CN113774957B - 一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法 - Google Patents

一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于隧道施工技术领域，尤其公开了一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法，其包括浇筑长度划分步骤、抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤、以及施工工艺控制步骤。本发明针对明挖现浇隧道主体结构混凝土收缩开裂的主要矛盾，从控制抗裂混凝土的温度(抗裂混凝土的绝热温升、入模温度、最大温升、里表温差、中心温降速率、拆模或拆除外保温措施温差)和收缩变形(抗裂混凝土7d自生体积变形和28d变形)两个方面，提出了抗裂性控制指标及实施方案，针对不同部位的主体结构形成了定制化成套技术方案，控制指标明确，普适性强，施工简单，可有效抑制贯穿性收缩裂缝，解决渗漏问题，提高工程建设质量。

Description

一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体来讲，涉及一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法。
背景技术
尽管在明挖现浇隧道结构领域，相关人员已经积累了诸多工程实践，然而，混凝土的开裂渗漏问题仍然十分突出，甚至有“十隧九漏、无隧不裂”的说法。调研和研究结果表明，除少部分渗漏因接缝处理不当造成外，大部分渗漏都是由混凝土早期收缩开裂造成的。因此，解决混凝土早期收缩开裂是控制明挖现浇隧道结构渗漏、保障工程建设质量的关键。
与预制沉管隧道相比，明挖现浇隧道受施工场地、环境、浇筑工艺等因素限制，裂缝控制难度更大。与普通工民建地下空间结构、城市轨道交通地下车站等工程相比，明挖现浇隧道通常由于其结构尺寸大、分段浇筑长度长等因素也导致裂缝控制难度更大。
现有技术中虽然有一些针对现浇隧道的抗裂控制方法，但一般包括下述两方面措施：1)在减小分段浇筑长度、采取加密冷却水管、控制入模温度等措施的基础上，通过优化分步浇筑工艺，将侧墙和底板一次性浇筑，之后再浇筑顶板，即通过这种半断面浇筑工艺减少先浇筑底板对侧墙混凝土的约束，达到降低侧墙混凝土开裂风险的目的；2)通过仿真模拟计算，在混凝土内部布置加密冷却水管并采取一定的控制工艺来降低混凝土开裂风险。但前述抗裂控制方法仍旧各自存在弊端，采用1)措施虽然可有效减少侧墙的开裂问题，但对工程支护开挖条件及模板工艺要求较高；而采用2)措施虽然可以大幅降低混凝土温度收缩，但并不能解决混凝土因早期自收缩叠加造成的开裂问题。
另外，虽然现有技术中针对混凝土抗裂的研究诸多，但多是针对桥梁的大体积承台、城市轨道地下车站等应用场景，并不适用于明挖现浇隧道。如针对桥梁大体积承台这一应用场景，其中混凝土的结构形式、配合比、施工工艺以及引起开裂的因素等与明挖现浇隧道混凝土均存在显著的区别；而针对城市轨道地下车站这一应用场景，一般其混凝土等级与明挖现浇隧道的要求不同，且明挖现浇隧道的主体结构尺寸通常远大于城市轨道交通地下车站主体侧墙结构，或由于叠合墙内衬混凝土结构形式及引起开裂的原因与明挖现浇隧道混凝土存在显著区别，从而导致现有技术中相关抗裂技术并不适用于明挖现浇隧道工程。
综上，有必要提供一种针对明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法。
发明内容
本发明的发明人基于水化-温度-温度-湿度多因素耦合模型开发的软著登字第1470077号“结构混凝土早期开裂风险评估分析软件”评估结果及大量工程实践，发现约束条件下温度收缩和自收缩叠加是导致明挖现浇隧道主体结构混凝土出现早期收缩开裂的主要原因。另外，通过总结现有文献资料及工程实践，发现单一降低混凝土约束、减小混凝土温度收缩或简单组合多种工艺措施时，可有效降低混凝土的收缩开裂程度，但仍未完全解决混凝土收缩开裂问题。尤其是，采取半断面或全断面浇筑工艺容易受施工条件的限制，而采取加密冷却水管的措施不仅提高了建设成本，还给混凝土的浇筑振捣带来困难，且加密冷却水管无法抑制混凝土自收缩，仍无法抑制混凝土的早期收缩开裂。
因此，结合上述现有技术存在的问题、以及发明人的实践总结，本发明提供了一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法，具体采用了如下的技术方案：
一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法，包括步骤：
浇筑长度划分步骤：将预施工的隧道的主体结构进行浇筑长度的分段；其中，所述隧道的主体结构在垂直于隧道长度的切面方向上分为依次相连的底板区、侧墙区、顶板区和侧墙区，所述底板区的单次浇筑长度不超过30m，所述侧墙区和所述顶板区的单次浇筑长度均不超过20m；
抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤：将160～320质量份的水泥、50～135质量份的粉煤灰、660～860质量份的细骨料、900～1100质量份的粗骨料、4～6质量份的减水剂和140～180质量份的拌合用水进行拌合，获得底板混凝土；将160～320质量份的水泥、70～160质量份的粉煤灰、660～860质量份的细骨料、900～1100质量份的粗骨料、4～6质量份的减水剂、21～45质量份的抗裂剂和140～180质量份的拌合用水进行拌合，获得侧墙混凝土和顶板混凝土；其中，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的强度等级均不超过C45，绝热温升均不超过50℃；所述底板混凝土的坍落度为200mm±20mm，7d自生体积变形不超过-100με，28d变形不超过-250με；所述侧墙混凝土的坍落度为180mm±20mm，1d与7d的绝热温升比不超过50％，7d自生体积变形不低于200με，28d变形不低于50με；所述顶板混凝土的坍落度为200mm±20mm，1d与7d的绝热温升比不超过50％，7d自生体积变形不低于200με，28d变形不低于50με；
根据施工时日均气温T分别调整所述侧墙混凝土的入模温度T01、底板混凝土的入模温度T02和顶板混凝土的入模温度T03；其中，当日均气温T≤5℃时，控制所述侧墙混凝土的入模温度T01、所述底板混凝土的入模温度T02和所述顶板混凝土的入模温度T03均为5℃～15℃；当日均气温T＞5℃时，控制所述侧墙混凝土的入模温度T01≤日均气温+10℃且T01≤28℃、所述底板混凝土的入模温度T02≤日均气温+10℃且T02≤30℃、所述顶板混凝土的入模温度T03≤日均气温+10℃且T03≤28℃；
施工工艺控制步骤：将所述底板混凝土浇筑至所述底板区上形成隧道底板，将所述侧墙混凝土浇筑至所述侧墙区上形成隧道侧墙，将所述顶板混凝土浇筑至所述顶板区上形成隧道顶板；不同结构之间分步浇筑的龄期差不少于10d；控制所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的最大温升均不超过35℃，里表温差均不超过15℃，中心温降速率均不超过3.0℃/d，且对所述底板、侧墙和顶板保温保湿养护不少于14d；其中，所述底板、侧墙和顶板的厚度均不超过2.0m。
进一步地，在所述浇筑长度划分步骤中，所述底板区为非岩石类地基。这是由于岩石类地基的约束，会导致后续步骤中浇筑在其上的底板混凝土具有更大的开裂风险。
进一步地，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述抗裂剂为具有温升抑制和微膨胀功能的
Figure BDA0002532709920000031
混凝土高效抗裂剂，如由江苏苏博特新材料股份有限公司生产的具有温升抑制和微膨胀功能的
Figure BDA0002532709920000032
混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂，其是由氧化钙类膨胀材料、氧化镁类膨胀材料和温升抑制剂复配而成的。
进一步地，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述底板混凝土还包括不超过135质量份的矿渣粉，所述侧墙混凝土和所述顶板混凝土均还包括不超过45质量份的矿渣粉。
前述“质量份”均指每立方米预制备的抗裂混凝土中以千克计的各组分的质量。
作为进一步的限定，所述水泥的性能应符合《通用硅酸盐水泥》GB 175及《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中CCES01的要求；所述粉煤灰的性能应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中GB/T 1596规定的II级及以上的要求；所述矿渣粉的性能应符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中GB/T 18046规定的S95级及以上的要求、及《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中CCES01的要求；所述细骨料为天然II区中砂，含泥量不超过2.0％，泥块含量不超过1.0％；所述粗骨料的性能应符合《建设用卵石、碎石》中GB/T14685规定的连续级配碎石要求，松散堆积孔隙率不超过45％；所述减水剂应符合《混凝土外加剂》中GB 8076规定的聚羧酸高性能减水剂的要求，收缩率比不超过100％。
