沉管隧道是范圍長、埋置深、單孔跨度最寬、單節柔性管節最長、規模,大,一般用于海底公路沉管隧道,采用自防水設計,設計使用年限為100年,對沉管混凝土結構防裂要求非常嚴格。隧道沉管采用工廠法預制,混凝土強度等級大于為C40,截面尺寸大,標準管節長長,屬于超大斷面預制混凝土結構,其混凝土控裂問題鮮有成熟經驗可以借鑒。超大斷面預制管節混凝土裂縫控制是確保預制沉管工程耐久性的關鍵。
英吉利海峽海底沉管隧道
超大斷面預制管節控裂具有如下難點:
(1)混凝土設計標號高。混凝土強度等級大于C40,混凝土設計標號所需膠凝材料用量多,需采用聚羧酸系高性能減水劑,相應的水化熱總量更高,大體積混凝土控裂難度增大;
(2)結構尺寸大,單孔跨度大。管節采用雙孔單廊道設計,總寬30m以上,高度大于10m,單孔跨度和高度超過了世界范圍內已建和在建工程預制沉管,大體積混凝土控裂難度高;
(3)混凝土方量大。
(4)結構壁厚。為抵御海底強大的水壓力,沉管外壁設計厚度大,意味著混凝土內部的熱量難以散發,混凝土內部溫度高,和環境溫度溫差大必然會增大沉管開裂的風險;
(5)為提高結構整體性,沉管采用全斷面澆筑方式,內部不埋設冷卻水管。能夠降低混凝土內部熱量的手段有限,增加了溫度裂縫控制的難度;
(6)為提高預制效率,沉管采用工廠法預制,頂推工藝使沉管受力復雜,混凝土控裂不但要考慮溫度應力,還要考慮頂推過程中的畸變應力。
沉管預制采用工廠化生產工藝,節段均在廠房內預制完成,沉管節段的裂縫控制將依托于工廠化生產條件展開。
大斷面預制沉管混凝土標號高、結構尺寸大、腐蝕環境惡劣,控裂要求高、難度大。現場需采取一系列貫穿施工流程的溫控措施,避免出現有害溫度裂縫,實現預期的溫控目標。超大斷面預制構件控裂需采取以下措施:
(1)優選原材料、采用聚羧酸系高性能減水劑等混凝土外加劑優化配合比是混凝土溫控的基礎,通過雙摻海工混凝土技術,降低水泥用量,降低收縮和水化熱,從源頭上削減了混凝土開裂的風險;
(2)澆筑溫度控制是現場溫控的關鍵措施。采用砂石料降溫、制冷水和片冰拌合混凝土能夠有效降低混凝土出機溫度,通過運輸過程的溫升控制,在珠海地區炎熱環境下,控制澆筑溫度低于26℃是可以實現的;
(3)廠房內噴霧養護提供了穩定的溫度環境和高濕度環境,有效控制了混凝土內表溫差,對防止混凝土表面裂縫的發生和開展起到了重要作用;
(4)現場自動化的監測預警系統為溫控措施實施提供了有力的技術支持,通過監控預警系統,隨時發現不符合溫控標準和要求的異常參數,提醒現場人員及時采取措施,保證了現場溫控的延續性和有效性。
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