港珠澳大桥东人工岛隧道现浇暗埋段结构防裂技术

王金龙，莫日雄

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概况

港珠澳大桥东人工岛现浇暗埋段隧道起讫桩号为 K6+924.000～K6+692.781，全长 231.219 m。隧道中心线处于半径5 500 m平曲线上，纵向有2.98%坡度。暗埋段隧道共分为6段（CE1～CE6），每段之间设置1道变形缝。现浇暗埋段结构采用单箱双室管廊箱型或单箱四室管廊箱型结构形式。CE1分段和沉管隧道相接，断面从沉管标准断面过渡至现浇暗埋段双室断面，再过渡至四室断面。CE2～CE5分段均为四室断面，CE6分段又恢复为双室断面，与敞开段相连。平面布置见图1所示。

图1 东人工岛现浇暗埋段平面布置图Fig.1 Layoutof the cast-in-situ buried section in the east island

暗埋段行车道孔净宽14.55m，净高为8.4m，中管廊净宽4.25 m，双室断面结构总宽为37.95 m，总高为11.445 m。从CE1分段开始变宽，至CE5分段最宽处为72.24m。暗埋段行车道孔和减载空箱位置底板厚度为150 cm，中管廊道位置底板厚度为170 cm。双室断面外墙厚150 cm，四室断面外墙厚130 cm。除CE1双室断面的行车道孔顶板厚154 cm，中管廊顶板厚164 cm外，其余分段的行车道孔和减载空箱顶板厚130 cm，中管廊顶板厚140 cm。

2 防裂技术

该工程为外海现浇隧道结构，结构形式复杂。由于结构防水要求极高，自防水抗渗等级要求达到10级。结构耐久性要求高，设计使用年限为120 a，因此对结构控裂提出了十分苛刻的要求。主要采取以下防裂技术措施[1-2]。

2.1 减小混凝土间约束

1）合理设置施工缝。现浇暗埋段主体结构施工前进行模型试验，主要研究混凝土分2步浇筑与分3步浇筑不同的施工工艺对混凝土裂缝的影响。模型的尺寸为：底板长6.25m、宽4.5m、厚0.5m；侧墙高2.5m，一面侧墙厚0.5m，一面侧墙厚1.5m；中墙厚0.5m；顶板厚0.5m。

模型1：分3步浇筑混凝土，时间间隔为28 d，第1次浇筑底板以及边墙和中墙0.5 m以下部分；第2次浇筑剩余中墙；第3次浇筑剩余边墙与顶板，同期进行应变监测。

模型2：分2步浇筑混凝土，第1次浇筑底板以及边墙和中墙2 m以下部分；第2次浇筑剩余边墙与顶板，分步浇筑间隔时间为28 d，在厚1.5m墙内进行温度监测，同期进行应变监测。

最终根据模型试验的应变测试结果分析得出，常规分3次浇筑工艺的应变最大，浇筑间隔28 d的应变次之，另外应变测试受温度、天气、外力、养护、钢筋等诸多因素影响较大，因此数据规律性和对比性并不十分显著。所以根据前期模型试验结果，确定了在水平方向设置施工缝，以减小应变。每个结构段从竖向上分3次进行浇筑，第1次浇筑为底板和墙身（高8.9m），水平分缝位于结构腋下50 cm处；第2次浇筑顶板和墙身剩余部分；第3次浇筑中管廊横隔板，如图2所示。

图2 东人工岛现浇暗埋段分次浇筑顺序图Fig.2 Separate pouring sequenceof the cast-in-situ buried section in theeast island

2）缩短浇筑间隔时间。根据应变测试结果，第1次浇筑的混凝土对新浇筑的混凝土产生较大约束，易产生裂缝，所以缩短浇筑间隔时间可减小新旧混凝土之间的约束，从而减少裂缝的产生。

从测试数据可以看出：

①中墙倒角处应变与侧墙倒角处应变相当，5 d达到60～65微应变，其后变化很小。

②早期混凝土的应变主要受大体积混凝土降温影响，中间与边缘位置的应变相当，长度方向7 d之内为30～40微应变之间，中间略大，7 d以后边缘继续收缩，越靠近边缘应变越大，15 d达到63微应变。

③在中间截面上，新老混凝土交界面越往上应变越大，倒角处应变比交界处大20～30微应变。

二次浇筑不同步应变，从测试数据中看出中间截面不同步应变最大为28微应变，而边缘上不同步应变最大为31微应变。

2.2 温控措施

大体积混凝土产生裂缝的因素多种多样，应变裂缝、结构不合理、原材料不合格等均会产生裂缝，但是由于内外温差过大引起裂缝是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。

控制混凝土入模温度的措施包括：

1）原材料遮阳堆存

混凝土浇筑入模温度需控制在30℃以内，可通过控制混凝土的出机温度来控制入模温度。

各种原材料对混凝土出机温度影响：石子温度影响最大，砂和水温度次之，水泥温度影响相对较小[3]。因此，降低混凝土出机温度最有效的办法是降低石子和砂子的温度，石子和砂子的温度每降下1℃，可分别使混凝土温度降低0.44℃和0.31℃。拌合用水温度降低 1℃，可使混凝土温度降低0.1℃，使用4℃自来水作为搅拌用水。