进一步地，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述侧墙混凝土的1d与7d的绝热温升值均以所述侧墙混凝土的绝热温升值达到3.0℃时对应的时间为零点起算；所述顶板混凝土的1d与7d的绝热温升值均以所述顶板混凝土的绝热温升值达到3.0℃时对应的时间为零点起算。
进一步地，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述拌合用水包括片冰，以使获得的所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的入模温度均符合所述入模温度控制步骤中所述；其中，所述片冰的质量不超过所述拌合用水的质量的0.8倍。
进一步地，当片冰的用量不超过50kg/m3时，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的搅拌时间均延长30s～60s；当片冰的用量超过50kg/m3时，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的搅拌时间均延长60s～120s。
进一步地，在所述施工工艺控制步骤中，在浇筑所述底板混凝土时，埋设冷却水管，和/或在浇筑所述侧墙混凝土时，埋设冷却水管，和/或在浇筑所述顶板混凝土时，埋设冷却水管。
进一步地，在所述施工工艺控制步骤中，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的中心温度与环境温度之差不超过15℃时，进行拆模和/或拆除保温保湿措施。
本发明针对明挖现浇隧道主体结构混凝土收缩开裂的主要矛盾，从控制抗裂混凝土的温度(包括抗裂混凝土绝热温升、及浇筑时所控制的入模温度，以及浇筑后所控制的最大温升、里表温差和中心温降速率)和收缩变形(抗裂混凝土7d自生体积变形和28d变形)两个方面，提出了明挖现浇隧道主体结构混凝土的抗裂性控制指标及实施方案，针对不同部位的主体结构(即底板区、侧墙区和顶板区)形成了定制化成套技术方案，控制指标明确，普适性强，施工简单，可有效抑制浇筑后的抗裂混凝土出现贯穿性收缩裂缝，解决渗漏问题，提高工程建设质量。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法的步骤流程图；
图2是根据本发明的实施例1中的具有两孔一管廊结构的明挖现浇隧道的主体结构在垂直于隧道长度方向的切面结构示意图；
图3是根据本发明的实施例1中抗裂混凝土的浇筑步骤示意图；
图4是根据本发明的实施例3中抗裂混凝土的浇筑步骤示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
本发明的发明人在现有技术中所存在的明挖现浇隧道多渗漏问题的基础上，结合水化-温度-温度-湿度多因素耦合模型开发的软著登字第1470077号“结构混凝土早期开裂风险评估分析软件”评估结果及大量工程实践，提出了下述明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法。该软件在计算时会针对具体工况条件所涉及的材料(原材料、混凝土配合比及性能)、结构(底板、侧墙、顶板)、施工(浇筑长度、分步浇筑工艺、入模温度)、环境(气温)等因素，基于应力准则，以预制备的抗裂混凝土的收缩引起的拉应力和其抗拉强度比值作为开裂风险系数，并以控制开裂风险系数不超过0.7得出相关的技术方案。
具体参照图1，该明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法包括下述步骤：
步骤一：浇筑长度划分步骤。
具体来讲，预施工的隧道的主体结构在垂直于隧道长度的切面方向上分为依次相连的底板区、侧墙区、顶板区和侧墙区，即两侧墙区相对，底板区和顶板区相对。再将其各区进行浇筑长度的分段。
更为具体地，控制底板区的单次浇筑长度不超过30m，而侧墙区和顶板区的单次浇筑长度则均不超过20m。这是由于过长的单次浇筑长度将会大大增大开裂风险，则无法达到合格的抗裂防渗效果；而发明人在采用水化-温度-温度-湿度多因素耦合模型的基础上，结合多年的实践经验，最终确定单次浇筑长度分别为不超过30m和20m即可。很显然，过短的浇筑长度虽然能最大化降低开裂风险，但势必会大幅增加施工缝的数量，一方面会降低施工效率，另一方面也加剧了结构面临接缝渗漏的风险。
进一步地，考虑到岩石类地基的约束，将导致后续步骤中浇筑在其上的底板混凝土具有更大的开裂风险，因此此处底板区选定为非岩石类地基。
步骤二：抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤。
本步骤包含对抗裂混凝土的制备材料及性能、以及其入模温度控制两个角度的限定。
首先是抗裂混凝土的性能要求。
具体来讲，考虑到前述底板区、侧墙区和顶板区对于抗裂混凝土的性能要求不尽相同，本发明涉及的抗裂混凝土的配制分为底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土三类。对于三类抗裂混凝土的组成配比设计参见下述表1。
