南京地鐵某工程盾構(gòu)隧道預(yù)制砼管片配合比設(shè)計(jì)計(jì)算

南京地鐵某工程盾構(gòu)隧道預(yù)制砼管片配合比設(shè)計(jì)計(jì)算摘要：本文以南京地鐵某工程區(qū)間隧道為例，將所采用的盾構(gòu)預(yù)制砼管片設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、防水等級(jí)等進(jìn)行綜合考慮，按照砼配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和檢算，并通過(guò)試驗(yàn)室試配情況和生產(chǎn)預(yù)制出來(lái)后的管片實(shí)際情況進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，均滿足實(shí)際施工及使用的需要，希望以此能為類似工程項(xiàng)目提供一些參考。關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)隧道預(yù)制砼管片配合比設(shè)計(jì)技術(shù)一、工程情況簡(jiǎn)介南京地鐵某工程項(xiàng)目區(qū)間單線延長(zhǎng)米2044.935m，覆土厚度11m~19m，采用盾構(gòu)法施工，由盾構(gòu)機(jī)選型可知，盾構(gòu)機(jī)采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。隧道采用單圓斷面型式，錯(cuò)縫拼裝預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌。盾構(gòu)隧道管片采用錯(cuò)縫拼裝，全環(huán)由6塊組成，即3塊標(biāo)準(zhǔn)塊（A型），2塊鄰接塊（B型）和1塊封頂塊（K型）；管片外徑6200mm，內(nèi)徑5500mm，厚350mm，環(huán)寬1.2m。為擬合曲線，管片設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎環(huán)和右轉(zhuǎn)彎環(huán)三種類型，轉(zhuǎn)彎環(huán)管片楔形量為37.2mm。另外，聯(lián)絡(luò)通道處設(shè)置鋼管片和特殊襯砌環(huán)進(jìn)行過(guò)渡；管片間采用彎曲螺栓連接，在管片環(huán)面外側(cè)設(shè)有彈性密封墊槽，內(nèi)側(cè)設(shè)嵌縫槽。環(huán)縫和縱縫均采用環(huán)向螺栓連接；管片強(qiáng)度等級(jí)為C50，防水等級(jí)為P10；盾構(gòu)隧道的防水等級(jí)為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以管片混凝土自身防水，管片接縫防水，隧道與其它結(jié)構(gòu)接頭防水為重點(diǎn)，盾構(gòu)隧道管片采用彈性密封墊和嵌縫兩道防水并結(jié)合管片背后注漿的方式對(duì)隧道進(jìn)行防水。根據(jù)以上情況，我們進(jìn)行了砼配合比的設(shè)計(jì)和計(jì)算，并按照其防水性能指標(biāo)分P10、P12兩種規(guī)格進(jìn)行了試配。二、設(shè)計(jì)依據(jù)：1.《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-20002.《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-20023.《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50107-2010三、配合比設(shè)計(jì)技術(shù)條件1.使用部位：盾構(gòu)管片2.拌合方法：機(jī)械攪拌3.要求坍落度：40-60mm4.設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)：C505.抗?jié)B等級(jí)：P106.標(biāo)準(zhǔn)差：6.0Mpa7.試配強(qiáng)度：59.9MPa8.外加劑摻量：0.6%9.粉煤灰摻量：5%10．礦渣微粉摻量：5%四、使用原材料情況1.水泥：江南小野田P.II52.5級(jí)水泥2.砂：江西贛江中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.63.碎石：石灰?guī)r，5-25mm碎石（句容峰家山)4.粉煤灰：I級(jí)粉煤灰(南京蘇力電力粉煤灰有限公司)5.礦渣微粉：S95級(jí)礦粉(南鋼嘉華）6.外加劑：20HE聚羧酸外加劑(西卡)7.