隧道大体积混凝土衬砌的温度控制.pdf

2 0 1 1 年第 5期 铁道 建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 6 9 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 6 9 0 3 隧道大体积混凝土衬砌 的温度控 制 蒋平 江 ， 柳 伟 ，焦长洲 ( 1 陕西铁路工程职业技术学院 ， 陕西 渭南7 1 4 0 0 0 ；2 江西交通职业技术学院 ， 南 昌3 3 0 0 1 3 3 深圳市地铁集团有限公司 ， 广东 深圳5 1 8 0 3 5 ) 摘 要 ： 大体积混 凝 土隧道作 为一 类 比较 特殊 的 大体 积 混凝土 结构 ， 其 施 工 中的温度控 制具 有一 定的特殊 性 。通过 采 用“ 双掺技 术” 优 化 配合 比、 通水 冷却 、 加 强施 工质 量控 制 等措施 ， 对 实 际工程 温度 裂缝 进行 了有效 的防控 ， 供 类似 工程 参考 。 关键 词 ： 温度控 制 大体积 混凝 土 隧道 中图分类 号 ： U 4 5 5 4文献 标识 码 ： B 大体 积混凝 土指 的是 长宽高 尺寸均 大于 1 m 的混 凝土 。大体 积 昆 凝 土 结 构温 度 裂 缝 的产 生 ， 主 要 是 由 于? 昆凝土凝 结硬 化过 程 中， 水 泥 的水 化 热在 其 内部 和 表 面间形成 温度 梯度 而 产 生 了温 度 应力 ， 当混 凝 土 内 部应力超过其抗拉强度时， 即产生裂缝 。该类裂缝 一 般 发展较 大并形 成 贯穿 性 裂 缝 ， 严 重影 响结 构 的使 用和 耐久性 ， 甚至 危及结 构 的安全 。 隧道设 计一般 取 1 1T I 隧道 进 行框 架 内力计 算 ， 而 对 温度应 力则 不进行 详细 计算 ， 只是采 用构 造配 筋 ， 因 此常导致 混凝 土 出现 温 度 裂 缝 ， 从 而工 程 界 有 “ 无 隧 不裂 ” 的说法 。随着 大 体积 混凝 土在 隧道 工 程 中 的 广泛应 用 ， 对 其温度 裂 缝进 行 有 效 预 防 和控 制 成 为工 程 技术界 长期关 注和 研究 的重要 课题 。 1 工 程 概 况 深 l l J L 站新 区大 道 K 0+4 2 5K 1+ 2 2 0标 段 为 明 挖 隧道 ， 隧 道 长 7 9 5 m， 主 体 结 构厚 度 多 为 1 31 8 m， 属于 大体积 混凝 土结构 。主 体 结构 分 段施 工 ， 分 层 浇筑 ， 每段 施工长 度为 2 0 m， 先浇 筑 底板 ， 后 浇筑 侧 墙 及顶 板 。 温 度控 制 要 点 ： 内表 温差 控 制 。 由于混 凝 土凝 固过程 中 ， 内表温差 产生 温度应 力 ， 这 种 温度应 力与混 凝土的体积成正比， 对于大体积混凝土 ， 内表温差控制 显得尤为重要 。表层气温差控制。在施工阶段 ， 气 温的变化 ， 特别是温度骤降， 表层混凝土急剧收缩 ， 而 收稿 15 t 期 ： 2 0 1 0 - 1 0 2 0； 修回 日期 ： 2 0 1 1 - 0 2 2 8 基金项 目： 陕西铁路工程职业技术学院 2 0 0 9年科研基金项 目( 2 0 0 9 - 1 4 ) 作者简介 ： 蒋平江 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 湖南衡 阳人， 讲师 ， 工程硕士。 内部 混凝 土仍处 于 高温状 态 ， 限 制表 面混凝 土收缩 ， 导 致产 生表 面裂缝 。 主 体 结 构分 层 浇 筑 ， 隧道 底 板 浇 筑 和侧墙 及顶板 浇筑 存 在 明 显 的时 间 差 ， 在底 板 混 凝 土 的温度 变化趋 于稳 定 时 才 浇筑 侧 墙 及顶 板 ， 连 接 处 容易产 生裂 缝 。 2温度控制措施 2 1严格控 制原 材料质 量 1 ) 水泥 ： 选 用 水 化 热 较 低 的 水 泥 ， 并 尽 可 能 减 少 水泥用 量 和用水 量 ， 尽量 避免使 用早 强水 泥 。