表1三类抗裂混凝土的组成配比
单位：kg/m3
Figure BDA0002532709920000061
作为对原材料的选择，水泥的性能应符合《通用硅酸盐水泥》GB 175及《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中CCES01的要求；粉煤灰的性能应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中GB/T 1596规定的II级及以上的要求；矿渣粉的性能应符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中GB/T 18046规定的S95级及以上的要求、及《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中CCES01的要求；细骨料为天然II区中砂，含泥量不超过2.0％，泥块含量不超过1.0％；粗骨料的性能应符合《建设用卵石、碎石》中GB/T 14685规定的连续级配碎石要求，松散堆积孔隙率不超过45％；减水剂应符合《混凝土外加剂》中GB 8076规定的聚羧酸高性能减水剂的要求，收缩率比不超过100％。
其中抗裂剂具体为具有温升抑制和微膨胀功能的
Figure BDA0002532709920000072
混凝土高效抗裂剂，如由江苏苏博特新材料股份有限公司生产的具有温升抑制和微膨胀功能的
Figure BDA0002532709920000073
混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂，其是由氧化钙类膨胀材料、氧化镁类膨胀材料和温升抑制剂复配而成的。
值得说明的是，在本步骤中，所述的拌合用水是指化学式为H2O的物质，而并非仅限于液态水，如为了达到降温作用的固态冰也属于此处“拌合用水”的范畴。
上述三类抗裂混凝土的性能设计参见下述表2。
表2三类抗裂混凝土的性能
Figure BDA0002532709920000071
本领域技术人员所理解的，底板混凝土的7d自生体积变形≥-100με即指“不超过-100με”，即其不超过100με这一数值，如50με等，而其中负号“-”仅指收缩；其28d变形数据同理。值得说明的是，在表2中，对应侧墙混凝土和顶板混凝土的1d与7d的绝热温升值均以二者的绝热温升值达到3.0℃时对应的时间为零点进行起算；且7d自生体积变形根据《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》中GB/T 50082中的非接触法进行测试，而28d变形则根据《高性能混凝土应用技术规程》中的DB32/T 3696进行测试。
然后是抗裂混凝土的入模温度的要求。
即根据施工时日均气温T分别调整侧墙混凝土的入模温度T01、底板混凝土的入模温度T02和顶板混凝土的入模温度T03。
具体来讲，当日均气温T≤5℃时，控制侧墙混凝土的入模温度T01、底板混凝土的入模温度T02和顶板混凝土的入模温度T03均为5℃～15℃(包括本数)；当日均气温T＞5℃时，控制侧墙混凝土的入模温度T01≤日均气温+10℃且T01≤28℃、底板混凝土的入模温度T02≤日均气温+10℃且T02≤30℃、顶板混凝土的入模温度T03≤日均气温+10℃且T03≤28℃。
基于各类抗裂混凝土的入模温度会受施工时环境温度的影响，尤其是在炎热的时节，因此，在采取控制水泥进场温度、骨料提前进场并采取料仓遮阳、使用地下水作为拌合用水及在较低气温时段浇筑混凝土、包裹混凝土搅拌运输罐车等基本措施外，还可采用不超过总拌合用水质量的0.8倍的片冰以及不低于总拌合用水质量的0.2倍的液态水相混合的方法进行拌合，从而使抗裂混凝土的入模温度降至满足要求。
拌合时片冰的使用，会在一定程度上降低拌合效率，因此，当片冰的用量不超过50kg/m3时，控制前述三类抗裂混凝土的搅拌时间均延长30s～60s；而当片冰的用量超过50kg/m3时，则需均延长60s～120s。此处所述kg/m3指每立方米预制备的抗裂混凝土中片冰的使用量(以质量计)。
值得说明的是，前述两个角度的限定并非指两个步骤上的限定，如若采用以片冰来控制入模温度这种方式时，即是在制备抗裂混凝土时使用的；又如若采用控制水泥进场温度这种方式时，显然是在制备抗裂混凝土之前使用的；而若采用包裹混凝土搅拌运输罐车这种方式时，则可贯穿施工前的整个阶段。此处不作特别限定，仅需达到前述两个角度的参数控制即可。
步骤三：施工工艺控制步骤。
具体来讲，本步骤涉及两方面施工工艺的控制，其一是在将底板混凝土浇筑至底板区上形成隧道底板、将侧墙混凝土浇筑至侧墙区上形成隧道侧墙、将顶板混凝土浇筑至顶板区上形成隧道顶板时，保持不同结构之间分步浇筑的龄期差均不少于10d。