拌合用水：飲用自來(lái)水五、原材料檢測(cè)結(jié)果1、砂：砂表觀密度：2600Kg/m3、砂堆積密度：1540Kg/m3、空隙率41%；砂含泥量1.4%、砂泥塊含量0.5；砂細(xì)度模數(shù)2.6；2、碎石：碎石表觀密度：2800Kg/m3、石子堆積密度：1540Kg/m3、空隙率45%；碎石壓碎值7.8%；碎石針片狀4%；碎石篩分合格；3、礦粉：礦粉表觀相對(duì)密度：2897Kg/m3；礦粉含水率：0.1%；4、粉煤灰：粉煤灰表觀相對(duì)密度：2200Kg/m3；粉煤灰含水率0.2%；5、水泥：水泥密度3039Kg/m3；水泥安定性合格；比表面積3770cm2/g；標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.6%；凝結(jié)時(shí)間：初凝130min終凝205min3天抗折強(qiáng)度6.1MPa；28天抗折強(qiáng)度9.3MPa；3天抗壓強(qiáng)度33.3MPa；28天抗壓強(qiáng)度57.9MPa；六、P10混凝土配合比設(shè)計(jì)：1.混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,o:fcu,o=fcu,k+1.645σ=50+1.645*6=59.9MPa其中fcu,o----------混凝土配制強(qiáng)度（MPa）fcu,k----------混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）σ----------混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）2.C50混凝土水膠比計(jì)算W/C=аa(bǔ)*fce,g(fcu,o+аa(bǔ)аbfce,g)=0.46*52.5/(59.9+0.46*0.07*52.5)=24.15/61.59=0.392式中аa(bǔ)，аb————————回歸系數(shù)，分別取0.46、0.07fce,g————————水泥強(qiáng)度等級(jí)值（MPa）因管片混凝土屬于塑性混凝土，要求的坍落度較小，根據(jù)要求經(jīng)試配調(diào)整水膠比定為0.3253.單方混凝土的用水量根據(jù)外加劑的減水率及混凝土坍落度要求，試配調(diào)整（混凝土目標(biāo)坍落度為4-6cm）確定單方混凝土的總用水量為mwo=136.5kg，外加劑的含固量20.3%，4.單方混凝土的膠凝材料用量mco=mwo/(W/C)=136.5/0.325=420（kg）5.單方混凝土粉煤灰用量：粉煤灰摻量為膠凝材料總量的5%，且等量取代水泥mFA=420*5%=21.0（kg）6.單方混凝土S95級(jí)礦渣微粉用量：礦渣微粉摻量為膠凝材料總量的5%，且等量取代水泥mS95=420*5%=21.0（kg）7.單方混凝土水泥用量：mC=mco-mFA-mS95=420-21.0-21.0=378（kg）8.單方混凝土外加劑用量：外加劑摻量為總膠凝材料用量0.6%，則單方混凝土外加劑用量為mAD=420*0.6%=2.52（kg）9.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定混凝土砂率βS為38%（體積砂率）10.采用體積法確定粗細(xì)骨料用量（ms,mg）mC/ρC+mg/ρg+ms/ρs+mw/ρw+mfa/ρfa+mS95/ρS95+0.01а=1βs=(ms/ρs)/(mg/ρg+ms/ρs)*100%=38%式中ρC——————水泥密度（kg/m3），取3039kg/m3ρg———粗骨料的表觀密度（kg/m3），取2800kg/m3ρs———細(xì)骨料的表觀密度（kg/m3），取2600kg/m3ρw———水的密度（kg/m3），取1000kg/m3ρfa———粉煤灰的密度（kg/m3），取2200kg/m3ρS95———礦渣微粉的密度（kg/m3），取2897kg/m3а——混凝土的含氣量百分?jǐn)?shù)，外加劑為非引氣型，故а取為1ms=718kg,mg=1172kg單方混凝土的總用水量為mwo=136.5kg，外加劑的含固量為20.3%，則單方混凝土的凈用水量為m=136.5-2.52*0.797=135KgC50混凝土配合比如下：?jiǎn)挝唬↘g）/m³，塌落度：50㎜11、混凝土凝結(jié)時(shí)間：初凝3.5h終凝5.0h12、混凝土拌合物表觀密度：2490Kg/m313、混凝土泌水率：無(wú)泌水14、混凝土力學(xué)性試驗(yàn)：抗壓強(qiáng)度：9個(gè)小時(shí)脫模強(qiáng)度：24.6MPa；24小時(shí)脫模：38.7MPa；R7=60.9MPa；R28=66.4MPa抗?jié)B滿足P10要求。