为了控制原材料的温度，砂石料堆场四周设置围墙，顶部设置遮阳棚，蓄水池设遮阳棚。另外，配备冷水机1台，冷水产量4 t/h。

2）混凝土运输温控

在混凝土运输和泵送环节采取必要的保温及降温措施，防止混凝土吸收热量，主要是在混凝土罐车罐体外包保温棉套进行隔热。夏季施工尽量避开下午高温时浇灌混凝土。

3）循环冷却水降温及温测

通过温度应力仿真分析计算，裂缝主要发生在结构断面尺寸厚度大于1m的部位，因此可在这些部位布置冷却水管来降低结构中心的最高温度，从而达到降低内外温差的目的。

①冷却水管布置

根据规范规定，冷却水管选用管径为50 mm的金属管，冷却水管布置在底板、顶板、侧墙的0.5h位置，冷却水管间距为1 m。单根冷却水管长度不超过200m。

②冷却循环水温控

冷却用水采用避免阳光直晒的常温水；保证冷却水管口有足够的压力，控制降温速度不大于1℃/d；对冷却水进行测温，控制冷却水的进水温度。混凝土浇筑到覆盖冷却水管时即开始通水，水流量保持最大，后续流量调节根据测温情况进行。通水原则为：降低温峰，降低温差，但不得加大降温速率。

③保温养护

从测试中发现土工布下混凝土温度受空气温度影响，跟随空气温度上下波动，并比空气温度高4～5℃。在未覆盖土工布之前，上表层与空气温差接近20℃，覆盖土工布之后，上表层与土工布下温差下降到10～16℃，最大温差为16.5℃，可见及时覆盖保温养护是控温的有效措施。

4）采用推移式连续分层浇筑。

对于大体积混凝土采取分层浇筑，可降低水化热温度高峰，便于散热，从而防止水化热集中、过大而产生温度裂缝。排定浇筑顺序时要充分考虑混凝土的初凝时间，避免结构出现冷缝，形成渗水通道。

2.3 养护措施

混凝土养护主要作用是保温、保湿。保温可以降低混凝土内外温差，减缓混凝土降温速率。保湿可以保证混凝土表面水化的正常进行，从而减少裂缝的产生。另外也起到保护混凝土的作用，如雨水冲淋、温度骤降等。混凝土养护工作对混凝土强度、耐久性及减少混凝土早期有害裂缝意义重大，因此需特别重视混凝土的养护工作。

本工程主要养护措施有：

1） 覆盖养护

底板及顶板都属于大体积且面积较大的混凝土，在混凝土抹面完终凝后，立即覆盖塑料薄膜，再覆盖1层土工布，进行洒水自然养护。养护用水温度与表面混凝土的温差不得大于15℃。洒水次数以保持混凝土表面充分潮湿为准。

2） 涂养护液

由于侧墙和中隔墙长度较长且高度很高，加之海上风速较大，不适宜采用包裹塑料薄膜的方式保湿养护。因此，侧墙及中隔墙混凝土采取喷涂养护液的方式养护，即在模板拆除后立即喷涂养护液，养护液喷涂要均匀，不得出现漏涂现象。喷涂养护液一段时间后，再喷涂1次以保证养护效果。养护液喷涂完成后立即覆盖土工布。

3 防裂效果

对港珠澳大桥东人工岛现浇暗埋段CE1-1节段长度为12.5m范围内产生的裂缝进行统计。第1次浇筑方量为1 136m3、第2次浇筑方量为747 m3。其中南、北侧墙高度为8.9m，第1次浇筑的混凝土均未产生裂缝。第2次浇筑高度为3.3 m的南、北侧墙共出现6条裂缝，其中2条裂缝宽度大于0.2mm。

可以看出港珠澳大桥东人工岛现浇暗埋段CE1-1侧墙全高12.2m，南、北侧墙长度共计为25m范围内只在顶板施工缝处出现少量裂缝，证实了合理设置施工缝对防裂、控裂的关键性和有效性，并通过其他防裂措施有效减少东人工岛现浇暗埋段结构的裂缝产生，达到了预期的防裂效果，在大体积混凝土的防裂方面取得较大的进展。

4 结语

港珠澳大桥东人工岛现浇暗埋段大体积混凝土结构为减少裂缝产生采取了一系列的防裂措施，达到了预期效果，其混凝土原材料、施工缝的设置、温度控制措施、养护措施以及施工过程防裂控制措施等，对类似工程具有参考作用。

[1]林木彪.大体积混凝土裂缝防治综合措施分析[J].中国房地产业，2011（3）：253.LIN Mu-biao.Analysis of mass concrete crack prevention and comprehensivemeasures[J].RealEstate Information ofChina,2011(3):253.

[2] 覃维祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土，2001（7）：3-7.TANWei-zu.Shrinkage and cracking of concrete and its evaluation and prevention[J].Concrete,2001(7):3-7.

[3] 雷宇，赵雷，罗红革.大体积混凝土浇筑水化热分析[J].中国港湾建设，2007（3）：13-16.LEIYu,ZHAO Lei,LUO Hong-ge.Analysis of hydration heat in placementof cast in-situmass concrete[J].China Harbour Engineering,2007(3):13-16.