经 比选 ， 采用 E l 本 “ 小 野 田” 牌 P O 4 2 5普 通硅 酸盐水 泥 。 2 ) 细骨 料 ： 采 用 级 配 良好 且 含 泥 量 少 、 细 颗 粒 少 的中砂和中粗砂 ， 因其孔隙率小 ， 总表 面积小， 这样混 凝土的用水量和水泥的用量就可以减少 ， 水化热降低 ， 裂 缝减 少 。同时 ， 在 满足 和易性 的情 况下 ， 应采用 较小 的砂率 。采用 区 中砂 ， 含泥 量控 制 在 2 以内 ， 产 地 为安 托 山和越 众 。 3 ) 粗 骨料 ： 改 善 粗 骨 料 级 配 ， 使 其 空 隙 率 减 至 最 少 ； 适 当减少粗骨料最大粒径 ， 降低粗细骨料的粒径梯 度 。尽量 选择 使用线 膨 胀 系 数较 小 的粗 骨料 ， 同 时严 格控 制骨料 的含碱 量 。在 可 泵送 的情 况 下 ， 选 用 粒 径 5 2 0 mm 连续 级 配 碎石 ， 含 泥量 控 制 在 1 以 内 ， 以 减少 混凝 土收缩 变形 ， 产地 为安 托 山和越众 。 4 ) 除 了按有 关 的规 范 、 标准 检 验 原材 料 的常 规 指 标外 ， 对影响体积稳定性 的有关指标也要严格检验 ， 如 ： 水 泥 的 体 积 安 定 性 、 水 泥 中 N a 0、 K 0 的 含 量 及 c A含量 ； 砂 石材料 有 害杂质 ( 黏 土 、 硫化 物 、 硫酸 盐及 水膨 胀 的矿物 等 ) 的含 量 、 坚 固性 、 粗 细程度 等 。 2 2优 化 混凝 土配合 比 7 0 铁道建筑 大体积混凝土配合 比设计 中主要考虑 降低水化 热 ， 减小混凝 土 的绝热 温升 。 1 ) 在保 证 强 度 与 耐 久 性 的 同时 尽 量 降 低单 位 水 泥 用量 、 用 水量及 坍 落 度 、 砂 率 ， 其 中水 泥用 量 与 大 体 积 混凝 土的最 高温升 有 直 接联 系 ， 降低 水 泥用 量 是 最 有 效 的温 控措施 。 2 ) 采 用 “ 双 掺 技 术 ” ， 混 凝 土 内 可 掺 用 适 量 ( 约 1 0 ) 的微 膨胀 剂 ( WE A) 替 代水 泥 ， 可起 到 降 低 水 泥 用量 ， 减 少水化 热 的作 用 ， 同时混凝 土 内部产生 的膨 胀 应 力可 以抵消 一部 分 混凝 土 的收缩 应 力 。此 外 ， 还 可 添加适 量缓凝 型外加 剂 ， 延 缓水化 热释 放时 间 ， 减少 内 外温差 。 3 ) 掺 粉煤 灰 。混 凝土 内掺 用 适量 的活性 材料 ( 粉 煤灰) 以代替水泥用量 ， 粉煤灰可 以使混凝土水化热 在一定 程度上 延缓 释放 ， 降低水 化热 ， 增 加混凝 土 的和 易性 ， 而且能 够大 幅度提 高混凝 土后期 强度 。 综 合 以上 考虑及 要求 确定 ， 施 工配 合 比为 水泥 1 ： 砂2 7 4 ： 石 子 3 5 9 ： 水 0 5 2 ： 掺 合 料 0 3 2 7 6 7 外 加 剂 0 0 3 0 6 ， 水灰 比为 0 4 1 。 2 3采用冷却 水管 降温 合理布设 冷却 水管 ， 通过 冷 却 水循 环 能 有效 地 带 走热 量 ， 将 各层 混 凝 土 最 大 内 表 温差 控 制 在 2 5 以 内 ， 防止温度 裂缝 的产 生 。冷 却 水 管 采 用 3 2 m m 镀 锌钢 管 ， 底板 横 向布置 2排 、 侧墙 竖 向布 置 3排 、 顶 板 横向布置 3排 ， 间距均为 1 m。待混凝土浇筑 到各层 冷却 水管高程 后开 始通水 冷却 。为及 时掌握 混凝 土 内 部温 升与表 面温度 的变化 值 ， 在 主 体 结构 内埋设 若 干 个测温点 ， 每个测温点埋设测温管 。冷却水管和测温 管布 置见 图 1 。 