超大直徑盾構(gòu)管片裂紋分析及質(zhì)量控制

李皓文

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

南京緯三路過江通道工程采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道外徑為14.5 m，內(nèi)徑為13.3 m，采用 C60P12通用環(huán)鋼筋混凝土管片，每環(huán)管片分為10塊，其中封頂塊1塊、鄰接塊2塊、標(biāo)準(zhǔn)塊7塊。每片管片弧長約5 m。管片寬度2 000 mm，厚度600 mm，每塊管片在側(cè)向設(shè)置5 cm寬止水條槽、端面設(shè)止水條槽和定位棒槽，管片環(huán)向、縱向均采用直螺栓連接。每環(huán)混凝土量52.33 m3。管片抗壓、抗?jié)B、耐久性等要求很高，一旦出現(xiàn)致命的缺陷，可能就會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，超大直徑管片在預(yù)制過程中裂縫經(jīng)常出現(xiàn)，而裂紋對混凝土抗碳化、抗凍融、抗疲勞、抗?jié)B等方面都有影響，因此管片裂紋防治就成為施工中必須重點考慮的一個環(huán)節(jié)。

1 易產(chǎn)生裂紋部位

1.1 管片外弧面

管片外弧面裂紋主要有以下幾種:一種是在水養(yǎng)之后出現(xiàn)的龜裂紋。龜裂紋在管片生產(chǎn)中比較普遍，其肉眼不可見(寬度小于0.02 mm)，在濕潤狀況下則可見，形狀如龜殼紋。該裂紋對管片質(zhì)量本身無危害。另一種是在蒸養(yǎng)之后就出現(xiàn)的裂紋，屬于淺表性裂紋，或表面收縮裂紋，該裂紋是由于混凝土表面溫度不均、材料不均或混凝土粘性過大造成的。最后一種是施工過程中芯棒拔除時間過早，導(dǎo)致混凝土塌陷，在外弧面產(chǎn)生的較深較寬的裂縫。

1.2 管片側(cè)面、手孔及定位孔

這種裂紋主要出現(xiàn)在側(cè)面、端面止水條槽、定位棒槽口，螺栓孔、手孔及定位孔部位，裂紋較細，槽口部位裂紋斷斷續(xù)續(xù)，螺栓孔、手孔及定位孔部位裂紋較細但連續(xù)，如樹枝狀。手孔越大裂紋越明顯。該裂紋主要是由于斷面設(shè)計較大，斷面突變易生，混凝土收縮較大或蒸養(yǎng)溫度不均造成的。

2 產(chǎn)生裂紋階段分析

雖然管片生產(chǎn)的每道工序控制不嚴都會產(chǎn)生裂紋，但主要還是集中在原材料控制、配比確定、混凝土澆筑抹面、蒸養(yǎng)、靜停及水養(yǎng)幾個方面，下面著重從這幾個方面進行分析。

2.1 原材料的控制

材質(zhì)不均、含泥量大、堿含量過大等都會導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，影響管片的強度及耐久性。材料具體要求如下:

水泥要求為P.Ⅱ52.5低熱普通硅酸鹽水泥，考慮早期強度、堿含量及與外加劑的適應(yīng)性。

粉煤灰要求為Ⅰ級灰，礦粉要求為S95，其水化熱約為水泥水化熱的25%～30%。降低水化熱，減少混凝土凝結(jié)過程水化熱與外界溫度差，降低水泥導(dǎo)致的管片裂紋出現(xiàn)。

碎石采用級配良好的連續(xù)級配，具體為5 mm～10 mm為30%，10 mm～20 mm為70%，良好的級配能保證混凝土強度的同時，還可以很好的保證管片的密實度，減小孔隙，降低凝結(jié)過程中的收縮，減少管片裂紋的出現(xiàn)。含泥量小于0.5%，泥塊含量為0，針、片狀小于5%，壓碎值小于10%，孔隙率小于47%。

