沉管管節預制的質量控制與檢測

林宏璋（廣東交通集團檢測中心）

沉管管節預制的質量控制與檢測

林宏璋
（廣東交通集團檢測中心）

結合港珠澳大橋沉管隧道管節預制過程中結構復雜，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、難點問題，介紹從優選原材料、混凝土配制和沉管預制的過程質量檢測、成品質量檢測等檢測工作重點，確保管節預制的質量控制。

管節預制；耐久性；控制；檢測

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，全長約29.9公里，其中跨海橋梁約長23.2公里，海底隧約長6.7公里。沉管隧道是港珠澳大橋的關鍵環節，其設計使用壽命為120年，是中國交通建設史上技術最復雜、環保要求最高、建設要求及標準最高的工程之一。

港珠澳大橋沉管隧道采用兩孔單管廊橫截面，管節斷面總體外輪廊尺寸為：寬37.95m×11.4m、最大厚度為1.70m，管節標準橫斷面如圖1所示。沉管總分33個管節，標準管節長度采用180m，由8節段組成，每個節段長約22.5m。沉管隧道的鋼筋混凝土管節是隧道的主體結構，須經預制、浮運、沉放3個階段，最終才形成整體貫通的隧道。管節具有防水、抗滲性能以及外形尺寸制作高精度的要求，因此管節的預制是本工程的重點項目之一，對后續工序施工有著決定性的影響，是確保120年壽命的重要環節。本文結合管節預制的特點，介紹管節預制試驗檢測工作的重點及要點，從優選原材料、混凝土配制和沉管預制過程的質量檢測、成品質量檢測等方面，保證管節預制的質量。

圖1 管節標準斷面圖（單位：cm）

2 管節預制的重點、難點

2.1配制長壽命海工高性能混凝土

混凝土的質量是保證管節預制綜合質量的根本，是結構使用壽命最有效、最直接的技術措施。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滲性能。因此混凝土配合比的設計和生產是保證管節預制質量的關鍵步驟之一。

2.2結構龐大，預制精度高，技術要求高

沉管隧道單個節段尺寸為37.95m×11.4m× 22.5m，混凝土方量約3400m3，采用工廠化預制，全斷面一次澆筑成型。沉管截面及體積龐大，鋼筋及各種預埋件密集，鋼筋骨架加工質量要求嚴格。

2.3混凝土的施工質量及裂紋控制

沉管隧道處于惡劣的海水腐蝕環境中，要實現工程120年的使用壽命，沉管管節混凝土不允許出現危害性裂縫。如何采用合理的施工工藝和技術措施，避免裂縫，是管節預制要解決的重要難題。

3 管節預制試驗檢測的重點、要點

3.1優選質量穩定并有利于提高結構耐久性的原材料

本項目所用的材料除應滿足強度等常規指標要求外，應有利于提高混凝土壽命及抗滲、抗裂性能，嚴格控制各種影響混凝土工作性能及耐久性的原材料的關鍵指標。

⑴采用強度等級為42.5級的P.Ⅱ硅酸鹽水泥，除符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的規定外，水泥中C3A含量宜控制在8%以內，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級質量要求的粉煤灰，不可采用磨細粉煤灰。

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粒化高爐礦渣粉》（GB/T18046-2008）中的S95以上規定要求磨細高爐粒化礦渣粉，氯離子含量不宜大于0.02%，燒失量不大于1%。

⑷采用5～20mm的連續級配、無潛在堿-硅酸反應危害的碎石，石子粒形應呈粒狀、抗風化、堅硬、強度高，空隙率小，含泥量≤0.5%。

⑸采用細度模數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，每個批次砂進場均需抽檢氯離子含量指標，氯離子含量≤0.02%。

⑹采用緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率應大于25%；外加劑摻量應通過試驗，根據使用環境、施工條件、混凝土原材料的變化進行調整。