3 5 0 1 00 0 R 图 1 冷却水 管和测温管布置 ( 单位 ： m m) 通 水冷却 方案 ： 在 混凝 土 初 凝 时 由专 人 负责 依 次开启 系统 的各个 循环 ， 往冷 却 管 内 注入 抽 取 的地 下 水； 第一 天采用最 大通水 量， 以带走更 多 的热 量； 次 日根据测温情况调节水流量 ， 当内部温度 与入水 温度相 差 2 0 ， 加 大 入 水 量 ， 当 温 差 在 2 0 2 5， 则减小入水量； 当出水 口水温趋于稳定 或混 凝土内外温差 5 ， 停止冷却 ； 使用完后的冷却水 管 内压 注 与混凝 土强度 等级 相 同的水泥砂 浆 。 2 4加强施 工质 量控 制 2 4 1控制 混凝 土的入 模 温度 降低混 凝土 的浇筑 温度 对控 制混凝 土裂缝 非常重 要 ， 相同的混凝土， 入模温度高的温峰值要比入模低的 大许 多 ， 本 工 程 控 制 混 凝 土 的 入 模 温度 最 大 不 超 过 2 8 。为此 ， 原材 料 要入 库 存 放 ， 不 能人 库 的要 进行覆盖 ， 降低材料 的温度； 尽量 降低拌合水 的温 度 ， 存储地下水的水箱用海绵麻袋覆盖保温 ； 加快混 凝 土的运输 和入 仓速 度 ， 减 少此过 程 的温度 回升 。 2 4 2混 凝 土 分 层 浇 筑 1 ) 要分 层 连 续 浇 筑 ， 采 用 斜 面分 层 法 浇 筑 ， 每层 的厚 度一 般按振 捣作 用半径 1 2 5倍 考虑 ， 并 0 3 m。 由两 边 向中间浇 筑 ， 斜 面坡 度 为 混凝 土 振 捣 时 自然 流 淌形 成 的坡 度 ， 以保 证 能 够 振捣 密 实 。混 凝 土 的浇 筑 应 连续进 行 ， 间歇 时间尽量 缩短 ， 并不超 过混 凝土 的初 凝 时间 ， 即次层 混凝 土应 在 前 层 混凝 土 初 凝前 浇 筑 完 成 ， 保证无 层 问冷缝 发生 。 2 ) 混 凝土 自由下 落高 度超 过 2 m 时 ， 应 采用 串筒 或 溜槽下 落 ， 以保证 混凝 土拌合 物不 发生离 析现象 。 3 ) 及 时清 除混凝 土 浇筑 过 程 中汇 集 的 表面 泌 水 ， 如在浇筑过程中遇到降雨 ， 应用彩条布遮盖大体积混 凝 土上 空 。 2 4 3 混凝 土表 面处理 1 ) 混 凝 土施 工 完毕 后 ， 在初 凝 之前 对 混 凝 土表 面 抹 压收 浆 ， 以清除混 凝土 表面早 期产 生 的塑性裂缝 。 2 ) 混凝土表面用 麻袋 覆盖并洒 水进行保温保湿 养 护 。侧模外 挂麻 袋保 温 ， 根 据 测 温结 果指 导养 护 工 作 ， 将 降温速 度控 制在 2 d ， 养护 时间 1 4 d 。 3 ) 浇水次数以保 持混凝 土在整个养护期 间内处 于湿润 状态 为度 。 当气温 较 低 时 ， 覆 盖麻 袋 保 温保 湿 养 生 ， 气 温较 高时 ， 采用洒 水养 护 。这样 既可控制 混凝 土表面 温度 与 内部 温 度或 气 温 的差值 ， 防止 混凝 土 开 裂 。同时 ， 还 可 以有效地 防止 混凝 土表 面发生龟 裂 。 4 ) 混 凝 土 养 护 至其 强 度 达 到 1 2 MP a以上 方 可 在 其上 行人 。 2 4 4 实时温度监控 专 人负责 定 时对大气 温度 、 混凝 土表 面温度 、 测温 点温度进行监测。第 15 d每 2 h测温 1次 ， 第 6 d 后每 4 h测温 1次 ， 测至温度稳定为止 。测点温度监 测结果见表 1 。从温度监测结果来看 ， 本工程温度裂 缝 预防措 施达 到 了预期 目标 。 r。 L 2 0 1 1年第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 7l 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 7 1 - 0 4 加筋格宾挡墙施工关键技术研究 祝 和 意 ， 马 晓华 ( 1 陕西铁路工程职业技术学院 ， 陕西 渭南7 1 4 0 0 0 ； 2 中铁七局集 团 第二工程有限公 司， 西安7 1 0 0 0 0 ) 摘要 ： 本 文 围绕加 筋格 宾这 一加 筋土 工程 的新 结构 ， 全 面 阐述 了其 结构特 点 、 结构 系统 、 工艺原理 和施 工 工 艺流程 。