更为具体地，分步浇筑工艺一般包括两种方式：一种是三步浇筑法，即依次浇筑形成隧道底板、隧道侧墙和隧道顶板；另一种是两步浇筑法，即先浇筑形成隧道底板，再同时浇筑形成隧道侧墙和隧道顶板。因此，前述分步浇筑的不少于10d的龄期差即指，无论采用两步浇筑法还是三步浇筑法，只要不属于同一步中的浇筑环节，就需保持龄期差不少于10d；如三步浇筑法中，隧道底板浇筑完成后，至少等待10d以后开始浇筑形成隧道侧墙，而隧道侧墙浇筑完成后，再至少等待10d以后开始浇筑形成隧道顶板；又如两步浇筑法中，隧道底板浇筑完成后，至少等待10d以后开始同时浇筑形成隧道侧墙和隧道顶板。当然，考虑到在步骤一中对于浇筑长度划分有所不同，即底板区的最大浇筑长度为30m，而侧墙区和顶板区的最大浇筑长度为20m，那么既可以通过划分保持底板区的分段长度与侧墙区及顶板区保持一致，如三者均划分为单次为20m，又可以分别划分为30m、20m和20m，而后浇筑两段30m的底板区之后再浇筑三段20m的侧墙区、顶板区；此处不作特别限定，本领域技术人员可根据具体施工需求具体安排，仅需保持不同浇筑步骤之间的龄期差不低于10d即可。
同时，在本发明的该抗裂施工方法中，控制浇筑形成的底板、侧墙和顶板的厚度均不超过2.0m。过厚的浇筑厚度会大程度地增大开裂风险，并且，还会导致不同厚度处的最大温升、里表温差(即浇筑后的抗裂混凝土的中心温度与其表面的温度之差)、及中心温降速率等温度参数存在较大差异，从而导致其他参数的选取不适。
其二是控制上述三类抗裂混凝土的最大温升均不超过35℃，里表温差均不超过15℃，中心温降速率均不超过3.0℃/d，且对底板、侧墙和顶板的保温保湿养护均不少于14d。
通过水化-温度-温度-湿度多因素耦合模型的模拟计算，或开展构件模拟实验可获知配制完成的抗裂混凝土在特定施工温度下的最大温升，因此，若其超过35℃，则在浇筑前述抗裂混凝土时，可对应采取埋设冷却水管的方式进行降温，即在浇筑底板混凝土、侧墙混凝土、顶板混凝土的至少一处时进行埋设，以使其在实际施工时浇筑后的最大温升控制在不超过35℃的范围内。
进一步地，一般当底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的中心温度与环境温度之差不超过15℃时，进行拆模和/或拆除保温保湿措施即可。当然，若在实际施工中，若拆模和保温保湿措施先后进行，则当侧墙混凝土达到温峰后的1d内立即采取保温保湿养护措施。
如此，在拆除保温保湿养护措施后，即完全完成了该明挖现浇隧道主体结构混凝土的抗裂施工。
值得说明的是，前述除“底板混凝土的7d自生体积变形及28d变形”处以外的“不超过”均指小于等于，“不低于”均指大于等于，均含本数；而“超过”则不含本数。
以下将通过具体的施工案例来说明本发明的上述抗裂施工方法。
实施例1
将本发明所述的抗裂施工方法应用于某高速公路湖底隧道主体结构中，该隧道具有如图2所示的两孔一管廊结构，采用围堰明挖法施工，湖中暗埋段主体结构厚度为1.3m～1.5m，抗裂混凝土的设计等级为C40P8，对抗裂混凝土的抗裂防渗要求极高。
首先，对浇筑长度进行划分。
具体参照图2，从该明挖现浇隧道的主体结构在垂直于隧道长度方向的切面结构示意图中可以看出，该隧道的主体结构划分为依次相连的底板区、侧墙区、顶板区和侧墙区；其中底板区用于后续浇筑抗裂混凝土以形成隧道底板11、侧墙区用于后续浇筑抗裂混凝土以形成隧道侧墙12、而顶板区则用于后续浇筑抗裂混凝土以形成隧道顶板13，这些被划分的区域上通过浇筑形成的各结构部围合形成隧道的两个孔21和一个管廊22。
在本实施例中，为了最大限度地平衡开裂风险与施工效率，控制底板区11的单次浇筑长度为30m，而侧墙区12和顶板区13的单次浇筑长度则均为20m，直至完成整个隧道的预计施工长度。
然后，制备抗裂混凝土及入模温度控制。
本步骤包含对抗裂混凝土的制备材料及性能、以及其入模温度控制两个角度的限定。
具体来讲，其一是抗裂混凝土的性能要求。
选用品质符合要求的抗裂混凝土原材料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、粗骨料、减水剂、
Figure BDA0002532709920000101
混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂。其中细骨料为II河沙，细度模数为2.6，含泥量为1.5％，泥块含量为0.6％。粗骨料采用5mm～10mm、10mm～16mm、16mm～25mm三种规格的碎石组成的5mm～25mm连续级配碎石，松散堆积空隙率为43％。减水剂收缩率比为96％。
按照下述表3所示的用量分别拌合形成底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土。
表3三类抗裂混凝土的组成配比
单位：kg/m3
Figure BDA0002532709920000111
对前述配比下获得的三类抗裂混凝土的性能进行了测试，结果如表4所示。
表4三类抗裂混凝土的性能
Figure BDA0002532709920000112
其二是对上述三类抗裂混凝土的入模温度控制的要求。
