CN105649108B - 管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑领域，具体涉及管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法与应用。所述方法，包括步骤：将管廊箱型隧道进行施工分段，然后每个施工分段在纵向上进行分段浇筑，每个施工分段在竖向上将施工缝设于墙身与顶板交界处并采用两步浇筑方式，第一步将底板、侧墙和中墙作为整体一次性浇筑，第二步浇筑顶板混凝土，后续浇筑中管廊横隔板。本发明的所述方法通过开展合理的分段长度、施工缝位置设置、浇筑间隔时间以及混凝土浇筑方式等施工工艺的优化，有效地控制了侧墙混凝土的裂缝和外观质量，充分保证混凝土结构120年的使用寿命。

Description

管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法

技术领域

本发明属于建筑领域，具体涉及管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法与应用。

背景技术

暗埋段隧道类工程，特别是处于典型外海孤岛环境的暗埋段隧道类工程，技术复杂、环保要求高、建设要求及标准高，施工难度也较大。现浇暗埋段隧道属于管廊箱型大体积混凝土结构，如果暗埋段隧道侧墙和底板处于海平面以下，长期遭受海水浸泡，对混凝土耐久性、抗渗与抗裂性能提出严格要求。

现浇暗埋段隧道的混凝土控裂存在特殊的难度，主要体现在以下几点：

(1)现浇暗埋段隧道由于尺寸较大，一次性混凝土浇筑方量较大，对混凝土模板设计、加固以及混凝土配制、浇筑施工提出了更高的要求，另外受制于外海孤岛作业条件，必须采用竖向分步浇筑施工工艺，分步浇筑的混凝土由于收缩不同步极易导致应力裂缝；

(2)横向断面尺寸大，浇筑困难；

(3)现浇暗埋段隧道底部受到地基约束应力，侧墙混凝土易产生竖向裂缝；

(4)现浇施工环境条件不可控，受环境温度影响大，不利于裂缝和施工控制。

国内其他工程中的类似结构在施工过程中，混凝土结构均产生了不同程度的裂缝和外观质量等问题，对工程的质量产生不利影响，但由于缺乏系统地研究，该类工程结构尚未找到系统的混凝土裂缝控制和施工质量控制办法。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法及其应用。

为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法，包括步骤：

将管廊箱型隧道进行施工分段，然后每个施工分段在纵向上进行分段浇筑，每个施工分段在竖向上将施工缝设于墙身与顶板交界处并采用两步浇筑方式，第一步将底板、侧墙和中墙作为整体一次性浇筑，第二步浇筑顶板混凝土，后续浇筑中管廊横隔板。

优选地，第一步将底板、侧墙和中墙作为整体一次性浇筑时，侧墙和中墙的墙体分段浇筑，墙体分段长度在22.5m以内。

更优选地，所述墙体分段长度范围在22.0～22.5m以内。

优选地，所述管廊箱型隧道为现浇暗埋段隧道。所述现浇暗埋段隧道为单箱双室管廊箱型结构或单箱四室管廊箱型结构。

进一步优选地，所述管廊箱型隧道为外海管廊箱型隧道。

优选地，管廊箱型隧道进行施工分段，每个施工分段在纵向上的长度范围是24.7～54m。

进一步优选地，每个施工分段在纵向上进行分段浇筑，纵向分段浇筑时，将每个施工分段纵向进一步分为2～4段进行浇筑，分段浇筑长度范围控制为10.7～15.9m。

优选地，施工过程中，控制浇筑温度≤30℃，内部温度≤70℃，内表温差≤25℃，降温速度≤5℃/d。

优选地，为满足温控要求，控制混凝土入模温度≤30℃。

可通过控制混凝土的出机温度来控制入模温度，包括但不限于：

a)对混凝土原材料遮阳降温，降低石子、砂子温度，保持拌合用水的温度不大于5℃；

b)混凝土运输过程中进行温度控制；

c)在环境温度较低时进行浇筑。

优选地，为满足温控要求，采用循环冷却水管降温。

优选地，浇筑时，在底板、侧墙、顶板均布置冷却水管。

进一步优选地，冷却水管布设方案为：冷却水管管径为50mm的金属管，冷却水管布置在底板、顶板、侧墙的1/2h位置，冷却水管间距为1m；单根冷却水管长度不超过200m，水流量为0～10.0m³/h。

