1裂縫產(chǎn)生機(jī)理
混凝土管段在施工，由水泥水化過程中發(fā)出的熱量、氣溫和地基溫度變化所引起的混凝土的溫度變形要受到兩種類型的約束，一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。
其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，生的應(yīng)力為干縮應(yīng)力。因?yàn)闈穸葌鲗?dǎo)速率遠(yuǎn)小于熱度傳導(dǎo)速率(約為1/1600)，所以，它主要在混凝土表面附近；另外，混凝土的自身體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為自身體積變形應(yīng)力；還有地基非均勻沉降、模板走樣也會產(chǎn)生變形應(yīng)力。在以上非結(jié)構(gòu)荷載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力中，主要是溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。對于管段結(jié)構(gòu)施工，當(dāng)混凝土澆筑體邊界無約束時(shí)(如底、頂板頂面)，在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)(如已澆底板對外側(cè)墻、中隔墻對頂板、已澆管節(jié)對后澆帶)，在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。
2裂縫控制技術(shù)
在沉管管段制作中，控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原理就是降低混凝土的水化熱溫升，減小混凝土的外約束與非線性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸；另外，改善混凝土表面的散熱條件、防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的不均勻沉降，也是控制管段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的重要手段。
基于管段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的機(jī)理，在本工程中針對性地采用了以下施工技術(shù)和措施：
(1) 優(yōu)化混凝土級配，減小水灰比，采用摻粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)?？刂圃牧?，降低混凝土水化熱峰值，減少混凝土收縮，提高混凝土抗拉強(qiáng)度及極限拉伸；
(2) 盡可能降低混凝土入模溫度，入模溫度控制在比環(huán)境溫度高5℃范圍之內(nèi)；
(3) 施工工藝上將管段分為6節(jié)(13.50～17.85m長為一節(jié))，減少溫度收縮應(yīng)力；
(4) 改善基礎(chǔ)對結(jié)構(gòu)底板的約束邊界條件，塢底采用碎石起浮層及18mm九夾板作為底模，減少基底對混凝土底板的約束作用；
(5) 盡可能減少結(jié)構(gòu)底板與外側(cè)墻混凝土澆筑時(shí)間差，減少新老混凝土之間的收縮差；
(6) 在外側(cè)墻中埋設(shè)冷卻管，在混凝土升溫階段通水帶走混凝土水化熱熱量，降低混凝土最高溫升值；
(7) 采用竹膠板模板，改善混凝土表面熱交換條件，延遲拆模時(shí)間，減小混凝土降溫速率；
(8) 混凝土分層澆筑，加強(qiáng)振搗；
(9) 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，采用的主要養(yǎng)護(hù)手段有：頂、底板蓄水養(yǎng)護(hù)，外側(cè)墻噴淋、澆水養(yǎng)護(hù)，內(nèi)孔保濕保溫養(yǎng)護(hù)，冬季保溫養(yǎng)護(hù)等；
(10) 盡可能延緩后澆帶澆筑時(shí)間。
3混凝土配合比優(yōu)化及供應(yīng)
管段混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究是大體積混凝土控制裂縫的關(guān)鍵技術(shù)之一。設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級為c35，p10，重度為23.4~23.51kn/m3。針對混凝土的設(shè)計(jì)要求和特性，選擇了10余種水泥、粗細(xì)骨料、外加劑，進(jìn)行了幾十種混凝土級配的試驗(yàn)研究。對混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B、水化熱、收縮值、極限拉伸、彈性模量、重度以及和易性、坍落度等指標(biāo)進(jìn)行了反復(fù)、嚴(yán)格的比較和論證，最終選擇的混凝土配比見表1。
表1 管段混凝土配合比(kg/m3)
水 水泥 粉煤 灰砂 石子 外加劑
185 296 104 739 1021 17.4
其中水泥為上海聯(lián)合525p.0水泥，該水泥特性為水化熱較低(3d為240kj/kg，7d為257kj/kg)、早強(qiáng)高、后期強(qiáng)度增進(jìn)好、質(zhì)量穩(wěn)定；粉煤灰為二級磨細(xì)粉；石子為5~25mm連續(xù)級配碎石；砂為中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.4~2.8；外加劑為鎮(zhèn)江特密斯(tms)的b250高效減水劑，減水率達(dá)15%~17%，并有補(bǔ)償混凝土的收縮功能。
基于管段混凝土的量大，且供應(yīng)需保障及時(shí)，日高峰量達(dá)到2000m3，因此，在施工現(xiàn)場建設(shè)了混凝土攪拌站。攪拌站占地約6000m2，采用2臺75m3/h的hzs75b攪拌機(jī)組，設(shè)6只筒倉；石子堆場840m2；黃砂堆場1040m2，基本保障了管段制作及其他結(jié)構(gòu)施工的混凝土需要。
