沉管管節(jié)預(yù)制的質(zhì)量控制與檢測(cè)

林宏璋（廣東交通集團(tuán)檢測(cè)中心）

沉管管節(jié)預(yù)制的質(zhì)量控制與檢測(cè)

林宏璋
（廣東交通集團(tuán)檢測(cè)中心）

結(jié)合港珠澳大橋沉管隧道管節(jié)預(yù)制過程中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體形龐大，裂紋控制、防滲能力保證以及耐久性混凝土等重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，介紹從優(yōu)選原材料、混凝土配制和沉管預(yù)制的過程質(zhì)量檢測(cè)、成品質(zhì)量檢測(cè)等檢測(cè)工作重點(diǎn)，確保管節(jié)預(yù)制的質(zhì)量控制。

管節(jié)預(yù)制；耐久性；控制；檢測(cè)

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，主體工程采用橋隧組合方式，全長(zhǎng)約29.9公里，其中跨海橋梁約長(zhǎng)23.2公里，海底隧約長(zhǎng)6.7公里。沉管隧道是港珠澳大橋的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)使用壽命為120年，是中國(guó)交通建設(shè)史上技術(shù)最復(fù)雜、環(huán)保要求最高、建設(shè)要求及標(biāo)準(zhǔn)最高的工程之一。

港珠澳大橋沉管隧道采用兩孔單管廊橫截面，管節(jié)斷面總體外輪廊尺寸為：寬37.95m×11.4m、最大厚度為1.70m，管節(jié)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。沉管總分33個(gè)管節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)度采用180m，由8節(jié)段組成，每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)約22.5m。沉管隧道的鋼筋混凝土管節(jié)是隧道的主體結(jié)構(gòu)，須經(jīng)預(yù)制、浮運(yùn)、沉放3個(gè)階段，最終才形成整體貫通的隧道。管節(jié)具有防水、抗?jié)B性能以及外形尺寸制作高精度的要求，因此管節(jié)的預(yù)制是本工程的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，對(duì)后續(xù)工序施工有著決定性的影響，是確保120年壽命的重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合管節(jié)預(yù)制的特點(diǎn)，介紹管節(jié)預(yù)制試驗(yàn)檢測(cè)工作的重點(diǎn)及要點(diǎn)，從優(yōu)選原材料、混凝土配制和沉管預(yù)制過程的質(zhì)量檢測(cè)、成品質(zhì)量檢測(cè)等方面，保證管節(jié)預(yù)制的質(zhì)量。

圖1 管節(jié)標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

2 管節(jié)預(yù)制的重點(diǎn)、難點(diǎn)

2.1配制長(zhǎng)壽命海工高性能混凝土

混凝土的質(zhì)量是保證管節(jié)預(yù)制綜合質(zhì)量的根本，是結(jié)構(gòu)使用壽命最有效、最直接的技術(shù)措施。需要在滿足混凝土工作性能要求的前提下，最大限度提高防水性能以及抗裂抗?jié)B性能。因此混凝土配合比的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是保證管節(jié)預(yù)制質(zhì)量的關(guān)鍵步驟之一。

2.2結(jié)構(gòu)龐大，預(yù)制精度高，技術(shù)要求高

沉管隧道單個(gè)節(jié)段尺寸為37.95m×11.4m× 22.5m，混凝土方量約3400m3，采用工廠化預(yù)制，全斷面一次澆筑成型。沉管截面及體積龐大，鋼筋及各種預(yù)埋件密集，鋼筋骨架加工質(zhì)量要求嚴(yán)格。

2.3混凝土的施工質(zhì)量及裂紋控制

沉管隧道處于惡劣的海水腐蝕環(huán)境中，要實(shí)現(xiàn)工程120年的使用壽命，沉管管節(jié)混凝土不允許出現(xiàn)危害性裂縫。如何采用合理的施工工藝和技術(shù)措施，避免裂縫，是管節(jié)預(yù)制要解決的重要難題。

3 管節(jié)預(yù)制試驗(yàn)檢測(cè)的重點(diǎn)、要點(diǎn)

3.1優(yōu)選質(zhì)量穩(wěn)定并有利于提高結(jié)構(gòu)耐久性的原材料

本項(xiàng)目所用的材料除應(yīng)滿足強(qiáng)度等常規(guī)指標(biāo)要求外，應(yīng)有利于提高混凝土壽命及抗?jié)B、抗裂性能，嚴(yán)格控制各種影響混凝土工作性能及耐久性的原材料的關(guān)鍵指標(biāo)。

