大斷面高標號襯砌砼抗裂防護施工技術

杜彥林

摘 要：通過對阿爾及利亞貝佳亞隧道高標號襯砌砼防裂生產性試驗，分析高標號、大體積砼襯砌裂縫產生的主要原因，引進新型SIKA緩凝型高效減水劑系列產品，有效控制了高標號襯砌砼表面裂縫現象的發生，為阿爾及利亞貝佳亞隧道以及預制梁等其他高標號砼抗裂防護施工提供借鑒。

關鍵詞：隧道 高標號 砼澆筑 質量控制

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0063-02

為保證阿爾及利亞貝佳亞隧道大斷面高標號襯砌砼施工質量，防止襯砌砼表面裂縫的產生，根據前幾年阿爾及利亞東西高速公路M3隧道襯砌砼施工經驗和總結，特制定了Sidi-Aich隧道襯砌砼施工裂縫預防施工方案，引進了新型的緩凝型高效減水劑產品，有效控制了高標號襯砌砼表面裂縫現象的發生。

1 工程概況

阿爾及利亞貝佳亞港口至阿尼夫高速公路連接線全長100 km，為雙向六車道高速公路；其中的Sidi-Aich隧道是全線唯一的一座隧道，也是全線的關鍵性控制工程，為泥灰巖強風化地質，圍巖地質條件比較軟弱，地質比較破碎時采用CRD法+大管棚施工支護，襯砌采用同心圓鋸齒形結構，襯砌厚度在0.6～1.2 m之間；圍巖地質條件轉好時采用CD法或3臺階法施工支護，襯砌采用同心圓圓形結構，襯砌厚度為0.6 m。

隧道左線設計長1 691 m，右線設計長1 628 m，單洞合計總長3 319 m，開挖最大斷面尺寸為173 m2，開挖最大跨度17.21 m，最大高度13.11 m，砼襯砌最小斷面半徑尺寸為6.77 m，典型襯砌厚度為0.6 m，每10 m襯砌砼量為224 ～277 m3，砼襯砌為RN40高標號鋼筋砼，砼試配強度必須達到40 MPa。

2 貝佳亞隧道高標號砼澆筑施工經驗

2.1 隧道襯砌裂縫產生的原因分析

貝佳亞隧道明洞于2015年7月份開始正式澆筑，澆筑后3～20天內均出現不同程度的裂縫，襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺車、泵送砼施工工藝；但在砼施工過程中，砼裂縫形成的原因非常復雜，往往是多種不利因素綜合作用的結果，而高標號砼溫度應力裂縫的控制更是一個世界性難題。

為了最大可能地減少砼施工過程中各種裂縫的產生，在施工時對其原材料的選用和施工工藝質量等各個方面都進行了不斷的研究和改進，然而并不能完全得到避免；如在筆者前期參建的阿爾及利亞東西高速公路M3隧道施工中，雖然采取了各種不同的施工工藝，有嚴格的質量保證體系和控制措施，但在砼施工中都不同程度有裂縫的產生；砼襯砌產生的裂縫均在內側表層內，雖然未對襯砌結構產生不良影響，但對以后襯砌鋼筋的銹蝕保護有一定影響，不僅影響了美觀，還給工程質量留下了隱患，因此，高標號襯砌砼施工中必須采取合理的工程技術措施，控制和減少砼中裂縫的產生。