混凝土管段在施工，由水泥水化過程中發(fā)出的熱量、氣溫和地基溫度變化所引起的混凝土的溫度變形要受到兩種類型的約束，一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。
其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，生的應(yīng)力為干縮應(yīng)力。因?yàn)闈穸葌鲗?dǎo)速率遠(yuǎn)小于熱度傳導(dǎo)速率(約為1/1600)，所以，它主要在混凝土表面附近；另外，混凝土的自身體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為自身體積變形應(yīng)力；還有地基非均勻沉降、模板走樣也會產(chǎn)生變形應(yīng)力。在以上非結(jié)構(gòu)荷載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力中，主要是溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。對于管段結(jié)構(gòu)施工，當(dāng)混凝土澆筑體邊界無約束時(shí)(如底、頂板頂面)，在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)(如已澆底板對外側(cè)墻、中隔墻對頂板、已澆管節(jié)對后澆帶)，在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。
2裂縫控制技術(shù)
在沉管管段制作中，控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原理就是降低混凝土的水化熱溫升，減小混凝土的外約束與非線性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸；另外，改善混凝土表面的散熱條件、防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的不均勻沉降，也是控制管段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的重要手段。
基于管段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的機(jī)理，在本工程中針對性地采用了以下施工技術(shù)和措施：
(1) 優(yōu)化混凝土級配，減小水灰比，采用摻粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)?？刂圃牧?，降低混凝土水化熱峰值，減少混凝土收縮，提高混凝土抗拉強(qiáng)度及極限拉伸；
(2) 盡可能降低混凝土入模溫度，入模溫度控制在比環(huán)境溫度高5℃范圍之內(nèi)；
(3) 施工工藝上將管段分為6節(jié)(13.50～17.85m長為一節(jié))，減少溫度收縮應(yīng)力；
(4) 改善基礎(chǔ)對結(jié)構(gòu)底板的約束邊界條件，塢底采用碎石起浮層及18mm九夾板作為底模，減少基底對混凝土底板的約束作用；
(5) 盡可能減少結(jié)構(gòu)底板與外側(cè)墻混凝土澆筑時(shí)間差，減少新老混凝土之間的收縮差；
(6) 在外側(cè)墻中埋設(shè)冷卻管，在混凝土升溫階段通水帶走混凝土水化熱熱量，降低混凝土最高溫升值；
(7) 采用竹膠板模板，改善混凝土表面熱交換條件，延遲拆模時(shí)間，減小混凝土降溫速率；
(8) 混凝土分層澆筑，加強(qiáng)振搗；
(9) 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，采用的主要養(yǎng)護(hù)手段有：頂、底板蓄水養(yǎng)護(hù)，外側(cè)墻噴淋、澆水養(yǎng)護(hù)，內(nèi)孔保濕保溫養(yǎng)護(hù)，冬季保溫養(yǎng)護(hù)等；
(10) 盡可能延緩后澆帶澆筑時(shí)間。
3混凝土配合比優(yōu)化及供應(yīng)
管段混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究是大體積混凝土控制裂縫的關(guān)鍵技術(shù)之一。設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級為c35，p10，重度為23.4~23.51kn/m3。針對混凝土的設(shè)計(jì)要求和特性，選擇了10余種水泥、粗細(xì)骨料、外加劑，進(jìn)行了幾十種混凝土級配的試驗(yàn)研究。對混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B、水化熱、收縮值、極限拉伸、彈性模量、重度以及和易性、坍落度等指標(biāo)進(jìn)行了反復(fù)、嚴(yán)格的比較和論證，最終選擇的混凝土配比見表1。
表1 管段混凝土配合比(kg/m3)
水 水泥 粉煤 灰砂 石子 外加劑
185 296 104 739 1021 17.4
其中水泥為上海聯(lián)合525p.0水泥，該水泥特性為水化熱較低(3d為240kj/kg，7d為257kj/kg)、早強(qiáng)高、后期強(qiáng)度增進(jìn)好、質(zhì)量穩(wěn)定；粉煤灰為二級磨細(xì)粉；石子為5~25mm連續(xù)級配碎石；砂為中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.4~2.8；外加劑為鎮(zhèn)江特密斯(tms)的b250高效減水劑，減水率達(dá)15%~17%，并有補(bǔ)償混凝土的收縮功能。
基于管段混凝土的量大，且供應(yīng)需保障及時(shí)，日高峰量達(dá)到2000m3，因此，在施工現(xiàn)場建設(shè)了混凝土攪拌站。攪拌站占地約6000m2，采用2臺75m3/h的hzs75b攪拌機(jī)組，設(shè)6只筒倉；石子堆場840m2；黃砂堆場1040m2，基本保障了管段制作及其他結(jié)構(gòu)施工的混凝土需要。
