，防止混凝土從攪拌車下料至拖泵時，陽光照射、雨水進(jìn)入，影響混凝土溫度及含水率。

⑶ 管道保溫。露天泵管固定后用經(jīng)過定型加工的海綿進(jìn)行外部包裹用以吸收水分，防止在日光暴曬的情況下泵管內(nèi)溫度過度升高，在澆筑狀態(tài)時，間接對泵管進(jìn)行噴水處理，用以削弱混凝土在泵送過程中所產(chǎn)生的摩擦升溫現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 管道保溫Fig.5 Pipe Insulation

⑷ 優(yōu)化管路。減少泵送管路泵管彎頭數(shù)量，盡量布置直線管路，降低混凝土在管內(nèi)的摩擦溫度。

3 混凝土澆筑方法控制

3.1 澆筑順序

根據(jù)模板設(shè)計受力標(biāo)準(zhǔn)，澆筑混凝土的順序按照先中隔墻后側(cè)墻進(jìn)行，斷面上按先中間后兩側(cè)進(jìn)行，沉管節(jié)段的澆筑截面共劃為4個區(qū)域進(jìn)行，縱向則按由遠(yuǎn)及近逐層推進(jìn)；斷面橫向按照：Ⅰ區(qū)?Ⅱ區(qū)?Ⅲ區(qū)?Ⅳ區(qū)順序進(jìn)行布料澆筑。其中Ⅰ區(qū)為底板澆筑；Ⅱ區(qū)為墻體下部及底板上部；Ⅲ區(qū)為墻體上部；Ⅳ區(qū)為頂板，詳細(xì)的澆筑分區(qū)如圖6所示。

圖6 澆筑分區(qū)Fig.6 Casting Partition

3.2 人員管理

在混凝土澆筑過程中，人員的作業(yè)水平是保證混凝土澆筑質(zhì)量的最主要因素，有效加強(qiáng)人員的管控以及提高現(xiàn)場振搗人員的整體振搗水平，對提高沉管混凝土澆筑質(zhì)量至關(guān)重要，其措施有：

⑴ 制定振搗班組準(zhǔn)入制度。明確了振搗人員的主要工作內(nèi)容及要求、任職資格及條件、工作權(quán)限等內(nèi)容，保障現(xiàn)場作業(yè)人員的綜合素質(zhì)。

⑵ 加強(qiáng)對振搗人員的培訓(xùn)教育和交底。通過會議室理論及現(xiàn)場實操考核，階段性進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)化培訓(xùn)不斷提升振搗人員的振搗水平，如圖7所示。

圖7 人員交底Fig.7 Personnel Clarificaiton

⑶ 按區(qū)域劃分責(zé)任制，明確作業(yè)人員質(zhì)量責(zé)任。明確各個部位的振搗人員，在混凝土澆筑完成后，根據(jù)混凝土外觀質(zhì)量，按區(qū)域?qū)φ駬v人員實行獎罰、教育制度，對班組長加強(qiáng)職務(wù)考核力度。

⑷ 安排管理人員現(xiàn)場標(biāo)識振搗點，澆筑過程，對振搗人員振搗時間、振搗間距、分層布料等進(jìn)行記錄、登記，重點關(guān)鍵部位，安排全程跟蹤監(jiān)督，如圖8所示。

3.3 下料點設(shè)置

縱向長度過大，為確?；炷料铝系木鶆颍瑐?cè)墻和中隔墻下料點縱向每2.5 m設(shè)置1個，采用定點布設(shè)長10 m的拆卸式串筒，串筒隨著混凝土面升高而逐節(jié)拆卸，確保混凝土的自由下落高度小于2 m。

圖8 振搗點標(biāo)識Fig.8 Vibrating Point Identification

底板和頂板混凝土澆筑時，底板腔內(nèi)的布料機(jī)及頂板移動式布料機(jī)可全覆蓋，將混凝土直接輸送至澆筑位置，安排熟練的專職布料工人引導(dǎo)布料機(jī)布料。

3.4 振搗通道

沉管配筋率大，特別是墻體受剪力區(qū)及預(yù)留、預(yù)埋區(qū)域更是振搗困難區(qū)域，若振搗人員不能接近這些區(qū)域，則會形成振搗盲區(qū)，不能保證振搗密實，為此，在墻體及鋼筋密度高的區(qū)域設(shè)置振搗通道以及選用專用振搗引導(dǎo)器。

⑴ 考慮到墻體結(jié)構(gòu)受力的影響，在距離底板4.5 m的位置設(shè)置縱向振搗通道，并在每個縱向振搗通道的底部，設(shè)置12個1 m×1.5 m豎向振搗通道，如圖9所示。

⑵ 在剪力鍵、端模中埋式止水帶附近，采用4個5 cm寬的扁鐵與10 cm鋼圓圈焊接而成的專用振搗通道，在倒角位置，按1 m的間距設(shè)置70 mm×50 mm×2 m的角鋼進(jìn)行引棒。

3.5 振搗器的選擇

沉管預(yù)制，基本采用插入式振搗器，個別位置輔助采用外置振搗器，目前國內(nèi)插入式振搗器多以直徑φ50 mm和φ70 mm為主，但受限于國內(nèi)振搗器有效振搗半徑過小、振動頻率過低的影響，在大截面、鋼筋密集、結(jié)構(gòu)厚、混凝土使用壽命要求高的沉管中，多采用進(jìn)口振搗棒，兩者參數(shù)對比如表1所示。