七、P12混凝土配合比設(shè)計(jì)：1.混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,o:fcu,o=fcu,k+1.645σ=50+1.645*6=59.9MPa其中fcu,o----------混凝土配制強(qiáng)度（MPa）fcu,k----------混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）σ----------混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）2.C50混凝土水膠比計(jì)算W/C=аa(bǔ)*fce,g(fcu,o+аa(bǔ)аbfce,g)=0.46*52.5/(59.9+0.46*0.07*52.5)=24.15/61.59=0.392式中аa(bǔ)，аb——————回歸系數(shù)，分別取0.46、0.07fce,g————————水泥強(qiáng)度等級(jí)值（MPa）因管片混凝土屬于塑性混凝土，要求的坍落度較小，根據(jù)要求經(jīng)試配調(diào)整水膠比定為0.313.單方混凝土的用水量根據(jù)外加劑的減水率及混凝土坍落度要求，試配調(diào)整（混凝土目標(biāo)坍落度為4-6cm）確定單方混凝土的總用水量為mwo=140kg，外加劑的含固量20.3%，4.單方混凝土的膠凝材料用量mco=mwo/(W/C)=140/0.31=450（kg）5.單方混凝土粉煤灰用量：粉煤灰摻量為膠凝材料總量的10%，且等量取代水泥mFA=450*10%=45.0（kg）6.單方混凝土S95級(jí)礦渣微粉用量：礦渣微粉摻量為膠凝材料總量的5%，且等量取代水泥mS95=450*5%=22.5（kg）7.單方混凝土水泥用量：mC=mco-mFA-mS95=450-45.0-22.5=382.5（kg）8.單方混凝土外加劑用量：外加劑摻量為總膠凝材料用量0.6%，則單方混凝土外加劑用量為mAD=450*0.6%=2.7（kg）9.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定混凝土砂率βS為38%（體積砂率）10.采用體積法確定粗細(xì)骨料用量（ms,mg）mC/ρC+mg/ρg+ms/ρs+mw/ρw+mfa/ρfa+mS95/ρS95+0.01а=1βs=(ms/ρs)/(mg/ρg+ms/ρs)*100%=38%式中ρC——————水泥密度（kg/m3），取3039kg/m3ρg———粗骨料的表觀密度（kg/m3），取2800kg/m3ρs———細(xì)骨料的表觀密度（kg/m3），取2600kg/m3ρw———水的密度（kg/m3），取1000kg/m3ρfa———粉煤灰的密度（kg/m3），取2200kg/m3ρS95———礦渣微粉的密度（kg/m3），取2897kg/m3а——混凝土的含氣量百分?jǐn)?shù)，外加劑為非引氣型，故а取為1ms=724kg,mg=1181kg單方混凝土的總用水量為mwo=140kg，外加劑的含固量為20.3%，則單方混凝土的凈用水量為m=140-2.7*0.797=138KgC50混凝土配合比如下：?jiǎn)挝唬↘g）/m³11、混凝土凝結(jié)時(shí)間：初凝2.5h終凝4.5h12、混凝土拌合物表觀密度：2500Kg/m313、混凝土泌水率：無(wú)泌水14、試件成型情況：抗壓試件：3d,7d，28d各1組，抗?jié)B試件2組15混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度：R3=52.2MPa；R7=68.1MPa；R28=74.3MPa；抗?jié)B試件滿足P12要求。八、結(jié)束語(yǔ)根據(jù)本工程盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)特點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)需適應(yīng)粉質(zhì)粘土、混合卵石土、強(qiáng)風(fēng)化巖、局部中風(fēng)化堅(jiān)硬巖層，地質(zhì)土層變化大、軟硬交錯(cuò)，對(duì)盾構(gòu)管片砼的綜合性能要求很高，為此，我們專門(mén)對(duì)盾構(gòu)預(yù)制砼管片配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，通過(guò)試驗(yàn)室試配以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工檢驗(yàn)情況，預(yù)制砼管片外