盾构管片裂纹分析报告-修改稿

关于管片抗弯试验产生裂纹分析报告

随着技术进步、认识提高、综合财力的增强，特别是盾构施工的明显优势(工期、质量、安全等诸多方面的优势)，盾构法施工越来越多的被地铁建设所接受。盾构法施工所需钢筋混凝土管片需要提前预制，预制管片对抗压、抗渗、耐久性等有较高要求，一旦管片本身出现缺陷，可能就会产生灾难性的后果。管片在预制过程中裂缝出现的概率很高，即使非常有经验的生产商也常会发生类似、重复的问题。

随着盾构施工水平的不断提高，管片在施工方面仍有许多技术难点和重点，需要再认识、再提高、再加强。管片裂纹防治技术是其中最重要的技术问题之一。根据大地普瑞新型材料水泥构件厂为中铁一局D4—TA09标生产的管片在11月14日管片(2013年7月25日生产，型号T6-A2)抗弯试验过程中出现的裂纹问题，同步试验中力高建筑构件有限公司生产的同型号管片在抗弯试验中未出现裂纹的现象，经事后对两个厂家的生产工艺和原材料控制，混凝土质量，钢筋结构的制作及混凝土浇筑成型，管片构件的蒸养，养生，各环节的对比分析，梳理出以下几点造成裂纹的因素，就受力产生裂纹原因做如下分析：一，管片抗弯试验裂纹生产分析。

管片抗弯试验装置示意图：

1、出现裂纹的位置在管片内表面D1 D2 D3位置处，其次可能出现在侧面拱脚的位置（拱脚位置未出现裂纹），产生的原因为通过管片顶部施加压力，管片受力如同简支梁一样，在中部弯矩作用下，管片内表面受拉，外表面受压，而混凝土受拉强度远远低于受压强度，故在管片内表面优先出现受拉裂纹，受力裂纹呈纵向走向为主。侧面拱脚处没有裂纹（如有可分析为支座附近由于剪力左右产生的竖向裂纹，因没有出现便不做分析）因为管片试验严格意义上来说跟拱桥受力原理相同，拱脚位置受力比较复杂。

2、试验参考标准GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》执行，采用短期静力荷载法。

3、根据规范管片受力裂纹宽度执行规范为对非预应力混凝土裂缝的要求。(受压后容许生成的裂纹最大宽度限值为0,2mm，经裂缝刻度放大镜观测裂纹最大宽度为0,14mm)

4、在设计荷载下，对该构件进行荷载试验时管片产生的裂缝最大宽度未超过规范允许值0.2mm，故该构件合格。

5，因管片结构钢筋制作时人为产生的数据误差，导致结构钢筋在模具内定型时有所微量偏移，因此在混凝土浇筑后就形成管片钢筋保护层厚度不均等，在受拉力时内侧也易产生裂纹。

二，预制管片裂纹成因分类

1, 1管片外弧面裂纹主要有两种：

1)在水养之后出现的龟裂纹。龟裂纹在管片生产中是比较普遍的，同时也是管片最主要的裂纹，在管片湿润情况下才易看出，龟裂是属于裂缝的一种，是一种微细裂纹。

2)在蒸养之后出现的裂纹，属于浅表性裂纹，蒸养后出现的裂纹属于混凝土表面收缩裂纹，该裂纹是由于混凝土表面温度不均造成的。1．2管片侧面裂纹

这种裂纹主要是混凝土在干湿交替温度变化过程中混凝土碳化收缩产生的碳化收缩裂纹。但是混凝土表面的碳化(C a(0 H )2 的碳化)并不需要很长时间，其在几个小时之内就可能发生，再加上干缩的叠加作用，当混凝土表面抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时，将导致混凝土的开裂，从而产生微细裂纹。一般来说：碱度越高碳化越慢。

1．3管片预留孔部位裂纹

管片预留孔部位裂纹在蒸养后出现。裂纹较细但连续，整个管片呈八字形。预留孔越大，裂纹越大、越明显。该裂纹主要是由于以下几方面原因综合导致：

1)预留孔断面设计较大，断面突变易产生裂纹。

2)混凝土在水化过程中产生较大自收缩与钢模受热膨胀较大产生温度集中应力的叠加，产生45°方向的表面收缩裂纹。管片裂纹出现属于塑性收缩裂纹非结构性裂纹。由于管片直径和体积、厚度等因素且是弧面形状，易产生表面收缩裂纹。（裂纹产生机理：混凝土收缩拉应力大于混凝土抗拉强度的增长而造成的）。

