自密實混凝土為深中通道鍛造堅實“肌肉”

龍躍梅

6月16日，地處粵港澳大灣區(qū)核心區(qū)域的超級工程——深中通道通過交工驗收。

深中通道是集“橋、島、隧、水下互通”為一體、當(dāng)前世界上綜合建設(shè)難度最高的跨海集群工程，全長約24公里。其中海底隧道的沉管段長5035米，采用鋼殼混凝土新型組合結(jié)構(gòu)建造，由32個管節(jié)加一個最終接頭組成。

作為深中通道海底隧道工程重要參建方之一，建筑央企中交四航局所屬中交四航工程研究院有限公司（以下簡稱中交四航研究院）承擔(dān)鋼殼沉管混凝土的研制工作。

“面對困難挑戰(zhàn)，中交四航研究院自2015年開始，歷時4年艱辛探索，進行了縮尺模型、浮態(tài)澆筑、足尺模型和模擬澆筑等試驗，最終在2019年配制出鋼殼沉管澆筑工藝的自密實混凝土‘超級配方，有力保障了深中通道鋼殼混凝土沉管的順利澆筑，為深中通道如期通車打下堅實基礎(chǔ)。”中交四航研究院建材所總工鄧春林介紹說。

鋼殼搭建起沉管“筋骨”

筆者了解到，深中通道海底隧道是國內(nèi)首座采用鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)建造的海底隧道。鋼殼沉管采用自密實混凝土，無需振搗即可均勻填充鋼殼倉格，形成三明治形鋼混組合結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土沉管結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)具有承載能力強、抗震適應(yīng)性高和防水性能好等優(yōu)點。

筆者查閱資料發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外均沒有大型鋼殼沉管參考案例。深中通道隧道沉管采用內(nèi)外雙層鋼殼、中間澆筑混凝土的三明治結(jié)構(gòu)，建筑團隊用鋼殼給沉管搭建起“筋骨”，并在內(nèi)部填充混凝土作為沉管的“肌肉”。

“深中通道每節(jié)鋼殼混凝土標(biāo)準(zhǔn)沉管內(nèi)部被分成了2255個倉格，每個倉格之間都是不連通的。為了加強結(jié)構(gòu)的整體性，我們要在每個倉格內(nèi)灌注一種高流動性混凝土，即自密實混凝土?！敝薪凰暮窖芯吭航ú乃笨偣び诜浇榻B，“一直以來，大家對混凝土的印象是拿點水泥、砂子、石子再加點水?dāng)嚢枰幌?，就可用來建造各種工程。但是要將混凝土配制成高流動性的流體，并非易事?！?/p>

自密實混凝土比較“嬌氣”。它的自流平性能和穩(wěn)定性受原材料、出機時間、泵送距離和環(huán)境溫度等影響較大。為此，中交四航研究院建材所團隊成員在項目前期開展了大量自密實混凝土室內(nèi)試驗。

室內(nèi)實驗成功還遠遠不夠，要想真正檢驗性能還需要開展自密實混凝土足尺模型澆筑試驗。早在2016年1月，中交四航研究院科研團隊就在江門新會預(yù)制場開始了深中通道自密實混凝土沉管海上足尺模型澆筑試驗。在團隊成員的密切配合下，混凝土順利澆筑成功。

動態(tài)控制混凝土性能質(zhì)量

與傳統(tǒng)的混凝土沉管澆筑方式不同，深中通道鋼殼沉管是采用超長混凝土地泵設(shè)備進行混凝土澆筑，即將混凝土通過一根根200米長的管子壓入到一個個倉格內(nèi)部。

在此過程中，混凝土進入管子前和從管子泵出后的性能都要滿足自流平的性能要求。但是，建材所團隊在測試過程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的控制變量法已經(jīng)不適用，迫切需要提出一種新型分析方法，才能建立比較準(zhǔn)確的性能預(yù)測模型。

為此，在E1—E4沉管施工過程中，于方帶領(lǐng)團隊收集了上百個批次水泥、粉煤灰、礦渣粉等原材料的性能指標(biāo)，以及2000余組自密實混凝土泵送前后的性能測試數(shù)據(jù)。歷時大半年時間，團隊推翻了20余個方案，最終找到了一種合適的分析方法，量化了各種原材料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與混凝土性能的相關(guān)性，實現(xiàn)對混凝土原材料和混凝土工作性能質(zhì)量動態(tài)控制。他們同時建立了泵送前后自密實混凝土性能的預(yù)測模型，提出了一套自密實混凝土穩(wěn)健性控制的技術(shù)指標(biāo)，形成了《深中通道鋼殼沉管自密實混凝土配制及施工關(guān)鍵技術(shù)指南》，指導(dǎo)鋼殼沉管順利澆筑。

“這套指南可以根據(jù)原材料的指標(biāo)以及混凝土的出機工作性能，預(yù)測泵送后的混凝土工作性能變化，實現(xiàn)原材料性能與混凝土的配比動態(tài)關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)混凝土性能質(zhì)量的動態(tài)控制。”鄧春林介紹。

“自深中通道建設(shè)以來，中交四航研究院建材團隊便參與其中，在設(shè)計、施工、質(zhì)量控制等方面開展了大量研究。研究成果全面應(yīng)用于工程設(shè)計和施工中，為工程建設(shè)提供了重要技術(shù)支撐?！鄙钪型ǖ拦芾碇行闹魅?、總工程師宋神友說。