李 嘉，劉 偉，陳歡愛(ài)

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

滲漏水問(wèn)題是隧道工程病害的主要形式，已有的研究表明，在沒(méi)有裂縫產(chǎn)生的情況下，普通C30強(qiáng)度等級(jí)以上的混凝土的抗?jié)B能力完全可以滿足其自身剛性防水的需求[1-4]。然而，一旦隧道混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫，尤其是貫穿裂縫的產(chǎn)生，將形成良好的滲漏水傳輸通道，混凝土的滲透性隨著裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展而急劇增加[5-9]。

因此，控制混凝土裂縫是提升隧道結(jié)構(gòu)防水性能的關(guān)鍵。本文以富春灣大道（一期）工程EPC項(xiàng)目為依托，針對(duì)大體積混凝土澆筑過(guò)程中裂縫發(fā)展的問(wèn)題開展研究，提出長(zhǎng)距離箱型隧道混凝土抗裂復(fù)合控制技術(shù)，以確保隧道混凝土的施工質(zhì)量。

1 工程概況

富春灣大道（一期）工程，項(xiàng)目起點(diǎn)位于富春灣大道與學(xué)院路交叉口，終點(diǎn)位于富春灣大道與經(jīng)緯路交叉口，江南大道隧道主體結(jié)構(gòu)包括一條主線隧道、4條匝道及地下附屬結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)2.98km，設(shè)計(jì)混凝土方量為39萬(wàn)方。其中最大方量混凝土結(jié)構(gòu)為K7230-K7270段底板，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)40m，寬47.9m，板厚1.3m，一次澆筑到下腋角上30cm，澆筑方量達(dá)2700m3。

混凝土抗裂控制存在如下難點(diǎn)。

（1）本工程采用水泥細(xì)度為364～392m2/kg，堿含量為0.51%～0.67%，C3S含量為40%～50%，C3A含量為6.1%～7.4%，水泥細(xì)度和出廠溫度較高，水化放熱較為集中，混凝土存在溫度增大值高、溫度下降速率快的特點(diǎn)。

（2）攪拌站攪拌站溫控較難入模溫度和環(huán)境溫度增大，開裂風(fēng)險(xiǎn)增加，不同季節(jié)開裂風(fēng)險(xiǎn)存在顯著差別，對(duì)于底板和頂板等存在大面積暴露的結(jié)構(gòu)，塑性開裂的問(wèn)題較為突出。

（3）本工程底板-側(cè)墻-頂板分次澆筑，側(cè)墻厚度大（1.0m），且受老混凝土外約束大，側(cè)墻散熱差，急劇的溫升溫降，將在混凝土中產(chǎn)生溫度收縮變形，同時(shí)與混凝土硬化的自收縮變形相疊加，導(dǎo)致混凝土中收縮裂縫的產(chǎn)生。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文以開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)≥0.7作為混凝土開裂的控制指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)采用具有升溫、降溫、自動(dòng)補(bǔ)水和停止補(bǔ)水的混凝土拌和用水溫控制系統(tǒng)，形成了長(zhǎng)距離箱型隧道混凝土抗裂復(fù)合控制技術(shù)，有效緩解了混凝土表層變干和塑性開裂，確保了混凝土的施工質(zhì)量。

2 技術(shù)原理

隧道主體結(jié)構(gòu)屬超長(zhǎng)強(qiáng)約束大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于水泥產(chǎn)生的水化熱難以及時(shí)消散，使得混凝土內(nèi)部的溫度升高速率較快，內(nèi)外溫差將引起混凝土體積的不均勻變化，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度收縮裂縫。以開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)[其中，σ（t）為t時(shí)刻的混凝土最大拉應(yīng)力，ft（t）為t時(shí)刻的混凝土抗拉強(qiáng)度]，通過(guò)控制任意時(shí)刻混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)η小于閾值，如控制η≤0.7時(shí)，可基本避免收縮開裂。以降低水泥水化熱的釋放總量和削弱溫峰為目標(biāo)，可降低膠材用量、提高摻合料用量、添加具有降低早期水化放熱速率和膨脹補(bǔ)償收縮雙重功效的抗裂功能材料，形成混凝土優(yōu)化配比；以調(diào)控水化放熱歷程和全過(guò)程補(bǔ)償收縮為目標(biāo)，可合理控制混凝土的入模溫度，研發(fā)混凝土拌和用水溫控系統(tǒng)；以降低水分蒸發(fā)、抑制表層變干及塑性開裂為目標(biāo)，可采用分段長(zhǎng)度、保溫保濕養(yǎng)護(hù)技術(shù)。在混凝土澆筑階段，通過(guò)在箱型隧道底板關(guān)鍵點(diǎn)埋設(shè)毛細(xì)管負(fù)壓，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土底板的塑性開裂風(fēng)險(xiǎn)：通過(guò)預(yù)留長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)預(yù)埋傳感器，實(shí)現(xiàn)隧道混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)階段溫度與應(yīng)變歷程的長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)診斷預(yù)警及數(shù)據(jù)查詢，避免開裂。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 隧道主體結(jié)構(gòu)分段