砂子較粗為宜，現(xiàn)場采用2.6～2.9的中粗砂，含泥量小于1%，對砂的選擇除了滿足規(guī)范要求外，還要考慮密實性，因為砂在較細的情況下容易導(dǎo)致混凝土中膠體多，振搗完成后的膠體浮至管片外弧面聚集，在外弧面容易產(chǎn)生收縮裂紋。

外加劑可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達到減少水化熱的目的，現(xiàn)場采用聚羧酸鹽系高性能減水劑。減水率不小于18%，泌水率不小于70%，含氣量6.0%。

2.2 配合比確定

管片體積大、澆筑時間長，管片內(nèi)部會產(chǎn)生大量的水化熱，如果外部環(huán)境溫度較低或特別高，在管片內(nèi)外便會產(chǎn)生較大溫差，表面容易產(chǎn)生裂紋。

2.2.1 理論配合比

根據(jù)季節(jié)的不同，需要采取不同的配合比。配置混凝土?xí)r，應(yīng)嚴格控制水灰比和水泥用量，在滿足強度情況下，盡量多摻加粉煤灰和礦粉，降低水泥用量，降低水化熱的產(chǎn)生，管片混凝土的水灰比在0.33～0.36為宜。

2.2.2 施工配比確定

管片的施工配合比對表觀質(zhì)量也起決定性作用。每次開盤前必須進行砂石含水率測定，在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上通過理論計算折合掉基準(zhǔn)配比中水的用量，并由試驗室提供施工配合比通知單。另外遇天氣突變降雨也隨時測定，并及時更新施工配合比。

2.3 混凝土成型

1)混凝土澆筑:管片內(nèi)部會產(chǎn)生大量水化熱，在滿足混凝土施工前盡量延長澆筑時間，使得整片管片混凝土終凝前內(nèi)外溫差縮小到最小，減少溫度應(yīng)力造成的表面裂紋。管片混凝土為干硬性混凝土，盡量保持同片管片混凝土坍落度的一致。冬季坍落度控制在4～5，夏季控制在6～7為宜，混凝土坍落度偏大的情況下，經(jīng)過振搗，粗集料在管片內(nèi)部產(chǎn)生離析下沉，導(dǎo)致細骨料水泥漿被擠壓浮至混凝土表層，將會在外表面產(chǎn)生裂紋，而坍落度偏小的情況下，混凝土振搗在模內(nèi)不流動，容易導(dǎo)致混凝土不均勻，振搗密實，同時不能滿足混凝土水化收縮要求，也容易產(chǎn)生干燥收縮裂紋。

2)混凝收光:抹面次數(shù)和時間的控制，將影響管片外弧面產(chǎn)生裂紋。整個抹面分三個步驟進行:粗抹面、中抹面、精抹面。每次抹面后用厚塑料膜覆蓋以利混凝土保溫保濕，可以最大程度的避免裂紋的出現(xiàn)，在冬季收水時，應(yīng)關(guān)好門窗，防止風(fēng)水混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

2.4 養(yǎng)生

2.4.1 蒸養(yǎng)

根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏，日平均氣溫溫度低于15℃時采取蒸養(yǎng)，高于15℃時采用自然養(yǎng)生。蒸養(yǎng)過程控制的好壞直接關(guān)系到管片的最終質(zhì)量。一般蒸養(yǎng)溫度越高，升降溫速度也快，裂紋的出現(xiàn)幾率越大。因此在管片蒸養(yǎng)階段，應(yīng)嚴格控制最高溫度，升降溫速率及恒溫時間?，F(xiàn)場蒸養(yǎng)溫度控制如下:

1)管片靜停時間:2 h～4 h(根據(jù)外界溫度確定)，靜停作用在于提高混凝土初期結(jié)構(gòu)強度，以增強混凝土對升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力;2)升溫梯度:10℃/h～15℃/h;3)蒸養(yǎng)最高溫度:不大于45℃;4)恒溫時間:1.5 h(根據(jù)季節(jié)溫度定);5)降溫梯度:不大于10℃/h;6)脫模時與外界的溫差:不大于20℃。

整個管片蒸養(yǎng)時間控制在5 h～6 h，盡量降低蒸養(yǎng)溫度和延長靜停時間，有效的杜絕了裂紋的出現(xiàn)。

2.4.2 靜停養(yǎng)生

管片出模后需放置廠內(nèi)靜停6 h～8 h，待管片表面溫度與水養(yǎng)池水溫相差不超過15℃時，才能入池，在靜停時，夏季需對管片進行噴淋養(yǎng)生，防止水泥水化缺水造成表面裂紋。冬季需關(guān)好門窗，對管片用薄膜覆蓋養(yǎng)生，防止水分蒸發(fā)過快、溫度過低造成裂紋。

2.4.3 水養(yǎng)

管片水養(yǎng)不及時、水養(yǎng)時間短或水質(zhì)不好，均會產(chǎn)生裂紋，一般管片水養(yǎng)時間為7 d～14 d，最少不得低于7 d，冬夏季節(jié)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長，春秋季節(jié)可以適當(dāng)縮短。水養(yǎng)池水溫10℃ ～25℃為宜，低于10℃時應(yīng)通過加蒸汽提高水溫，高于25℃時加井水降低溫度，pH值控制在10～11，pH值通過石灰和明礬調(diào)節(jié)，通過加石灰，對細小裂紋有愈合作用。養(yǎng)護用水時間過長后容易劣化，一般3個月應(yīng)更換一次，最好采用自來水。

3 治理方法

發(fā)現(xiàn)裂縫后，應(yīng)先觀測裂縫情況，是否是貫穿裂縫，并用放大鏡和專用刻度器觀察其寬度，如果是貫穿裂縫且寬度大于0.2 mm則作報廢處理。對不大于0.05 mm的裂縫不作修補，對0.05 mm～0.20 mm的裂縫進行修補。

首先對裂縫處混凝土表面進行預(yù)處理，除去基層表面上的浮灰、水泥浮漿、返霜、油漬和污垢等物，并用水沖洗干凈;對于表面上的凸起、疙瘩以及起殼、分層等疏松部位，應(yīng)將其鏟除，并用水沖洗干凈;對表面上的蜂窩、麻面的松動石子應(yīng)剔除，然后用水充分浸透基層混凝土。

其次配置修補劑，按干粉∶水=5∶2拌制，涂料應(yīng)攪拌均勻，拌制好后的涂料，從加水時起計算，材料宜在25 min內(nèi)用完。在施工過程中，應(yīng)不時地攪拌混合料，嚴禁向已經(jīng)混合好的粉料中另外加水。

最后，用半硬的鬃毛刷子或尼龍刷子將涂料采用圓形涂刷方法，控制涂層的厚度，均勻的涂刷，涂刷后至表面手觸干時(約2 h～4 h)應(yīng)開始濕潤養(yǎng)護，時間不少于2 d，每天向涂層噴水5次～6次，并用濕草包覆蓋。在夏季，遇到炎熱氣候時，應(yīng)增加噴水次數(shù);在冬季，養(yǎng)護時應(yīng)加蓋草包防凍。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場不斷的探索，在不同階段采取相應(yīng)措施，嚴格工序管理，緯三路管片外觀顏色均一，未出現(xiàn)0.05 mm以上裂紋，滿足抗?jié)B指標(biāo)，對類似超大直徑管片生產(chǎn)裂紋控制具有借鑒意義。

[1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2] 吳良群.橋梁工程中大體積混凝土裂縫的諸多因素及防治措施[M].廣州:廣東建材出版社，2011.

[3] 馮乃謙.實用混凝土大全[M].北京:科學(xué)出版社，2001.