优选地，还在倒角处布设冷却水管。

优选地，为满足温控要求，底板及顶板在混凝土抹面完终凝后，立即进行覆盖养护；侧墙和中隔墙混凝土在模板拆除后立即采取喷涂养护液并立即覆盖土工布。

进一步优选地，所述覆盖养护为覆盖塑料薄膜，再覆盖土工布，进行洒水自然养护。优选地，养护用水温度与表面混凝土的温差≤15℃。

优选地，施工过程中，进行倒角混凝土施工时，在倒角模板处开混凝土振捣孔。

优选地，进行倒角混凝土施工时，可通过振捣棒穿过倒角模板上的混凝土振捣孔对倒角部位的混凝土进行振捣。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过开展合理的分段长度、施工缝位置设置、浇筑间隔时间以及混凝土浇筑方式、振捣、温控、养护等施工工艺的优化，有效地控制了侧墙混凝土的裂缝和外观质量，充分保证混凝土结构120年的使用寿命。

(2)将分段长度缩短设置在合理范围内后不仅可以大幅度降低侧墙混凝土的开裂风险，且由于分段长度缩短，减少了构件第二步钢筋模板等工作，缩短浇筑间隔时间，因此也将有利于第二步浇筑混凝土的裂缝控制。

附图说明

图1：单箱双室结构分步浇筑示意一(接沉管)。

图2：单箱双室结构分步浇筑示意图二。

图3：单箱四室结构分步浇筑示意图。

图4：冷却水管布置剖面图。

图5：第一步浇筑底板和侧墙冷却水管布置平面图，其中图5(a)为底板冷却水管布置；图5(b)为墙身冷却水管布置。

图6：第二步浇筑顶板冷却水管布置平面图，其中图6(a)为顶板冷却水管布置；图6(b)为顶板与侧墙交界处冷却水管布置。

图7：倒角模板振捣孔设置。

图8：底板温度测试时间曲线图，从上至下，第一条曲线代表内部最高温度；第二条曲线代表表层5cm温度；第三条曲线代表空气温度；第四条曲线代表内表温度。

图9：底板混凝土上表层与土工布覆盖层下温度曲线，从上至下，第一条曲线代表上表面5cm温度；第二条曲线代表土工布下温度；第三条曲线代表空气温度；第四条曲线代表上表面与土工布下温差。

图10：侧墙温度测试时间曲线，从上自下，第一条曲线代表内部最高温度；第二条曲线代表表层5cm温度；第三条代表空气温度；第四条代表内表温度。

图11：顶板混凝土温度测试时间曲线，自上而下，第一条曲线代表内部最高温度；第二条曲线代表表层5cm温度；第三条曲线代表空气温度；第四条曲线代表内表温度。

图12：顶板混凝土上表层与土工布覆盖层下温度曲线，自上而下，第一条曲线代表混凝土表层5cm温度；第二条曲线代表土工布下温度；第三条曲线代表空气温度；第四条曲线代表表层5cm与土工布温差。

具体实施方式

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

实施例1

本发明采用外海现浇暗埋段隧道作为考察和研究对象。

一、采用分段及分布浇筑工艺

设计院将现浇暗埋段隧道共分为6个分段(分别记为CE1～CE6)，现浇暗埋段隧道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度至现浇暗埋段双室断面，CE6又恢复为双室断面，与敞开段相连。

在每个分段(CE1～CE6)的纵向长度设计为24.7～54m，为降低混凝土的开裂风险，将每个分段纵向进一步分为2～4段进行浇筑，分段浇筑长度控制为10.7～15.9m，以控制混凝土收缩裂缝，纵向施工分段长度详见见表1。