主體結(jié)構(gòu)混凝土施工順序如下：從兩端到中間、豎向分層、水平分段、逐層由下往上平行順作，目的是為了降低各個(gè)工序之間的相互影響，避免混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生，以確保施工質(zhì)量。區(qū)段分3次進(jìn)行澆筑，共設(shè)置2道水平施工縫，具體劃分如圖1所示。第一次澆筑底縱梁、底板至底板腋腳上30cm；第二次澆筑中立柱、側(cè)墻、中隔墻至頂板腋腳下30cm；第三次澆筑頂板、頂縱梁完成。

3.2 模板制作與安裝

隧道底板在素混凝土墊層施作防水層之后作為底模，側(cè)模安裝施工順序如下：鋼筋綁扎→清理施工縫→施工縫防水處理→側(cè)墻模板拼裝→安裝側(cè)模橫、豎背楞→模板調(diào)整→加固。頂模安裝施工順序：搭設(shè)支架→安裝橫縱木楞→調(diào)整板下皮標(biāo)高并起拱→鋪設(shè)模板→檢查模板上皮標(biāo)高、平整度。支架采用盤扣式滿堂鋼管架做支架，滿堂架四邊及中間沿縱、橫向全高全長(zhǎng)從兩端開始，每隔五跨立桿設(shè)置一道剪刀撐。

3.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

基于混凝土早期收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算評(píng)估結(jié)果，并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，提出了的混凝土優(yōu)化配比方案（表1），降低了膠材用量，提高了摻合料用量，通過(guò)使用抗裂功能材料（抗裂劑）等實(shí)現(xiàn)抗裂混凝土所要求的絕熱溫升與自生體積變形性能要求。

表1 試驗(yàn)配合比（質(zhì)量比）

3.4 混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸

開盤前應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)定粗、細(xì)骨料的含水率，并在試驗(yàn)室采用現(xiàn)場(chǎng)原材料對(duì)混凝土配合比預(yù)先進(jìn)行試拌，以驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)原材料的質(zhì)量穩(wěn)定性，根據(jù)實(shí)測(cè)含水率將混凝土理論配合比換算成施工配合比。為確?；炷涟韬纤疁囟鹊挠行Э刂?，研發(fā)了由水箱、加熱機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)構(gòu)成的具有升溫、降溫、自動(dòng)補(bǔ)水和停止補(bǔ)水功能的混凝土拌和用水溫控制系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 混凝土拌和用水溫控制系統(tǒng)

混凝土運(yùn)輸應(yīng)采用混凝土攪拌車，攪拌車的攪拌罐應(yīng)有保溫或隔熱措施。運(yùn)輸時(shí)間不宜大于60min，坍落度損失應(yīng)控制在允許值內(nèi)，以保證混凝土入模坍落度及其灌注的連續(xù)性。

3.5 混凝土入模溫度控制

高溫季節(jié)施工時(shí)，混凝土入模溫度控制的主要措施包括原材料降溫、加冰拌合、運(yùn)輸過(guò)程中的保溫、合理的澆筑時(shí)間選取等。當(dāng)其中某項(xiàng)溫度較難控制時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相關(guān)措施加強(qiáng)溫度控制，以滿足入模溫度控制要求。

采取制冰機(jī)或碎冰機(jī)制取冰片，使用片冰代替部分拌合用水加入攪拌機(jī)，單方混凝土片冰用量不宜少于40kg，可根據(jù)氣溫及混凝土入模溫度實(shí)測(cè)結(jié)果調(diào)整加冰量。

3.6 混凝土分層、分段澆筑與振搗

混凝土澆筑采用大斜面分層踏步式推進(jìn)的方式，斜面分層厚度為500mm，澆筑順序?yàn)椋簭囊欢讼蛄硪欢?，以同一坡度一次到頂由下而上的向前連續(xù)澆筑。該方法具有施工面小，混凝土供應(yīng)強(qiáng)度低；施工面相對(duì)穩(wěn)定，泵送設(shè)施不需反復(fù)裝拆和變位等優(yōu)點(diǎn)，能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免泵管經(jīng)常拆除沖洗和接長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)混凝土澆筑采用汽車泵泵送混凝土入倉(cāng)，沿隧道主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)同步澆筑，部分結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處采用人工添送混凝土入倉(cāng)。結(jié)構(gòu)板混凝土采用分層、分塊連續(xù)澆筑。側(cè)墻采用分層對(duì)稱澆筑，每次入倉(cāng)高度不得超過(guò)1.5m?；炷翐v固采用插入式搗固棒人工搗固，結(jié)構(gòu)板輔以平板振動(dòng)板搗固為輔。

