混凝土管片裂纹分析及质量控制

混凝土管片裂纹分析及质量控制
摘要：针对管片较普遍存在的混凝土裂缝问题，通过多种防控手段，可以减少
管片的塑性裂缝，温差裂缝以及干缩裂缝等。

本文对多种防控手段加以分析，期
望对于混凝土管片裂纹的质量控制具有参考价值。

关键词：管片裂纹；防控手段；裂纹分析.
盾构在掘进阶段，根据不同的地质情况，盾构机的推力也不同，钢筋混凝土
管片的设计受压破坏强度远远大于盾构机的最大总推力，理想施工状态下，仅盾
构机的推力，是不足以造成管片混凝土受压破损的，但是在盾构掘进过程中，却
时常有管片裂纹情况的发生。

1、混凝土管片裂纹发生情况分析
1.1千斤顶撑靴与管片不吻合
管片在施工过程中为使使千斤顶推力缓和均匀的作用在管片上。

撑靴与推进
油缸的塞头是采用球铰连接，当管片与盾构机出现交角时，可保证撑靴平面与管
片密贴。

撑靴面不平整、撑靴扭转或球铰连接头损坏都会造成管片局部集中应力
过大、管片偏心受力，这种情况下易出现裂纹、掉角甚至掉块现象[1]。

1.2盾尾失圆或拼装后的管片失圆
盾构机在拆卸、运输和组装过程中，不注重盾尾保圆措施，或盾构出洞过程
中受到较大外力作用的情况下会造出盾尾失圆，一般横向直径增大的情况较多。

管片拼装成环后，横向、竖向直径出现偏差，大于设计允许偏差值，可以认为管
片已失圆。

盾尾和管片失圆后，将会导致衬砌与盾构机内壳之间的净距减少。

在
盾构机姿态与管片姿态稍有不一致时，就会在推进时盾构机盾尾板筋或盾尾刷挤
伤压管片外弧面，造成管片內弧面大面积破损、掉块。

2、管片生产过程中混凝土的裂缝控制
2.1配制管片高性能混凝土必须重视对水泥的选择。

应重点考察：①早期强
度和低温蒸养条件下（60℃以下）10h脱模强度。

②水泥碱含量。

③与外加剂
的适应性。

选择和高效减水剂适应性好的水泥可以取得良好的经济性和耐久性。

盾构管片高性能混凝土配合比设计的难点在于：较小坍落度的混凝土在浇注
时有良好的触变性；振动成型过程中石子基本不下沉，分层离析小；混凝土浇筑
后能够尽快失去流动度形成初始结构，易于抹面；早期强度高，满足24h周转两
次的要求等。

根据上海地铁盾构法隧道管片设计和生产技术指导意见，配合比主
要设计参数应满足如下几条：（1）水胶比控制在不大于0.35。

（2）胶凝材料总
量不少于450kg/m3。

水泥用量不得高于350 kg/m3（3）磨细矿渣和粉煤灰总掺
量不超过胶凝材料总量的22%。

（4）砂率一般控制在36%～40%。

2.2 混凝土裂缝是影响结构耐久性的重要因素。

当混凝土发生破坏时，常常
归因于养护、集料、掺和料或者质量控制，却很少考虑水泥的影响。

这可能是因
为同一类型的水泥一旦通过了标准试验就认为它们是一样的。

然而事实上，不同
厂家生产的同一类型的水泥，在抵抗混凝土开裂的能力方面有很大的差异。

因此，高性能混凝土必须重视对水泥的选择。

配制不易开裂的管片混凝土应重点考察以
下几个方面：（1）水泥早期强度好，并适合蒸汽养护，要求在低温蒸养条件下（60℃以下）盾构管片10h脱模强度≥20MPa。

根据经验，应选择强度等级不低于52.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

（2）为避免发生碱集料反应，水泥的
碱含量应严格控制在0.6%以下，水泥中氯离子含量不得超过0.06%。

C3A含量不
宜超过8%。

对于所选用的硅酸盐水泥其比表面积≤350㎡/Kg。

（3）从经济性和
耐久性两方面考虑，应选择与高效聚羧酸系列减水剂适应性好的水泥。

砂浆减水
率≥18%。

严禁使用氯盐类外加剂。

2.3掺合料是高性能混凝土不可缺少的组分之一，常用的掺合料有磨细矿渣、粉煤灰、硅灰等。

众多试验研究结果表明，磨细矿渣可以改善混凝土的和易性、
提高混凝土的耐久性，尤其是耐腐蚀性可得到较大幅度的提高。

粉煤灰应符合
GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的Ⅱ级或以上F类粉煤灰，粉煤灰的
应用应符合JGJ28《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规范》的规定；矿粉应符
合DB/TJ35《混凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉》、DB/TJ08-501-2008《粒化高炉
矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程》的S95矿粉。