⑺宜采用飲用水，混凝土拌合、養護用水應符合《混凝土用水標準》（JGJ 63），水中的氯離子含量應不大于200mg/L。

所有混凝土原材料還應控制入倉攪拌前的溫度。

3.2混凝土配合比配制及生產工藝

沉管混凝土應具有高工作性、高抗裂性、高抗滲透性、長壽命等特征。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性特別好。控制好混凝土的入模溫度，嚴格按照施工技術規范要求進行施工，做好夏季施工溫控措施，混凝土養護及時到位，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 配合比性能試驗結果

在混凝土實體澆筑過程中，按規定現場取樣、成型和養護，并按規范要求，完成了混凝土抗壓強度和氯離子滲透性試驗，以質量評定標準的要求，進行海工混凝土質量評定，海工混凝土的強度和氯離子滲透指標均高標準地滿足了港珠澳大橋混凝土耐久性質量技術規程及驗收標準的要求。其技術指標統計見表3。

沉管技術要求高，施工難度大，混凝土配合比的確定需要在室內試驗的基礎上，通過現場預拌及模型試驗驗證，并結合實際施工情況進行調整和優化，最終確定滿足沉管施工質量的施工配合比。

3.3鋼筋加工安裝質量檢測

3.3.1鋼筋錨固長度及接頭

受拉鋼筋錨固長度≥31d；受壓鋼筋錨固長度≥26d

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

3.3.2鋼筋間距

沉管節段采用兩孔一管廊截面形式，鋼筋在可移動臺車上進行流水綁扎，即底板、側墻和頂板的順序分區綁扎，綁扎成型后移動至混凝土澆筑坑。單節段鋼筋種類繁多，鋼筋間距數據繁多，誤差控制嚴格，現場實施困難。鋼筋間距作為鋼筋綁扎質量關鍵點，對沉管整體受力發揮著極其重要的作用。

3.3.3鋼筋電連續性

鋼筋籠綁扎完成后必須按照測試要求進行電連續性測試，確保管節預制后實現電連接。

為了確保未來陰極保護系統的成功運行，所有鋼筋和預埋金屬件應在一個區域連續電連接。連接性測試應包括鋼筋籠和所有外部預埋件。連續性測試應連續進行，測試設計的每個鋼筋籠和預埋件應綁扎完成。每個22.5m節段選取6個參考點測試鋼筋電連續性測試，每個參考點分別隨機測試10個點。測試采用下列方法中的一種；

方法一：直流電阻測試

步驟1：所有連續性測試采用精度在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的地方，直至露出光亮的鋼表面。

步驟3：鋼筋測試位置間電阻的記錄，按照歐姆表導線接觸在一處測量一次；然后交接正負極導線，再次進行電阻測量。如果鋼筋是連續的，電阻應不改變。當出現下列中任一種情況，表明為不連續的電導體：

⑴在15秒中電阻讀數的改變超過0.5歐姆；

⑵測試表上的電阻讀數不穩定；

⑶電阻讀數超過1歐姆；

⑷當導線翻轉時,出現任何電阻讀數超過1歐姆的情況。

方法二：直流電毫伏測試

步驟1：所有連續性測試采用精確度在0.1mv左右的直流電壓表

步驟2：打磨鋼筋作為接觸點的地方，直至露出光亮的鋼表面。

步驟3：記錄鋼筋測試位置間的直流電毫伏。如讀數大于1.0mv，表明為不連續的電導體。

選擇的位置要盡可能代表幾何結構最嚴格的地方，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，顯示為不連續鋼筋時，該部分要采用焊接方式與鋼筋網連接。

3.3.4鋼筋保護層厚度的控制

⑴鋼筋保護層墊塊應專門定制，采用與混凝土材質相同的水泥基材料定位塊，其強度、密實性和抗氯離子的滲透性能不應低于構件混凝土的設計要求，外觀顏色宜與構件本體混凝土一致，且與模板的接觸面宜盡量小。