本实施例施工时间跨度长，下面以某次夏季(七月份)和冬季(一月份)的施工为例具体进行说明。七月份在施工期间的日均气温为30℃左右，而一月份在施工期间的日均气温为略微零上。
在七月份施工时，因日均气温已超过25℃，因此在采取控制水泥进场温度、骨料提前进场、料仓遮阳、使用地下水作为拌合用水等措施的基础上，为控制底板混凝土的入模温度不超过30℃，采用超过50kg/m3但最高60kg/m3的片冰作为部分拌合用水(即将片冰与地下水混合作为拌合用水)，并延长搅拌时间80s；同时，为控制侧墙混凝土和顶板混凝土的入模温度均不超过28℃，采用超过50kg/m3但最高80kg/m3的片冰作为部分拌合用水(即将片冰与地下水混合作为拌合用水)，并延长混凝土搅拌时间100s。
而在一月份施工时，日均气温不超过5℃，采用除片冰拌合以外的其他手段即可将各抗裂混凝土的入模温度均控制在5℃～15℃的范围内。
最后，从浇筑龄期差和抗裂混凝土浇筑后温度参数控制两方面控制施工工艺。
由于工况条件允许，本工程采用放坡开挖的支护方式，隧道主体结构分两步浇筑，即先浇筑形成隧道底板，之后采用模板台车一次性浇筑形成隧道侧墙和隧道顶板。具体来讲，在将底板混凝土浇筑至底板区上形成隧道底板后12d，将侧墙混凝土和顶板混凝土分别浇筑至侧墙区和顶板区上，分别形成了隧道侧墙和隧道顶板。如图3所示的浇筑步骤。
发明人根据软著登字第1470077号“结构混凝土早期开裂风险评估分析软件”评估结果测算到前述配制的三类抗裂混凝土的预设最大温升均不超过35℃，因此在上述浇铸过程中，均未埋设冷却水管。同时，发明人为控制上述三类抗裂混凝土的里表温差均不超过15℃，中心温降速率均不超过3.0℃/d，经模拟评估，获得下述施工方案：隧道底板和隧道顶板的施工方式相似，即在各自的抗裂混凝土二次抹面后在其表面采取覆盖1cm厚的矿物棉或土工布，随后洒水进行保温保湿养护14d；同时在模板台车表面喷涂1.5cm厚的聚氨酯保温材料，带模养护14d后再拆模。
表5汇总了本次施工中三类抗裂混凝土的温度监测关键参数。
表5夏季7月份及冬季1月份浇筑的三类抗裂混凝土的温度监测关键参数
Figure BDA0002532709920000121
依据本发明的前述抗裂施工方法中对各参数的调控，可以看出表5中各指标均满足要求，抗裂混凝土浇筑后持续跟踪超过2个月，浇筑完成的各处抗裂混凝土均未出现贯穿性收缩裂缝。本实施例涉及的该工程已持续施工超过1年，浇筑完成的各处抗裂混凝土仍均未出现贯穿性收缩裂缝，已回水区域也未出现渗漏，裂缝控制效果良好。
当然，针对实际施工的不同需求，在采用本发明的上述抗裂施工方法时，也可仅采取针对其中部分特定区域的抗裂施工方法，如下述实施例2中所述的施工环节，其中仅涉及侧墙区的施工环节，因此，相应的划分浇筑长度、制备抗裂混凝土、控制入模温度及施工工艺的控制仅针对侧墙区对应的措施即可。
实施例2
将本发明所述的抗裂施工方法应用于某段市政工程湖底隧道侧墙结构，该混凝土设计等级为C35P8，侧墙混凝土结构厚度为1.8m。
首先，对浇筑长度进行划分。本实施例中仅涉及隧道侧墙的浇筑工程，划分其单次浇筑长度为20m，直至完成整个隧道侧墙的预计施工长度。
然后，制备侧墙混凝土。
本步骤包含对侧墙混凝土的制备材料及性能、以及其入模温度控制两个角度的限定。
具体来讲，其一是侧墙混凝土的性能要求。
选用品质符合要求的混凝土原材料包括水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、减水剂、
Figure BDA0002532709920000133
混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂。其中细骨料为II河沙，细度模数为2.7，含泥量为2.0％，泥块含量为0.8％。粗骨料采用5mm～25mm连续级配碎石，松散堆积空隙率为45％。减水剂收缩率比为97％。
按照下述表6所示的用量分别拌合形成侧墙混凝土。
表6侧墙混凝土的组成配比
单位：kg/m3
Figure BDA0002532709920000131
对前述侧墙混凝土的性能进行了测试，结果如表7所示。
表7侧墙混凝土的性能
Figure BDA0002532709920000132
其二是对上述侧墙混凝土的入模温度进行控制的要求。
在本实施例的具体施工中，涉及三月份～四月份这一施工期间。施工期的日均气温为15℃左右，采取控制水泥进场温度、骨料提前进场、料仓遮阳、使用地下水作为拌合用水，以及在较低气温时进行浇筑等措施，控制了墙体混凝土的入模温度不超过25℃。
最后，控制施工工艺。
具体来讲，在将隧道底板浇筑完成后的10d后，将上述侧墙混凝土浇筑至侧墙区上形成隧道侧墙。
发明人根据软著登字第1470077号“结构混凝土早期开裂风险评估分析软件”评估结果测算到前述侧墙混凝土的预设最大温升为34℃，因此在上述浇筑过程中，未埋设冷却水管。同时，发明人为控制上述侧墙混凝土的里表温差不超过15℃，中心温降速率不超过3.0℃/d，经模拟评估，获得下述施工方案：侧墙混凝土在浇筑3d后拆模，随即在墙体表面张贴厚度为1.5cm的具有保温保湿功能的混凝土养护布，并进行保温保湿养护14d。