表1纵向施工分段长度

为重点解决现浇暗埋段隧道侧墙和底板的裂缝问题，竖向采用改进的分两步浇筑方式，考虑到实际施工操作，竖向将施工缝上移至顶板腋下50cm处，将侧墙、中墙、底板作为第一步整体一次性浇筑，第二步进行顶板的浇筑，后续浇筑中管廊横隔板。单箱双室和单箱四室分步浇筑工艺断面图分别见图1～图3。

侧墙和中墙浇筑时，墙体分段浇筑，分段长度控制在22.5m以内，进一步控制在22.0～22.5m以内，内相对安全，开裂风险较小，而当分段长度大于22.5m时，开裂风险较大。将分段长度缩短后不仅可以大幅度降低侧墙混凝土的开裂风险，且由于分段长度缩短，减少了构件第二步钢筋模板等工作，缩短浇筑间隔时间，因此也将有利于第二步浇筑混凝土的裂缝控制。

二、温度控制

温度控制指标如下表2所示：

温控指标	浇筑温度/℃	内部温度/℃	内表温差/℃	降温速率/℃/d
					指标要求	≤30	≤70	≤25	≤5

为满足温控的要求，特别是夏季高温季节，可以采取如下措施：

(1)混凝土原材料降温措施：

①采用10kw冷水机一台，降低混凝土拌合用水的温度，确保水温不大于5℃；

②料石堆场搭设遮阳棚，四周采用防晒遮阳网布遮阳；

③粉料筒仓侧面覆盖棉被遮阳降温、洒水降温。

(2)搅拌棚进行封闭，在搅拌棚内增加一台空调(≥2P)，进一步降低搅拌棚内温度；

(3)混凝土浇筑时间的选择：

宜选择夜晚温度较低时进行混凝土的浇筑，以降低模板温度、混凝土原材料温度和环境温度。避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过35℃。

(4)运输设备的降温：

当气温高于浇筑温度时，应加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度升高。混凝土输送管外用帆布遮阳，并经常洒水。在罐车罐体上包裹保温布，并在拌和站和现场卸料点设置水管往罐体上浇水；

(5)采用冷却水管

冷却水管布设方案为：冷却水管管径为50mm的金属管，冷却水管布置在底板、顶板、侧墙的1/2h位置，冷却水管间距为1m。单根冷却水管长度不超过200m。水流量为0～10.0m³/h。典型的冷却水管布置剖面图见图4，第一步浇筑底板和侧墙冷却水管布置见图5。第二步浇筑顶板和侧墙冷却水管布置平面图见图6。应设置冷却水池，通过水泵向冷却水管供水。根据研究计算与经验，布置冷却水管的混凝土内部最高温度极值可降低5～6℃，降低至68～69℃左右，可满足混凝土内部温度不高于70℃的要求。

本实施例，具体的，

1)底板和侧墙混凝土温控：

浇筑时环境温度为24～32℃，原材料和混凝土浇筑温度测试结果见表3：

表3：原材料及混凝土温度测试结果(℃)

砂

小石子

大石子

水泥

粉煤灰

矿粉

水

出机温度

浇筑温度

23.4

23.2

22.8

37.9

38.0

37.0

6～12

25.4～28.8

30.2～30.9

2014年6月15日21:00开始浇筑，浇筑温度约30℃，6月17日14全部浇筑结束。温度监测自6月15日21:00起至6月25日12：00结束，底板混凝土温度测试结果见图8和9，侧墙混凝土温度测试结果见图10，监控数据统计见表4。

表4 CE1-1底板和侧墙温度统计

由温度监测结果可知：

(1)混凝土浇筑温度约为30℃，底板测点最高温度为69.8℃，最大温升约40℃，出现时间为62h，出现位置在侧墙的倒角内部，其他温度较高测点一般在64.3-69.8℃之间。表层最高温度为59.9℃，出现时间为46h，出现位置为底板东侧面，表层测点温度在57.0-59.9℃之间。底板内表最大温差为19.5℃，底板表层与土工布温差为16.5℃。

