沉管预制混凝土配合比优化施工质量分析

摘要：本文以广州市洲头咀隧道工程沉管法隧道施工E3、E4管节预制施工为基点，介绍E3、E4管节预制混凝土配合比优化施工质量状况。

关键词：沉管预制；混凝土配合比优化；施工质量分析

一、前言

沉管法隧道施工质量控制的重点之一为管节预制施工，管节预制体积庞大，属于大体积混凝土浇筑施工范畴。洲头咀隧道工程沉管预制结构混凝土等级为C40，抗渗等级为S10，素混凝土重度为2.3t/m3±1.5%，混凝土结构不允许出现贯穿性裂缝，并要尽量避免表面裂缝，如果表面有裂缝，其宽度也需≤0.2mm，混凝土浇筑应在室外气温较低时进行，混凝土入仓温度不应超过28℃，混凝土内外温差不应超过20℃，对于侧墙不宜超过15℃。

为了保证沉管混凝土的浇筑质量，主要采取以下三方面质量控制措施：

1、优化混凝土配合比；2浇筑与振捣措施；3养护措施。

三个措施中优化混凝土配合比这个措施的实践效果比较好，通过对E1、E2管节混凝土的浇筑施工总结和结合港珠澳大桥沉管隧道管节预制的实践经验；洲头咀隧道工程对原E1、E2管节预制的混凝土配合比提出了优化措施，在中交四航工程研究院有限公司的混凝土配合比优化研究报告和洲头咀隧道沉管预制配合比调整专家评审会专家组的论证下，确定E3、E4管节预制采用新的混凝土配合比施工。

二、混凝土配合比的要求

本工程管节预制混凝土采用P.O42.5R水泥，水胶比不大于0.4；混凝土采用双掺技术，掺粉煤灰和优质矿渣，粉煤灰为Ⅰ级灰，矿渣粉为S95级，混凝土采用泵送混凝土浇筑，E3管段共长79.5m，每个施工段14.74m，每个后浇筑带长度为1.5m；E4-2管段共长85m，每个施工段15.9m，每个后浇筑带长度为1.5m，E4-1管段共长3.5m，不分段一次性浇筑完成；在管节竖向方面分两层进行浇筑，沉管总高度为9.68m，从下到上的分层高度分别为1.95m和7.73m。

三、采用优化混凝土配合比的管节施工质量分析

管节预制混凝土浇筑施工质量受多方面因素影响，包括原料、混凝土配合比、浇筑与振捣方法、养护和拆模时间。洲头咀隧道工程沉管E1、E2与E3、E4预制在相同的浇筑、振捣与养护方法下和不同混凝土配合比的施工质量分析如下：

1、混凝土浇筑温度

为真实地反映管节混凝土的温控效果，在管节中隔墙、侧墙和顶板布置温度测点，每施工段布置四个断面，分别设于中隔墙中心、上倒角中心、顶板中心、侧墙中心位置处。测温仪采用ST20型混凝土测温仪，温度传感器采用热敏电阻，所有测点均应编号，由专人负责测温。测温从混凝土浇筑后3小时开始，每4小时测定1次，显示全部测点温度，每天打印温度参考数，着重观察混凝土中心与表面及环境之间的温差。混凝土浇筑后的5～8天，每8小时测一次，9～15天，每12小时测一次，待降温结束后各部位温差进入安全范围（T≤15℃），可以解除各项温控措施。以下为E1、E2管节和E3、E4管节混凝土浇筑测温图：

通过在相同外环境温度和拌合物入模温度的情况下，对混凝土浇筑过程的测温数据分析，E1、E2管节的混凝土内部最高温度产生在侧墙与顶板的上倒角处，这里是混凝土浇筑厚度最厚的部位，温度扩散较慢，水化热作用升温最高的时间在第3天和第4天，最高温度达到60.2℃；E3、E4管节的混凝土内部最高温度产生在侧墙中心位置，最高温度为45.5℃。从两组不同配合比混凝土浇筑施工的温度变化图来看，采用原配合比施工的管节混凝土温度变化曲线图形状较陡，峰值较大，与外界环境温差较大，在降温的过程中对混凝土产生较大的温度拉应力，是混凝土产生裂缝的主要原因；采用优化配合比施工的管节混凝土温度变化曲线图形状平缓，峰值较小，与外界环境温差较小，温度应力不超过混凝土的抗拉强度，固混凝土产生的裂缝大大减少。

2、外观质量

主要通过对比管节E1、E2与E3、E4预制达到设计强度后经过一个半月时间左右的外观检测情况进行分析；管节混凝土的外观检测包括裂缝检测、混凝土麻面和砂斑现象。E1管节预制共发现66条裂缝，裂缝宽度在0.04～0.15mm之间，裂缝长度在0.95～7m之间，局部位置出现麻面和砂斑现象；裂缝宽度未超过设计要求0.2mm，未发现有贯穿性裂缝。E2管节预制共发现35条裂缝，裂缝宽度在0.1～0.15mm之间，裂缝长度在0.5～7.6m之间，局部位置出现麻面和砂斑现象；裂缝宽度未超过设计要求0.2mm，未发现有贯穿性裂缝。E3管节预制共发现2条裂缝，裂缝宽度均为0.55mm，裂缝长度分别为2.1m和2.46m，局部位置出现麻面和砂斑现象；裂缝宽度未超过设计要求0.2mm，未发现有贯穿性裂缝。E4管节预制未发现有裂缝，局部位置出现麻面和砂斑现象。

在第三方检测机构的外观检测数据分析下，采用优化配合比施工的E3、E4管节施工裂缝明显减少，混凝土由温差产生的裂缝有较大改观。

3、混凝土强度

混凝土的强度是决定一个结构成败的关键，混凝土配合比的优化设计最终目的也是要满足结构设计强度要求。减少水泥用量对混凝土的强度影响很大，在减少水泥用量的情况下必须按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011适量增加其他活性胶凝材料的用量，保持水胶比不变。

洲头咀隧道沉管预制混凝土抗压强度按照国家标准《混凝土强度检验评定标准》GB-T50107进行强度统计评定，评定情况如下表：

根据统计分析表的分析情况，采用优化配合比施工的混凝土达到设计强度要求，抗压强度标准差和变异系数均小于采用原来配合比施工的混凝土，说明优化混凝土配合比设计对混凝土的强度稳定性不会发生较大波动影响。

结语

在总结原E1、E2沉管预制混凝土施工的质量情况下，通过混凝土配合比优化研究总结和参考港珠澳大桥沉管预制施工成功例子的前提下，对E3、E4沉管预制进行混凝土配合比优化是可行的，在E3、E4沉管预制施工后质量情况分析来看，混凝土配合比优化对控制大体积混凝土裂缝出现是有效的，方法是可的行、结论是可信的，可以作为以后沉管隧道预制施工混凝土配合比调整的参考。

参考文献：

[1] JGJ55-2011. 普通混凝土配合比设计规程。

[2] GB50496-2009. 大体积混凝土施工规范。

[3] GB-T50107-2010. 混凝土强度检验评定标准。

[4] GB50119-2003. 混凝土外加剂应用技术规范。