2.2 砼溫度應力裂縫防裂措施

隧道襯砌砼裂縫類型主要有水化熱溫度裂縫、砼干縮裂縫、外荷載作用產生的變形裂縫、施工縫處理不當引起的接茬縫等，其中的襯砌砼水化熱溫度應力裂縫是引起砼表層開裂最主要的原因。砼襯砌溫度裂縫主要是因為水泥水化過程中產生大量的熱量，在砼內部和表面間形成溫度梯度而產生應力，當溫度應力超過砼內外的約束力時，就會產生溫度裂縫；裂縫寬度一般在國內冬季較寬，夏季較窄，熱脹冷縮現象明顯；溫度裂縫的產生與襯砌砼的厚度、水泥及外加劑的品種和用量有關。為了限制砼水化熱溫升峰值，減小溫度應力梯度，砼澆筑溫度一般不能超過16 ℃。另外，砼襯砌其下表面點和上表面點的溫度歷時曲線幾乎重合，同一時刻的內外溫差小于0.5 ℃，下表面點的溫度變化差不多和外表面點同步；因此，環境溫度對砼溫度的影響很大，不僅影響砼的表面溫度，而且對砼的內部影響也很大，由于阿爾及利亞夏季高溫炎熱，冬季多雨寒冷，早、中、晚溫差相差大，對砼澆筑時的溫度控制影響比較大。

3 貝佳亞隧道高標號襯砌砼抗裂防護施工方案

大體積砼溫控防裂控制，涉及到設計、原材料、施工、環境等諸多因素，為了控制裂縫，應著重從控制溫升，延緩降溫速率，減少砼收縮等方面采取措施，并根據現場測試數據及時調整養護措施；這些措施之間是相互聯系、相互制約的，必須結合實際全面考慮合理采用，才能收到良好的效果；為了達到上述所要求的砼性能，必須采用特殊的外加劑才能滿足砼的要求，在貝佳亞Sidi-Aich隧道襯砌高標號砼進行施工配合比設計時，就要充分考慮了砼抗裂性能的要求，砼原材料的選擇盡可能選用能夠提高砼的抗拉強度和極限拉伸變形能力，減小砼的絕熱溫升、熱強比、線膨脹系數以及收縮變形，外加劑特別選用了新型的SIKA VISCOCRETE 4H緩凝型高效減水劑進行試配，從而達到抗防裂的目的。

3.1 水泥

主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強兩個方面的要求，同時還要求抗凍融性、耐磨性、抗蝕性、強度較高及干縮較小，因此一般采用較高標號的中熱硅酸鹽水泥。

3.2 骨料

粗骨料占砼組成比例為89%以上，因此，砼的熱學與力學性能在很大程度上取決于粗骨料的礦物性質，優先選用熱學與力學性能好的骨料是砼溫度控制的治本措施之一。

3.3 外加劑

選用了目前法國標準最新的緩凝性高效減水劑CK系列產品，最大限度地減少水泥用量，同時有效延長流變時間，并延緩砼初凝時間，減少砼水化熱幅度，延長了砼水化熱時間，砼表面的溫度應力梯度得到很好的控制，從而限制了砼表層溫度應力裂縫的發生。

4 緩凝型高效減水劑SIKA VISCOCRETE 4H產品的主要特性

為棕色液體形狀、每桶裝200 kg、儲存于封閉場所，避免陽光直接照射、避免冰凍，適應溫度為5 ℃～30 ℃；該產品可冰凍，但經過緩慢地解凍和重新變得均勻之后，可恢復原來的固有質量；如果在長時間、大強度的冰凍后，要確認該產品的穩定性是否被破壞；產品保質期為1年。

能夠提供強大的減水作用，減水率高達40%，特別優良的流動性，同時還具有超強的粘聚性和高度的自密實性能。具有良好的工作性保持能力，增加早期強度的發展，改善收縮性能和降低砼的碳化率。具有不同的作用機理，通過表面的吸收，對水泥顆粒和水的電荷排斥和空間阻隔效應，能夠暫時阻擋水化作用，降低了水化熱梯度。

5 質量控制

5.1 砼配合比設計

由于該工程砼強度采用RN40高標號砼，遵循法國標準體系，根據NF EN206-1中的換算關系，RN40相當于國內C43的砼強度，如此高強度的砼襯砌在國內并不多見；而且加上市場條件限制，經分析采用了LAFARAGE CPJ-CEMⅡ/B 42.5水泥，細度模數2.2%、初凝時間2 h38 min、終凝時間3 h8 min、7天強度45.6 MPa、28天強度54.4 MPa；因當地缺乏細度模數適宜的中砂，采用SOUMMAME鎮或AKBOU鎮的水洗砂；碎石采用EURL、CARRIERE、KEROUANI和ABDELLAH等多種粒徑的高強度碎石；該次試配分別設計了3個不同水灰比的配比，根據各項試驗指標的結果，優選出一個最經濟合理的配比作為施工配合比。