三，施工不同阶段出现裂纹成因分析

3 ．1配合比确定

1)基准配比确定。因管片内部会产生大量的水化热，如果外部环境温度较低，在未进行蒸养之前管片内外便会产生较大温差，管片的表面抗拉强度一旦达到极限，就会出现大面积的龟裂，即使不影响管片的正常使用，也会对工程的耐久性产生很大的影响，所以基准配合比在试配阶段就应该考虑在达到设计强度及抗渗要求的前提下，尽量掺加粉煤灰或矿粉等掺合料，减少水泥用量，降低水化热的产生。

2)施工配比确定。管片的施工配合比不仅关系到成品的强度、抗渗等设计指标，同时对表观质量也起很大的决定作用，因此必须每次开盘前进行砂石含水率测定，另外遇天气突变降雨也随时测定，并即时更新施工配合比。

3．2混凝土浇筑及收光

1)混凝土浇筑管片内部会产生大量水化热，因此必须尽量缩小浇筑时间，使得整片管片混凝土终凝前内外温差缩小到最小，减少温度应力造成的表面裂纹，另外管片混凝土的浇筑，尽量保持同片管片混凝土坍落度的一致，也是裂纹减少的有力措施之一。

2)混凝土收光。混凝土在浇筑完毕到终凝开始蒸养需要较长的时间，除了可能因为内外温差产生温度收缩裂纹以外，混凝土表面水分的流失也会造成干缩裂纹的出现，因此收光工艺按第一次抹压、第二次抹压、第三次收水、第四次收水操作程序进行抹面收水，可以最大程度的避免裂纹的出现。

3．3蒸养

蒸养是管片生产过程中最重要的一环，也是裂纹出现概率最大的时段，过程控制的好坏直接关系到管片的最终质量。一般情况下蒸养温度的增高，会增加裂纹出现的概率，蒸养只是追求短期效益的一种目的行为，因此尽量降低蒸养温度不仅可以更好的提高管片质量，同时也可以减少温度与混凝土水化热的叠加以便减小温差裂纹的出现概率。

3 、4水养

水养是管片完成的最后一关，也是裂纹出现的最后机会，水养的水温和水质都会造成管片表面出现龟裂。管片必须严格降温或对养护水进行加温，管片的温度和养护水的温度只有相差10 ℃以下才能保证避免温度收缩裂纹的出现。由于混凝土表面的碳化(C a(O H )的碳化)并不需要很长的时间，其在几个小时之内就可能发生，所以养护水的水质也需要严格要求，保持石灰饱和溶液是杜绝裂纹的最好措施,各地的施工条件不同，但是保证7 d 的水养后进行淋水养护也是避免裂纹出现的必要措施。

3.5管片生产过程中防止裂纹出现的措施；

1)混凝土表面短时间的C a (OH )2 的碳化也是产生表面龟裂的一个重要原因。

2)管片表面龟裂是一种细微裂纹，与一般工程所指的裂纹不同，只有在干湿和冷热交替的作用下才会出现。

3)突破现有规范对蒸养的束缚，尽量降低蒸养温度减少与水化热温度的叠加，可有效降低管片裂纹出现的概率。

4)掺加粉煤灰和矿渣等可减少水泥用量，降低水化热，减小大体积管片裂纹出现的概率。

5)严格控制混凝土质量根据现场材料及时更新优化施工配合比，保证塌落度稳定，和易性良好。

6)严格按照图纸进行管片结构钢筋的绑扎制作，特别控制好135°弯钩的配置，

7)严格控制结构钢筋入模定位，避免因结构钢筋偏移造成管片承受荷载时的应力集中而加大了裂纹的概率。

8)严格控制管片钢筋保护层厚度。

中铁济南工程建设监理公司D4-TJ04标监理部

试验工程师；赵海林

2013年11月21日