表8汇总了本次施工中侧墙混凝土的温度监测关键参数。
表8 3月份～4月份浇筑的侧墙混凝土的温度监测关键参数
Figure BDA0002532709920000141
依据本发明的前述抗裂施工方法中对各参数的调控，可以看出表8中各指标均满足要求，侧墙混凝土浇筑后持续跟踪超过3个月，该侧墙混凝土未出现贯穿性收缩裂缝及渗漏，裂缝控制效果良好。
实施例3
将本发明所述的抗裂施工方法应用于某高速公路湖底隧道主体结构中，该隧道同样具有如图2所示的两孔一管廊结构，采用围堰明挖法施工，湖中暗埋段主体结构厚度为1.4m～1.5m，混凝土的设计等级为C40P8，对混凝土的抗裂防渗要求极高。
首先，对浇筑长度进行划分。
在本实施例中，控制底板区、侧墙区和顶板区的单次浇筑长度均为20m，直至完成整个隧道的预计施工长度。
然后，制备抗裂混凝土。
本步骤包含对抗裂混凝土的制备材料及性能、以及其入模温度控制两个角度的限定。
具体来讲，其一是对抗裂混凝土的性能要求。
选用品质符合要求的抗裂混凝土的原材料包括水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、粗骨料、减水剂、
Figure BDA0002532709920000153
混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂。其中细骨料为II河沙，细度模数为2.7，含泥量为1.6％，泥块含量为0.5％；粗骨料采用5mm～10mm、10mm～16mm、16mm～25mm三种规格的碎石组成的5mm～25mm连续级配碎石，松散堆积空隙率为42％；减水剂的收缩率比为96％。
按照下述表9所示的用量分别拌合形成底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土。
表9三类抗裂混凝土的组成配比
单位：kg/m3
Figure BDA0002532709920000151
对前述配比下获得的三类抗裂混凝土的性能进行了测试，结果如表10所示。
表10三类抗裂混凝土的性能
Figure BDA0002532709920000152
其二是对上述三类抗裂混凝土的入模温度控制的要求。
本实施例施工时间跨度长，下面以某次秋季施工(十月份)为例具体进行说明
在十月份施工时，日均气温约18℃，在采取控制水泥进场温度、骨料提前进场、料仓遮阳、使用地下水作为拌合用水等措施的基础上，实测混凝土入模温度为25℃～27℃，满足入模温度控制要求，因此未再采取加片冰作为拌合用水的措施。
最后，从浇筑龄期差和抗裂混凝土浇筑后温度参数控制两方面控制施工工艺。
受工况条件限制，本工程采取垂直支护的支护方式，侧墙区和顶板区不具备同时浇筑的条件，因此，在将底板混凝土浇筑至底板区上形成隧道底板后15d，将侧墙混凝土浇筑至侧墙区上形成隧道侧墙，其后12d将顶板混凝土浇筑至顶板区上形成隧道顶板。如图4所示的浇筑步骤。
发明人根据软著登字第1470077号“结构混凝土早期开裂风险评估分析软件”评估结果测算到前述配制的三类抗裂混凝土的预设最大温升均不超过35℃，因此在上述浇筑过程中，均未埋设冷却水管。同时，发明人为控制上述三类抗裂混凝土的里表温差均不超过15℃，中心温降速率均不超过3.0℃/d，经模拟评估，获得下述施工方案：隧道底板和隧道顶板的施工方式相似，即在各自的混凝土二次抹面后在其表面采取覆盖1cm厚的矿物棉或土工布，随后洒水进行保温保湿养护14d；而隧道侧墙则在单独浇筑时，在侧墙混凝土浇筑后2.8d～3.5d后拆模，随后在墙体表面张贴厚度为1.5cm的具有保温保湿功能的混凝土养护布，并进行保温保湿养护14d。
表11汇总了本次施工中三类抗裂混凝土的温度监测关键参数。
表11秋季10月份浇筑的三类抗裂混凝土的温度监测关键参数
Figure BDA0002532709920000161
依据本发明的前述抗裂施工方法中对各参数的调控，可以看出表11中各指标均满足要求，抗裂混凝土浇筑后持续跟踪超过2个月，浇筑完成的各处抗裂混凝土均未出现贯穿性收缩裂缝。本实施例涉及的该工程已持续施工超过1年，浇筑完成的各处抗裂混凝土仍均未出现贯穿性收缩裂缝，已回水区域也未出现渗漏，裂缝控制效果良好。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (9)

1.一种明挖现浇隧道主体结构混凝土抗裂施工方法，其特征在于，包括步骤：
浇筑长度划分步骤：将预施工的隧道的主体结构进行浇筑长度的分段；其中，所述隧道的主体结构在垂直于隧道长度的切面方向上分为依次相连的底板区、侧墙区、顶板区和侧墙区，所述底板区的单次浇筑长度不超过30m，所述侧墙区和所述顶板区的单次浇筑长度均不超过20m；
抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤：将160～320质量份的水泥、50～135质量份的粉煤灰、660～860质量份的细骨料、900～1100质量份的粗骨料、4～6质量份的减水剂和140～180质量份的拌合用水进行拌合，获得底板混凝土；将160～320质量份的水泥、70～160质量份的粉煤灰、660～860质量份的细骨料、900～1100质量份的粗骨料、4～6质量份的减水剂和21～45质量份的抗裂剂和140～180质量份的拌合用水进行拌合，获得侧墙混凝土和顶板混凝土；其中，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的强度等级均不超过C45，绝热温升均不超过50℃；所述底板混凝土的坍落度为200mm±20mm，7d自生体积变形不超过-100με，28d变形不超过-250με；所述侧墙混凝土的坍落度为180mm±20mm，1d与7d的绝热温升比不超过50％，7d自生体积变形不低于200με，28d变形不低于50με；所述顶板混凝土的坍落度为200mm±20mm，1d与7d的绝热温升比不超过50％，7d自生体积变形不低于200με，28d变形不低于50με；
根据施工时日均气温T分别调整所述侧墙混凝土的入模温度T01、底板混凝土的入模温度T02和顶板混凝土的入模温度T03；其中，当日均气温T≤5℃时，控制所述侧墙混凝土的入模温度T01、所述底板混凝土的入模温度T02和所述顶板混凝土的入模温度T03均为5℃～15℃；当日均气温T＞5℃时，控制所述侧墙混凝土的入模温度T01≤日均气温+10℃且T01≤28℃、所述底板混凝土的入模温度T02≤日均气温+10℃且T02≤30℃、所述顶板混凝土的入模温度T03≤日均气温+10℃且T03≤28℃；
施工工艺控制步骤：将所述底板混凝土浇筑至所述底板区上形成隧道底板，将所述侧墙混凝土浇筑至所述侧墙区上形成隧道侧墙，将所述顶板混凝土浇筑至所述顶板区上形成隧道顶板；不同结构之间分步浇筑的龄期差不少于10d；控制所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的最大温升均不超过35℃，里表温差均不超过15℃，中心温降速率均不超过3.0℃/d，且对所述底板、侧墙和顶板保温保湿养护不少于14d；其中，所述底板、侧墙和顶板的厚度均不超过2.0m。
2.根据权利要求1所述的抗裂施工方法，其特征在于，在所述浇筑长度划分步骤中，所述底板区为非岩石类地基。
3.根据权利要求1所述的抗裂施工方法，其特征在于，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述抗裂剂为具有温升抑制和微膨胀功能的
Figure FDA0002532709910000021
-V混凝土高效抗裂剂。
4.根据权利要求1或3所述的抗裂施工方法，其特征在于，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述底板混凝土还包括不超过135质量份的矿渣粉，所述侧墙混凝土和所述顶板混凝土均还包括不超过45质量份的矿渣粉。
5.根据权利要求1所述的抗裂施工方法，其特征在于，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述侧墙混凝土的1d与7d的绝热温升值均以所述侧墙混凝土的绝热温升值达到3.0℃时对应的时间为零点起算；所述顶板混凝土的1d与7d的绝热温升值均以所述顶板混凝土的绝热温升值达到3.0℃时对应的时间为零点起算。
6.根据权利要求1所述的抗裂施工方法，其特征在于，在所述抗裂混凝土的制备及入模温度控制步骤中，所述拌合用水包括片冰，以使获得的所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的入模温度均符合所述入模温度控制步骤中所述；其中，所述片冰的质量不超过所述拌合用水的质量的0.8倍。
7.根据权利要求6所述的抗裂施工方法，其特征在于，当片冰的用量不超过50kg/m3时，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的搅拌时间均延长30s～60s；当片冰的用量超过50kg/m3时，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的搅拌时间均延长60s～120s。
8.根据权利要求1所述抗裂施工方法，其特征在于，在所述施工工艺控制步骤中，在浇筑所述底板混凝土时，埋设冷却水管，和/或在浇筑所述侧墙混凝土时，埋设冷却水管，和/或在浇筑所述顶板混凝土时，埋设冷却水管。
9.根据权利要求1所述的抗裂施工方法，其特征在于，在所述施工工艺控制步骤中，所述底板混凝土、侧墙混凝土和顶板混凝土的中心温度与环境温度之差不超过15℃时，进行拆模和/或拆除保温保湿措施。
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