(2)侧墙测点最高温度为67.8℃，出现时间为69h，出现位置在侧墙南面距离表层50cm位置，内部其他温度较高测点一般在60.7-67.8℃之间。表层最高温度为60.5℃，出现时间为62h，出现位置为侧墙东测，表层测点温度在57.3-60.5℃之间。内表最大温差为14.2℃，出现时间为1.93d。

(3)土工布内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5℃左右。在未覆盖土工布之前，上表层与空气温差接近20℃，覆盖土布之后，上表层与土工布下温差下降到10-16℃，最大温差为16.5℃。底板上表面及时覆盖保温养护能大幅度降低表环温差。

(4)由于散热面差别，侧墙散热较快，内部温度比底板低，而降温速率比底板快，为4.2℃/d。底板上表层有土工布覆盖保温，降温速率较低，为2.8℃/d。

2)顶板混凝土温控

浇筑时环境温度为26～34℃，混凝土相关温度测试结果见表5。

表5原材料及混凝土温度测试结果(℃)

砂

小石子

大石子

水泥

粉煤灰

矿粉

水

出机温度

浇筑温度

24.2

23.8

23.4

38.4

38.9

37.6

3～16

28.4～28.9

28.3～30.9

测试了顶板浇筑后6d的温度数据，混凝土浇筑温度约30℃，顶板的温度测试结果分别见图11和图12，监控数据统计见表6。

表6 CE1-1顶板温度统计

由温度监测结果可知：

(1)测点最高温度为69.7℃，出现时间为56h，出现在中隔墙与顶板倒角内部，内部温度在61.8-69.7℃之间，表层最高温度为53.4℃，出现时间为46h，出现位置为顶板东侧面。表层测点温度在51.7-53.4℃之间。

(2)内表最大温差为23.4℃，出现时间为3.4d，表面与环境最大温差为11.4℃，出现时间为2.0d。

(3)顶板内部降温速率与底板相近，为3.6℃/d。

3)混凝土温控总结

通过暗埋段隧道CE1-1底板、侧墙和顶板的测试结果可知：

(1)混凝土浇筑温度超过了30℃，应对粉料、搅拌水等原材料温度控制进一步采取措施，降低混凝土的浇筑温度。

(2)冷却水管管径、流量和通水方案满足温控要求，温峰控制在70℃以内，温升控制在40℃以内，温差也控制在25℃以内，满足温控要求。

(3)第一步浇筑的底板和侧墙以及第二步浇筑的顶板内部最高温度均出现在倒角处，因此可以对倒角处的冷却水管布置进一步优化，以降低内部最高温度。

(4)由于暗埋段隧道底板和侧墙属于超大型大体积混凝土，散热面较大，降温速率为28～4.2℃/d，满足小于5℃/d的控制指标要求，拆模后要及时覆盖保温材料(例如，塑料薄膜，土工布)，以降低降温速率和内外温差。

因此，采用如上总结后的温控方式，使其符合表2中要求，所得：

4)侧墙混凝土控制效果

混凝土温控情况统计结果分别见表7，混凝土浇筑温度24.3～29.7℃，混凝土内部最高温度为60.2～69.8℃，混凝土最大温差13.8～24.2℃，降温速率为2.8～4.1℃。结果表明，通过一系列的混凝土原材料温度控制、搅拌、运输等措施，降低了混凝土浇筑温度，并通过合理的循环冷却水降温措施以及混凝土保温措施，降低了混凝土内部最高温度和混凝土内表温差，指标控制良好。

表7混凝土温控情况统计结果

三、模板工程

侧墙除使用大模板体系外，为保证底板倒角混凝土振捣密实，在倒角模板处开混凝土振捣孔。进行倒角混凝土施工时，可通过30型振捣棒对该部位的混凝土进行振捣。现场亦可通过采用木槌敲打模板保证振捣质量并对振捣质量进行检验。振捣孔布置如图7所示。