2.4防治混凝土表面收缩裂缝，对骨料的要求也是必要的。

细骨料应符合
JGJ52《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》、GB50108《地下工程防水技
术规范》的中砂Mx=2.3~3.1，含泥量≤1.0%，不允许有泥块存在。

粗骨料应符合JGJ52《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》连续二级级配的碎石
（5~15mm占30%，15~25mm占70%），压碎值≤12%，含泥量不应大于1%，针
片状含量不宜大于12%。

2.5在管片的生产过程中不可避免的一个环节就是蒸养。

普通蒸养的温控是
会直接影响混凝土表面开裂问题。

我们制定的生产工艺如下
1、混凝土浇筑成型后可采用蒸汽养护或自然养护方式进行早期养护。

2、管片的前期养护采用罩式蒸汽养护、必须配备自动控制装置。

3、管片在恒温阶段相对湿度不得小于90%。

4、管片蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段进行，蒸养制度如下表：
5、蒸养过程中要观察蒸养工艺控制指标的符合性，若有偏差及时调节供汽量、控制温度，升、降温速度。

蒸汽养护结束，混凝土应达到20MPa以上方能脱模。

6、管片在未脱模前混凝土表面上盖的塑料薄膜不可揭开，特别在温差大湿
度大时更应注意以保证混凝土表面温湿度，防止温湿度下降太快而产生裂纹。

7、管片车间需设置静停区，管片蒸汽养护脱模结束后，应堆放在静停区内，管片脱模后应覆盖塑料薄膜，防止水份散失、温度下降过快。

在冬季和夏季管片
入水池前需采取保温、保湿措施。

在生产过程中一定要严格按照工艺要求操作，如果急速升温、降温会直接影
响到管片混凝土质量。

3、管片施工过程中的混凝土质量控制实例
某工程管片上预留有嵌缝槽。

管片混凝土本身的施工缝用弹性密封胶密封。

，保证隧道长期防水效果。

对隧道上半部拱顶45°范围作嵌缝密封，隧道下半部不
作嵌缝处理，采用可更换的遇水膨胀橡胶密封圈作为螺孔密封圈加强防水。

但道
床混凝土与管片间的施工缝要用遇水缓膨胀腻子防水，由嵌缝枪嵌填处理。

虽然
无法更换密封垫，但作为第二道防水线的嵌缝材料是容易剔除并重新嵌填新嵌缝
密封胶，螺栓孔衬砌环缝满足：长期防水过程中，仍保证在规定压力等于隧道实
际承受的最大水压下不渗漏。

短期防水要求密封材料因压缩产生的接触面应力大
于设计水压力；在出现最大计算变形量时。

预埋槽道表面采用多元合金共渗或热镀锌+绝缘封闭层，满足?铁路混疑土梁
配件多元合金共渗防腐技术条件（TB/T3274-2011）、渗层厚度不小于50μm。

热
轧带齿槽道及其紧固件需具备部级或国家级检测机构认证的耐腐蚀能力检测报告：耐防腐年限 100 年，其中热轧带齿槽道应满足铜加速醋酸盐雾试验（CASS）应不
低于 300 小时或中性盐雾试验（NSS）不于2400小时后不产生红锈，并满足热轧
带齿槽道需具备国家级检测机构认证的承载力耐火时效检测报告：热轧带齿槽道
满足?建筑设计防火规（GB/T50016-2014），在火烧的坏境下，耐火承载力不小于0.8KN，且满足RABZTV 标准温度曲线?建筑构件耐火试验可供选择和附加的试验
程序?（GB/T26784-2011）1200℃，120min 内，耐火承载力不丧失。

T型螺栓采用M12，应有自锁防松功能，并配套设置双六角螺母（合防松螺母）及防松垫圈；螺栓强度要求 8.8 级、螺母强度要求 8 级。

螺栓材质符合?紧固
件机械性能螺栓螺钉和螺柱?（GB/T3098.1-2010），螺母材质符合?紧固件机械性
能螺母粗牙螺纹?（GB/T3098.2-2000）相关要求。

T型螺栓（合螺母及垫圏）表面采用多元合金共渗+绝缘封闭层，厚度不小于50μm。

结语
人造气氛腐蚀试验盐雾试验?（GB/T10125-2012）、?金属基础上金属和其他
无机覆盖层经防腐蚀试验后的试样和试件的评级?（GB/T6461-2002）的要求。

管
片涂层需按?漆膜耐冲击测定法?（GB/T1732-1993）要求进行冲击试验，由50cm
高度落下，涂层应未出现裂纹、皱纹及剥落现象。

参考文献
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