圖9 振搗通道設(shè)置Fig.9 Vibrating Channels Set

表1 國產(chǎn)與進(jìn)口振搗器參數(shù)對比Tab.1 Domestic and Imported Vibrator Parameter Comparison

3.6 混凝土的搗實

⑴ 混凝土在端部的振搗間距，主要通過在端部標(biāo)示的振搗點，中間部位的間距控制，以鋼筋間距作為控制點，墻體內(nèi)的振搗間距，除按鋼筋間距控制外，安排專人進(jìn)入鋼筋籠內(nèi)全程跟蹤。

⑵ 混凝土分層澆筑和振搗，確保每個振搗點的振搗時間在15～30 s，做到快插慢拔。振搗時把控好棒頭插入混凝土的跨距和深淺，振搗棒的有效作用半徑約為35 cm，過程中振搗棒挪動的距離應(yīng)≤52.5 cm。振搗高一層混凝土要在低一層混凝土初凝之前進(jìn)行，且進(jìn)入下層深度控制在5～10 cm，如圖10所示。

圖10 振搗半徑Fig.10 Vibrating Radius

⑶ 通過在現(xiàn)場設(shè)置時鐘，控制每個下料點的下料時間，從而更加準(zhǔn)確地控制墻體內(nèi)的分層厚度。

⑷ 人員振搗過程中，通過定期的現(xiàn)場振搗測試，判斷和檢驗振搗人員的水平，不斷進(jìn)行改進(jìn)、提高，并實行定人定崗，誰振搗，誰負(fù)責(zé)，采取可追溯性制度，從而更好地提高振搗人員的責(zé)任心。振搗過程，采用前面、后面跟隨振搗，根據(jù)振搗半徑采用一字排開的方式，避免漏振，如圖11所示。

⑸ 振搗模板和預(yù)應(yīng)力管道附近的混凝土?xí)r，既要保證振搗到位，又不得碰撞模板、管道、預(yù)埋件和鋼筋。

⑹ 側(cè)墻和中隔墻混凝土澆筑時，及時對人孔位置的鋼筋進(jìn)行同類鋼筋綁扎搭接接頭修復(fù)，確保鋼筋數(shù)量和安裝質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計要求；特殊位置處（如剪力鍵位置、倒角位置等）需加強(qiáng)混凝土的振搗。

4 澆筑環(huán)境控制

圖11 現(xiàn)場振搗示意圖Fig.11 Field Vibrating Schematic

混凝土在澆筑過程中，受澆筑方量大的影響，單次澆筑時間達(dá)34 h，夏天澆筑時，澆筑環(huán)境溫度過高，進(jìn)一步影響工人的振搗效果，尤其是墻體鋼筋籠內(nèi)，鋼筋密集、空間狹小，人員移動又頻率，更易受澆筑環(huán)境的影響［8-10］。

傳統(tǒng)澆筑過程，常采用鼓風(fēng)機(jī)對墻體進(jìn)行降溫，但鼓風(fēng)機(jī)只能達(dá)到送風(fēng)的效果，無法進(jìn)行高效降溫，且墻體高度過高，鼓風(fēng)機(jī)難以將風(fēng)送到底部的區(qū)域［11］。為此采用空調(diào)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫，空調(diào)冷風(fēng)機(jī)通過風(fēng)管將冷風(fēng)送至墻體內(nèi)，降低鋼筋籠內(nèi)環(huán)境溫度，從而大大改善澆筑環(huán)境。

5 混凝土養(yǎng)護(hù)

沉管混凝土在拆模之前用土工布覆蓋24 h蓄水養(yǎng)護(hù)，拆模之后采用養(yǎng)護(hù)棚+噴霧系統(tǒng)恒濕進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保濕度滿足設(shè)計要求。

⑴ 沉管底模脫模后，在澆筑區(qū)未頂推前，底板采用活動式噴霧系統(tǒng)，伸到底板與底模區(qū)進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)。頂推出澆筑后，通過養(yǎng)護(hù)棚噴霧系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)，沉管外側(cè)、內(nèi)廊道均設(shè)置噴霧系統(tǒng)，定時、自動開關(guān)，控制養(yǎng)護(hù)區(qū)相對濕度環(huán)境大于90%。

⑵ 通過對拆模之后沉管溫度的監(jiān)測，及時改進(jìn)養(yǎng)護(hù)方法，確保內(nèi)表溫差不超過25℃。

6 結(jié)語

本文從控制混凝土澆筑溫度、振搗通道設(shè)置及養(yǎng)護(hù)等方面，對混凝土澆筑過程的質(zhì)量控制進(jìn)行簡單闡述。目前隨著跨江跨海隧道發(fā)展，大截面、大體積的鋼筋混凝土沉管越來越被人們所選用，而混凝土的澆筑質(zhì)量對于沉管混凝土的抗?jié)B、抗裂以及使用壽命均起到至關(guān)重要的作用。本文對混凝土澆筑質(zhì)量的控制方法，能為后續(xù)大型沉管預(yù)制提供參考和借鑒。