⑴采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)的P.Ⅱ硅酸鹽水泥，除符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的規(guī)定外，水泥中C3A含量宜控制在8%以內(nèi)，比表面積不宜超過400m2/kg；溫度高于50℃的水泥不宜直接拌和混凝土，宜冷卻至50℃以下使用。

⑵采用符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）I級(jí)質(zhì)量要求的粉煤灰，不可采用磨細(xì)粉煤灰。

⑶采用比表面積控制在400～450m2/kg，滿足《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》（GB/T18046-2008）中的S95以上規(guī)定要求磨細(xì)高爐粒化礦渣粉，氯離子含量不宜大于0.02%，燒失量不大于1%。

⑷采用5～20mm的連續(xù)級(jí)配、無潛在堿-硅酸反應(yīng)危害的碎石，石子粒形應(yīng)呈粒狀、抗風(fēng)化、堅(jiān)硬、強(qiáng)度高，空隙率小，含泥量≤0.5%。

⑸采用細(xì)度模數(shù)2.6～3.0的無潛在堿活性潔凈河砂，含泥量≤2.0%，不得使用海砂，每個(gè)批次砂進(jìn)場(chǎng)均需抽檢氯離子含量指標(biāo)，氯離子含量≤0.02%。

⑹采用緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率應(yīng)大于25%；外加劑摻量應(yīng)通過試驗(yàn)，根據(jù)使用環(huán)境、施工條件、混凝土原材料的變化進(jìn)行調(diào)整。

⑺宜采用飲用水，混凝土拌合、養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 63），水中的氯離子含量應(yīng)不大于200mg/L。

所有混凝土原材料還應(yīng)控制入倉(cāng)攪拌前的溫度。

3.2混凝土配合比配制及生產(chǎn)工藝

沉管混凝土應(yīng)具有高工作性、高抗裂性、高抗?jié)B透性、長(zhǎng)壽命等特征。混凝土配合比宜采用空隙率低的骨料，最大限度減少膠凝材料用量及漿體率，提高混凝土的體積穩(wěn)定性；采用混摻礦物摻合料的膠凝體系，提高混凝土抗氯離子滲透性，降低混凝土水化熱溫升；選用緩凝性高性能減水率，以推遲和削減水化熱溫峰；滿足管節(jié)全斷面一次性澆筑要求。沉管混凝土初步配合比如表1與表2所示。

在混凝土施工過程中，混凝土的和易性好，施工快捷，而且混凝土的凝聚性和流動(dòng)性特別好?？刂坪没炷恋娜肽囟?，嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行施工，做好夏季施工溫控措施，混凝土養(yǎng)護(hù)及時(shí)到位，降低了混凝土開裂的幾率，使混凝土外觀美觀平整，色澤均勻一致。

表1 沉管混凝土初步配合比

表2 配合比性能試驗(yàn)結(jié)果

在混凝土實(shí)體澆筑過程中，按規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)取樣、成型和養(yǎng)護(hù)，并按規(guī)范要求，完成了混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透性試驗(yàn)，以質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行海工混凝土質(zhì)量評(píng)定，海工混凝土的強(qiáng)度和氯離子滲透指標(biāo)均高標(biāo)準(zhǔn)地滿足了港珠澳大橋混凝土耐久性質(zhì)量技術(shù)規(guī)程及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求。其技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表3。

沉管技術(shù)要求高，施工難度大，混凝土配合比的確定需要在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拌及模型試驗(yàn)驗(yàn)證，并結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最終確定滿足沉管施工質(zhì)量的施工配合比。

3.3鋼筋加工安裝質(zhì)量檢測(cè)

3.3.1鋼筋錨固長(zhǎng)度及接頭

受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度≥31d；受壓鋼筋錨固長(zhǎng)度≥26d

鋼筋均采用滾軋直螺紋連接接頭，受力鋼筋的機(jī)械連接接頭應(yīng)互相錯(cuò)開。位于同一連接段區(qū)的受拉鋼筋接頭面積百分率不宜大于50%。

3.3.2鋼筋間距

沉管節(jié)段采用兩孔一管廊截面形式，鋼筋在可移動(dòng)臺(tái)車上進(jìn)行流水綁扎，即底板、側(cè)墻和頂板的順序分區(qū)綁扎，綁扎成型后移動(dòng)至混凝土澆筑坑。單節(jié)段鋼筋種類繁多，鋼筋間距數(shù)據(jù)繁多，誤差控制嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施困難。鋼筋間距作為鋼筋綁扎質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)沉管整體受力發(fā)揮著極其重要的作用。