第一步浇筑墙身、底板时，为了保证中墙模板的稳定性及减少顶板模板底模铺设时间，混凝土浇筑前箱室内脚手架均需搭设到位，此时底板混凝土未浇筑，需要用H692型钢将脚手架挑起，型钢两段搁置在结构外侧的支垫上。第二步浇筑时脚手架支撑顶部模板。

底板倒角采用定型钢模板；侧墙及顶板模板面板采用18mm厚胶合模板，H200mm木工字梁、双拼14#槽钢组成背愣；侧墙拉杆采用直径25mm高强防水拉杆，中隔墙采用直径20mm的高强拉杆，拉杆间距不大于1.2m。墙体外侧模板配置高度为11.75米，宽度4米。这保证模板之间用芯带连接，木工字梁竖直放置，横背楞水平坡度同底板坡度为2.98％。

模板拼装顺序为先拼装底板及墙身封头模板，然后拼装底板倒角模板，最后拼装侧模。其中侧墙内侧及中隔墙侧模搁置在倒角钢模上口，模板的自重主要由钢模承受。底板角模待底板钢筋及侧墙下半段钢筋绑扎完成后即可安装，由于底板角模重量不大，可以用塔吊同时吊运两到三块到待装位置，然后通过人工调整模板的位置并安装，安装时对拉螺杆一头焊接于结构主筋之上，一头套上圆台螺帽以后穿过模板面板，面板上纵向设双拼14#槽钢，套好螺帽并固定到精确位置，完成安装。

墙身模板由已经运至现场的模板单元依据结构形式拼装，安装过程中，通过塔吊将待装模板吊运至安装部位临时固定，然后再吊运墙的另一面模板至安装部位，调整好位置以后，安装穿墙对拉螺栓及支撑，待整面墙的模板均吊运到位并初步安装完成后，进行微调加固。

采用如上一中所述分段及分布浇筑工艺；二中所述温控方式；三中所述模板工程来进行海外现浇暗埋段隧道的建设，结果所得混凝土外观质量良好，混凝表面气泡状况良好，无冷缝、分层线、蜂窝、麻面等质量缺陷，满足外观质量要求。

而对比例：其他条件相同，但以分段长度(大于22.5～30m)或传统的施工缝设置位置很大的裂缝。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.管廊箱型隧道侧墙裂缝控制方法，所述管廊箱型隧道为现浇暗埋段隧道，包括步骤：将管廊箱型隧道进行施工分段，然后每个施工分段在纵向上进行分段浇筑，每个施工分段在竖向上将施工缝设于墙身与顶板交界处并采用两步浇筑方式，第一步将底板、侧墙和中墙作为整体一次性浇筑，第二步浇筑顶板混凝土，后续浇筑中管廊横隔板；第一步将底板、侧墙和中墙作为整体一次性浇筑时，侧墙和中墙的墙体分段浇筑，墙体分段长度在22.0～22.5m以内；管廊箱型隧道进行施工分段，每个施工分段在纵向上的长度范围是24.7～54m；每个施工分段在纵向上进行分段浇筑，纵向分段浇筑时，将每个施工分段纵向进一步分为2～4段进行浇筑，分段浇筑长度范围控制为10.7～15.9m；施工过程中，控制浇筑温度≤30℃，内部温度≤70℃，内表温差≤25℃，降温速度≤5℃/d；施工过程中，进行倒角混凝土施工时，在倒角模板处开混凝土振捣孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述现浇暗埋段隧道为单箱双室管廊箱型结构或单箱四室管廊箱型结构。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为满足温控要求，控制混凝土入模温度≤30℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为满足温控要求，采用循环冷却水管降温。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为满足温控要求，底板及顶板在混凝土抹面完终凝后，立即进行覆盖养护；侧墙和中隔墙混凝土在模板拆除后立即采取喷涂养护液并立即覆盖土工布。