重 点研 究 了施 3 - 关键技 术 ， 提 出 了施 工要 点 、 监 控 量测 和质 量控 制方 法 和措施 ， 有 效保 证 了 工程 质量 ， 可为 同类 工程施 工提供 借鉴 。 关键 词 ： 加 筋格 宾 施 工 工艺 关键 技 术 中图分 类号 ： U 2 1 3 1 5 2 2文 献标 识码 ： B 自2 0世纪 6 0年代法国岩土工程师 H e n r i V i d a l 提 出土 的加 筋理 论至 今 ， 已有 近半 个世 纪之久 。期 间 ， 随 着加筋结构的修建 ， 加筋理论不断完善， 常用的土工材 料诸如土工格栅 、 土工布等早 已司空见惯。然而， “ 加 筋格宾” 作为一种新型的加筋材料在 中国还很少见 ， 只是最近 两 年 在 南 方 高 速 公 路 的 路 基 防 护 中有 所 应 用 。鉴于工 程实 体项 目的特 殊 性 ， 在 国 内没有 规 范 可 收稿 E t 期： 2 0 1 0 1 0 - 1 4 ； 修回 E t 期 ： 2 0 1 1 - 0 2 1 5 作者简 介： 祝和意( 1 9 7 9 一 )， 男 ， 陕西旬 阳人 ， 讲师 ， 硕士。 鉴 ， 也 没有类 似工 程经 验可循 ， 对加 筋格 宾挡墙 施工关 键技术 研究 就显得 十 分必要 。 加 筋格 宾是加 筋 土工程 的新结 构 、 新 技术 ， 是 由机 编双绞合六边形低碳钢丝网面制成的、 内装片石的箱 型工程 构件 。格宾 在 施工 现 场 经 片石 填 充 ， 构 成具 有 柔 性 、 透 水性 、 及整体 性 的结 构 ， 其 施工 工 艺 有别 于 传 统 的干砌 石 、 浆 砌 石 、 混 凝 土 、 预 制 块 等结 构 。 目前 国 内尚无相 关 的规 范 、 规 程 指 导设 计 与施 工 。本 文 全 面 阐述 了这 种结 构施 工 的关 键技 术 和方 法 ， 以 供相 关 工 程技 术人 员参考 。 表 1温 度 监 测 值 3 结 语 对属 于大体 积混凝 土 的市政 隧道 这一 类 比较 特殊 的大体积混凝土结构 ， 其施工 中的温度控制具有一定 的特殊性 ， 而相关 的研究较少 。因此 ， 针 对大体积 混凝 土隧道 的温度 控 制 显 得 尤 为重 要 。实 践 证 明 ， 通 过对 其原材料 进行 严格 控 制 、 采 用 “ 双 掺 技术 ” 优 化 配 合比、 应用通水冷却方法带走水化产生的热量 ； 采用温 度监控技 术准 确掌 握混凝 土 内外温 度变 化情 况并调 节 通水量 、 加强对施工的质量控制等措施 ， 能够有效地控 制混凝土内部的绝热温 升， 避免和减少 了混凝土裂缝 的产生， 保证了混凝土质量。当然 ， 采用了上述措施以 后 ， 增 加 了工程造 价 ， 宜 研究 建 立 施 工成 本 优 化模 型 ， 尽 量 降低施 工成本 。 参 考 文 献 1 覃荷瑛 ， 赵艳林 ， 邢心魁 某 寒区 隧道 裂缝成 因与防治 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ， 2 4 6 ( 4 ) ： 1 2 8 1 2 9 f 2 杜晓玲 ， 赵世 忠 大 体积 混凝 土隧道 裂缝 分析及 软件 开发 J 施 工技 术 ， 2 0 1 0， 3 9 ( 5 ) ： 2 2 2 5 3 周解慧 超长混凝土结构整体浇筑施 工技术 J 铁道建筑 ， 2 01 0( 6) ： 1 2 6 - 1 2 9 4 田慧生 高寒地区混凝土构筑物 裂缝成 因及 预防 J 混凝 土 ， 2 0 0 5， 1 9 2 ( 1 0) ： 6 6 6 9 5 于旭东 ， 叶硕 西 堠 门大桥 南锚碇 大体 积混 凝土温 度控制 J 世界桥梁 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 7 2 7 5 6 高明德 大体积混凝土施工工艺及质量控制 J 铁道建筑 ， 2 0 0 7( 3 )： 9 8 9 9 7 卢 晓 市政隧道大体积混 凝土裂 缝 的控 制研 究 D 上海 ： 同济大学 ， 2 0 0 7 ( 责任 审编 赵其文)