3.3.3鋼筋電連續(xù)性

鋼筋籠綁扎完成后必須按照測(cè)試要求進(jìn)行電連續(xù)性測(cè)試，確保管節(jié)預(yù)制后實(shí)現(xiàn)電連接。

為了確保未來陰極保護(hù)系統(tǒng)的成功運(yùn)行，所有鋼筋和預(yù)埋金屬件應(yīng)在一個(gè)區(qū)域連續(xù)電連接。連接性測(cè)試應(yīng)包括鋼筋籠和所有外部預(yù)埋件。連續(xù)性測(cè)試應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，測(cè)試設(shè)計(jì)的每個(gè)鋼筋籠和預(yù)埋件應(yīng)綁扎完成。每個(gè)22.5m節(jié)段選取6個(gè)參考點(diǎn)測(cè)試鋼筋電連續(xù)性測(cè)試，每個(gè)參考點(diǎn)分別隨機(jī)測(cè)試10個(gè)點(diǎn)。測(cè)試采用下列方法中的一種；

方法一：直流電阻測(cè)試

步驟1：所有連續(xù)性測(cè)試采用精度在0.1歐姆左右的直流電歐姆表。

步驟2：打磨鋼筋作為接觸點(diǎn)的地方，直至露出光亮的鋼表面。

步驟3：鋼筋測(cè)試位置間電阻的記錄，按照歐姆表導(dǎo)線接觸在一處測(cè)量一次；然后交接正負(fù)極導(dǎo)線，再次進(jìn)行電阻測(cè)量。如果鋼筋是連續(xù)的，電阻應(yīng)不改變。當(dāng)出現(xiàn)下列中任一種情況，表明為不連續(xù)的電導(dǎo)體：

⑴在15秒中電阻讀數(shù)的改變超過0.5歐姆；

⑵測(cè)試表上的電阻讀數(shù)不穩(wěn)定；

⑶電阻讀數(shù)超過1歐姆；

⑷當(dāng)導(dǎo)線翻轉(zhuǎn)時(shí),出現(xiàn)任何電阻讀數(shù)超過1歐姆的情況。

方法二：直流電毫伏測(cè)試

步驟1：所有連續(xù)性測(cè)試采用精確度在0.1mv左右的直流電壓表

步驟2：打磨鋼筋作為接觸點(diǎn)的地方，直至露出光亮的鋼表面。

步驟3：記錄鋼筋測(cè)試位置間的直流電毫伏。如讀數(shù)大于1.0mv，表明為不連續(xù)的電導(dǎo)體。

選擇的位置要盡可能代表幾何結(jié)構(gòu)最嚴(yán)格的地方，例如：截面的改變，混凝土平面的改變，相反的位置等。如果按照之前的定義，顯示為不連續(xù)鋼筋時(shí)，該部分要采用焊接方式與鋼筋網(wǎng)連接。

3.3.4鋼筋保護(hù)層厚度的控制

⑴鋼筋保護(hù)層墊塊應(yīng)專門定制，采用與混凝土材質(zhì)相同的水泥基材料定位塊，其強(qiáng)度、密實(shí)性和抗氯離子的滲透性能不應(yīng)低于構(gòu)件混凝土的設(shè)計(jì)要求，外觀顏色宜與構(gòu)件本體混凝土一致，且與模板的接觸面宜盡量小。

⑵墊塊與鋼筋接合處應(yīng)設(shè)限位槽，使其定位準(zhǔn)確，以保證綁扎緊固度和穩(wěn)定性；墊塊與模板接觸應(yīng)采用點(diǎn)接觸或線接觸方式，以保證梁體表面外觀質(zhì)量；墊塊的表面應(yīng)設(shè)凹凸槽，以與混凝土緊密結(jié)合。墊塊厚度的允許偏差應(yīng)為（+1.5、-0）mm。

⑶沉管底板承重壓力大，采用方形的墊塊，墊塊間距不大于500mm；管壁采用長(zhǎng)梯形的墊塊，能綁扎在多根豎向鋼筋上，墊塊的間距應(yīng)能保證鋼筋在模板安裝和混凝土澆筑過程中不發(fā)生位移。