3.7 混凝土測(cè)溫

混凝土拆模、養(yǎng)護(hù)之前，通過(guò)預(yù)留長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)預(yù)埋傳感器，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)階段的溫度與收縮變形進(jìn)行長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)診斷預(yù)警及數(shù)據(jù)查詢?；炷翝仓w內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，應(yīng)真實(shí)地反映出混凝土澆注體內(nèi)最高溫升、里表溫差、降溫速率、環(huán)境溫度及混凝土變形。對(duì)于典型工況條件下的施工（如首件施工、設(shè)置冷卻水管等）應(yīng)加強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置，具體如下。

（1）墻體長(zhǎng)度方向1/2處沿高度方向在底部中心、中部中心、頂部中心沿長(zhǎng)度方向各布置1個(gè)應(yīng)變計(jì)，在中部中心對(duì)應(yīng)的內(nèi)、外面各布置1個(gè)溫度計(jì)。

（2）當(dāng)設(shè)置冷卻水管時(shí)，高度方向上下層冷卻水管中心布置1個(gè)應(yīng)變計(jì)，在循環(huán)水入口及出口處各布置1個(gè)溫度計(jì)。

3.8 拆模、養(yǎng)護(hù)

隧道主體結(jié)構(gòu)拆模時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度和溫度歷程發(fā)展綜合進(jìn)行確定，墻體結(jié)構(gòu)宜在混凝土達(dá)到溫峰后的1d內(nèi)拆模，隨后立即采取外保溫養(yǎng)護(hù)措施，控制降溫速率≤3°C/d，拆除外保溫措施時(shí)混凝土中心溫度與環(huán)境溫度之差不宜超過(guò)15°C。

針對(duì)立面混凝土難以有效保溫和保濕養(yǎng)護(hù)，可采取由防護(hù)層、保溫層、保濕層以及自粘材料構(gòu)成的自粘式養(yǎng)護(hù)材料，可根據(jù)實(shí)體結(jié)構(gòu)散熱條件進(jìn)行定制，并且可以多次重復(fù)利用?；炷敛鹉：?，可自由貼合于混凝土表面，實(shí)現(xiàn)混凝土溫降速率的有效控制。

4 技術(shù)特點(diǎn)

（1）本技術(shù)以開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)≥0.7作為混凝土開裂的控制指標(biāo)與評(píng)價(jià)依據(jù)，相對(duì)于規(guī)范要求更為安全可靠；在混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸和約束狀態(tài)一定的前提下，便于確定最大分段長(zhǎng)度，可采取材料和施工工藝相結(jié)合的措施降低混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)，施工方便，效果可靠。

（2）本技術(shù)主體結(jié)構(gòu)混凝土施工順序?yàn)椋簭膬啥说街虚g、豎向分層、水平分段、逐層由下往上平行順作，目的是為了降低各個(gè)工序之間的相互影響，避免混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生，以確保施工質(zhì)量。

（3）本技術(shù)通過(guò)添加具有降低早期水化放熱速率和膨脹補(bǔ)償收縮雙重功效的抗裂功能材料，形成混凝土優(yōu)化配比，削弱溫峰，降低潛在的開裂風(fēng)險(xiǎn)，確保混凝土防裂質(zhì)量。

（4）本技術(shù)采用具有升溫、降溫、自動(dòng)補(bǔ)水和停止補(bǔ)水的混凝土拌和用水溫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了混凝土入模溫度的自動(dòng)化控制，降低了混凝土裂縫防控的難度。

（5）本技術(shù)采用了分段長(zhǎng)度、保溫保濕養(yǎng)護(hù)技術(shù)，降低了水分蒸發(fā)，抑制了混凝土表層變干及塑性開裂。

（6）本技術(shù)通過(guò)預(yù)埋傳感器，實(shí)現(xiàn)隧道混凝土結(jié)構(gòu)施工與服役階段溫度與應(yīng)變歷程的長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)診斷預(yù)警及數(shù)據(jù)查詢，避免開裂。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以富春灣大道（一期）工程EPC項(xiàng)目為依托，針對(duì)長(zhǎng)距離箱型隧道混凝土抗裂控制難題，基于開裂風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)≥0.7作為混凝土開裂的控制指標(biāo)與評(píng)價(jià)依據(jù)，通過(guò)降低膠材用量，提高摻合料用量，添加具有降低早期水化放熱速率和膨脹補(bǔ)償收縮雙重功效的抗裂功能材料，形成了混凝土優(yōu)化配合比方案，采用了具有升溫、降溫、自動(dòng)補(bǔ)水和停止補(bǔ)水的混凝土拌和用水溫控制系統(tǒng)，有效確保了施工效率，避免了混凝土裂縫的產(chǎn)生；采用了抑制混凝土表層變干及塑性開裂技術(shù)，同時(shí)采用自粘式養(yǎng)護(hù)材料，實(shí)現(xiàn)了混凝土溫降速率的有效控制，可為同類工程項(xiàng)目建設(shè)提供指導(dǎo)和借鑒意義。