5.2 砼澆筑工藝控制措施

為了避開夏季中午高溫階段澆筑砼，宜在夜間低溫階段澆筑，根據砼一次澆筑工程量，配置了相應的砼供應設備和泵送澆筑設備，確保在下午16點至第二天中午12點之間完成澆筑。

由于聚羧酸類減水劑有時易使砼出現“假凝”現象，即在已澆筑砼表面快速形成一層硬殼，實際內部砼并未凝固，從而影響砼表面施工成型；因此，要求每次振搗時間不宜過長（約30 s即可）。

5.3 現澆襯砌砼溫度控制措施

嚴格控制上述溫度限定值，根據經驗我們將溫度監控的重點放在砼澆筑后1～7天（即升溫階段）內，每2h測溫一次；降溫階段每6 h測一次（降溫速率2.5 ℃），待內外溫差穩定在20 ℃時停止測溫；同時測量大氣溫度，計算砼內外溫差；采用JDC-2電子測溫儀對襯砌兩端上、中、下3個位置分別對稱設置5個測溫點來進行砼溫度監控，每個測溫點監測砼表面及內部兩個溫度，監測溫度發生異常時及時采取灑水降溫防護處理；通過對貝佳亞隧道明洞襯砌施工測溫監控數據顯示，同一階段的溫度內外溫差控制在25 ℃以內時砼表面沒有出現溫度裂縫。

5.4 質量控制要點

采用了新型緩凝型高效減水劑，襯砌砼澆筑施工時的環境溫度相對要控制寬松一些，外界最高溫度控制在35 ℃以內皆可進行砼澆筑施工，如果施工采取加冰降溫措施后，外界環境溫度可以達到38 ℃以上。采用了新型緩凝型高效減水劑，在夏季高溫天氣，襯砌砼的初凝時間可以達到8～12 h，終凝時間經過貫入阻力儀試驗檢測最長時間可以達到24 h以上。砼初凝時間延長，隧道襯砌臺車加工制造時，一定要考慮隧道襯砌大體積砼的每板自重在內，襯砌臺車的承載力強度和剛度要進一步加強，確保臺車模板在施工過程中不變形移位。盡量保持襯砌臺車兩端對稱澆筑砼施工，最好采用兩臺輸送泵同時澆筑砼，確保臺車的整體穩定。采用了新型緩凝型高效減水劑，襯砌砼入模后的流動度相對要好，而且自密性能比較好，減少砼振搗也可以確保砼的密實度和外觀質量，特別適合隧道襯砌施工。在砼施工結束后襯砌臺車模板的拆除要相應延長，避免出現臺車拆除過早，襯砌砼由于自重下沉造成砼結構性開裂；如果臺車拆除過晚，可能會造成襯砌臺車拆模困難；根據砼試件強度檢測測定，一般在48 h以后才能拆模。襯砌臺車拆模后的砼表面灑水降溫保養防護措施必須堅持達到7天以上才可以結束，以確保水化熱溫度內外溫差在25 ℃范圍以內。

6 結語

經過襯砌臺車拆模后檢查，襯砌表面的砼密實，砼表面外觀未出現任何可見裂縫，通過外加劑的選用和配合比的設計以及施工工藝質量的控制，襯砌施工抗裂防護整體控制成功。對照東西高速公路M3隧道通車后不間斷對襯砌裂縫的修補進行經濟對比分析，采用隧道襯砌抗裂防護施工技術極大地減少了貝佳亞項目施工成本的投入。

參考文獻

[1] 阿爾及利亞公路工程CCTP技術條款D冊隧道施工技術規范[S].

[2] 阿爾及利亞公路工程CCTP試驗檢測施工技術規范[S].