⑵墊塊與鋼筋接合處應設限位槽，使其定位準確，以保證綁扎緊固度和穩定性；墊塊與模板接觸應采用點接觸或線接觸方式，以保證梁體表面外觀質量；墊塊的表面應設凹凸槽，以與混凝土緊密結合。墊塊厚度的允許偏差應為（+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；管壁采用長梯形的墊塊，能綁扎在多根豎向鋼筋上，墊塊的間距應能保證鋼筋在模板安裝和混凝土澆筑過程中不發生位移。

檢查保護層墊塊的位置、數量及其緊固程度，并要求指定專人作重復性檢查，以提高保護層厚度施工的質量。

3.4成品質量檢測

3.4.1混凝土質量檢驗

沉管預制混凝土強度采用C45(28d)、C50(56d)的雙重評定標準。混凝土強度的統計數據應能同時滿足下列兩條：

表3 混凝土技術指標匯總

式中：

fcu，k——該驗收批混凝土立方抗壓強度標準值（MPa）；

n——驗收批內混凝土試件組數；

mfcu——n組混凝土立方體強度的平均值（MPa）；

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

fcu,min——n組混凝土立方體強度中的最小值（MPa）；

sfcu——n組混凝土立方體強度的標準差（MPa），可按下式計算：

沉管預制混凝土以28d抗氯離子滲透性指標作為質量控制標準，以56d抗氯離子滲透性指標作為質量評定依據；混凝土氯離子擴散系數的統計數據應能同時滿足下列兩式要求：

式中：

Dnssm，k——耐久性設計要求具體構件混凝土氯離子擴散系數（×10-12m2/s）；

n——驗收批內混凝土試件組數；

Dn——n組混凝土平均氯離子擴散系數（× 10-12m2/s）；

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

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

Du——n組混凝土氯離子擴散系數的標準差（× 10-12m2/s），可按下式計算：

式中：

σ0——施工中實際統計混凝土氯離子擴散系數標準偏差。

3.4.2鋼筋保護層檢測

沉管管節迎水面鋼筋直徑大（32mm），密集間距小，保護層厚度較深；采用電磁法檢測無法測試精度要求，需要采用雷達探測儀。現以NJJ-95B手持雷達探測儀為例，介紹雷達法測鋼筋保護層的注意要點。

使用雷達測試鋼筋保護層的厚度，首先必須確定混凝土的相對介電參數。混凝土的相對介電常數與原材料各自的εr、含水量(濕度)、孔隙率等有關。沉管預制的原材料是固定的，混凝土變動主要是含水量及不同齡期混凝土強度的波動。在使用雷達探測儀進行檢測前，需制作模型進行研究，測試不同含水量及強度對應的介電常數，確定混凝土不同齡期的相對介電參數。沉管預制混凝土的相對介電參數見表4。

表4 沉管預制混凝土的相對介電參數

沉管鋼筋保護層檢測應選擇代表性的最外側縱向鋼筋進行。

管節保護層厚度應符合《港珠澳大橋混凝土耐久性質量控制技術規程》的相關規定。

4 結語

影響沉管管節預制質量的因素較多,其質量控制是一項復雜而關鍵的工作,而試驗檢測是質量控制的關鍵,因此,必須加強工地試驗室的建設,認真做好試驗檢測工作，以便更好地控制管節預制的質量。如何加強試驗檢測，提高沉管質量，需要我們不斷地積累和探討，找出不足，挖掘更多的檢測功能，使試驗檢測工作更可靠、更穩定。

[1]王勝年，李克非等.港珠澳大橋混凝土結構耐久性設計原則與方法[J].水運工程，2015,501(3):78-84.

[2]JTJ 275-2000，海港工程混凝土結構方法銹蝕技術規范[S].

[3]港珠澳大橋混凝土耐久性質量控制技術規程[S].