檢查保護(hù)層墊塊的位置、數(shù)量及其緊固程度，并要求指定專人作重復(fù)性檢查，以提高保護(hù)層厚度施工的質(zhì)量。

3.4成品質(zhì)量檢測(cè)

3.4.1混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)

沉管預(yù)制混凝土強(qiáng)度采用C45(28d)、C50(56d)的雙重評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。混凝土強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)能同時(shí)滿足下列兩條：

表3 混凝土技術(shù)指標(biāo)匯總

式中：

fcu，k——該驗(yàn)收批混凝土立方抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；

n——驗(yàn)收批內(nèi)混凝土試件組數(shù)；

mfcu——n組混凝土立方體強(qiáng)度的平均值（MPa）；

C——系數(shù)，當(dāng)n為5～9時(shí)，C為0.7；n為10～19時(shí)，C為0.9；n大于或者等于20時(shí)，C為1。

fcu,min——n組混凝土立方體強(qiáng)度中的最小值（MPa）；

sfcu——n組混凝土立方體強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），可按下式計(jì)算：

沉管預(yù)制混凝土以28d抗氯離子滲透性指標(biāo)作為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以56d抗氯離子滲透性指標(biāo)作為質(zhì)量評(píng)定依據(jù)；混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)能同時(shí)滿足下列兩式要求：

式中：

Dnssm，k——耐久性設(shè)計(jì)要求具體構(gòu)件混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)（×10-12m2/s）；

n——驗(yàn)收批內(nèi)混凝土試件組數(shù)；

Dn——n組混凝土平均氯離子擴(kuò)散系數(shù)（× 10-12m2/s）；

C——系數(shù)，當(dāng)n為5～9時(shí)，C為0.7；n為10～19時(shí)，C為0.9；n大于或者等于20時(shí)，C為1。

Dn，max——n組混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)中的最大值（×10-12m2/s）；

Du——n組混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差（× 10-12m2/s），可按下式計(jì)算：

式中：

σ0——施工中實(shí)際統(tǒng)計(jì)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3.4.2鋼筋保護(hù)層檢測(cè)

沉管管節(jié)迎水面鋼筋直徑大（32mm），密集間距小，保護(hù)層厚度較深；采用電磁法檢測(cè)無法測(cè)試精度要求，需要采用雷達(dá)探測(cè)儀。現(xiàn)以NJJ-95B手持雷達(dá)探測(cè)儀為例，介紹雷達(dá)法測(cè)鋼筋保護(hù)層的注意要點(diǎn)。

使用雷達(dá)測(cè)試鋼筋保護(hù)層的厚度，首先必須確定混凝土的相對(duì)介電參數(shù)?；炷恋南鄬?duì)介電常數(shù)與原材料各自的εr、含水量(濕度)、孔隙率等有關(guān)。沉管預(yù)制的原材料是固定的，混凝土變動(dòng)主要是含水量及不同齡期混凝土強(qiáng)度的波動(dòng)。在使用雷達(dá)探測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)前，需制作模型進(jìn)行研究，測(cè)試不同含水量及強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)，確定混凝土不同齡期的相對(duì)介電參數(shù)。沉管預(yù)制混凝土的相對(duì)介電參數(shù)見表4。

表4 沉管預(yù)制混凝土的相對(duì)介電參數(shù)

沉管鋼筋保護(hù)層檢測(cè)應(yīng)選擇代表性的最外側(cè)縱向鋼筋進(jìn)行。

管節(jié)保護(hù)層厚度應(yīng)符合《港珠澳大橋混凝土耐久性質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語

影響沉管管節(jié)預(yù)制質(zhì)量的因素較多,其質(zhì)量控制是一項(xiàng)復(fù)雜而關(guān)鍵的工作,而試驗(yàn)檢測(cè)是質(zhì)量控制的關(guān)鍵,因此,必須加強(qiáng)工地試驗(yàn)室的建設(shè),認(rèn)真做好試驗(yàn)檢測(cè)工作，以便更好地控制管節(jié)預(yù)制的質(zhì)量。如何加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè)，提高沉管質(zhì)量，需要我們不斷地積累和探討，找出不足，挖掘更多的檢測(cè)功能，使試驗(yàn)檢測(cè)工作更可靠、更穩(wěn)定。

[1]王勝年，李克非等.港珠澳大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)原則與方法[J].水運(yùn)工程，2015,501(3):78-84.

[2]JTJ 275-2000，海港工程混凝土結(jié)構(gòu)方法銹蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[3]港珠澳大橋混凝土耐久性質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)程[S].