軌道交通工程側(cè)墻大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

馮永偉

摘要：近年來，我國的交通行業(yè)有了很大進(jìn)展，軌道交通工程建設(shè)越來越多。為減少軌道交通工程車站側(cè)墻大體積混凝土的開裂，通過配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)、側(cè)墻試驗(yàn)段分段的開裂風(fēng)險(xiǎn)評估及混凝土的澆筑、振搗、拆模與養(yǎng)護(hù)控制，確定引起側(cè)墻混凝土開裂的主要因素是混凝土的外約束作用。分析結(jié)果表明，側(cè)墻分段長度宜為16m，試驗(yàn)段的溫度、應(yīng)變、力學(xué)性能、裂縫情況對比結(jié)果表明，車站側(cè)墻大體積混凝土應(yīng)保溫保濕養(yǎng)護(hù)至少14d齡期，配合比使用后期收縮補(bǔ)償能力較強(qiáng)的氧化鎂類抗裂劑。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土，裂縫，開裂風(fēng)險(xiǎn)評估，應(yīng)變，氧化鎂

地鐵軌道建設(shè)的范圍較廣，期間會涉及到多樣化的地質(zhì)土層，其中地裂縫就是地鐵軌道中常見的特殊地質(zhì)，地裂縫土質(zhì)屬于一類地區(qū)性地質(zhì)災(zāi)害，地裂縫區(qū)域的建筑物會受到一定程度的破壞，導(dǎo)致建筑物缺乏穩(wěn)定性，當(dāng)?shù)罔F軌道施工中涉及到地裂縫時就要把控好施工技術(shù)的應(yīng)用，完善地鐵軌道大體積混凝土裂縫的施工操作。

一、工程概況

軌道交通工程某地下車站側(cè)墻混凝土尺寸為：長×高×厚=21m×4.96m×0.7m，采用C35普通混凝土配合比，以往同類工程側(cè)墻施工完成后，極易出現(xiàn)大面積的混凝土開裂現(xiàn)象，為減少車站側(cè)墻混凝土的開裂現(xiàn)象，將車站側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土作為大體積混凝土進(jìn)行施工控制，擬采用C35/P10大體積混凝土，利用側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土施工應(yīng)力計(jì)算分析，將側(cè)墻分段長度控制在16m，同時加強(qiáng)混凝土的澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等施工質(zhì)量控制來降低側(cè)墻混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力。

二、混凝土配合比

混凝土主要由膠凝材料、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑等材料組成。大體積混凝土由于在澆筑時會產(chǎn)生大量水化熱，軌道結(jié)構(gòu)邊緣直接與大氣環(huán)境接觸，其熱量交換速率較快，此時軌道結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部受熱膨脹而表層降溫收縮，因此導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋等缺陷和表面產(chǎn)生裂縫，后期混凝土的收縮和溫度變形加劇了裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。所以在配合比階段要優(yōu)選級配優(yōu)良的骨料、合適強(qiáng)度等級的水泥品種，積極采用摻合料和混凝土外加劑，來降低水泥用量、降低水化熱，改善混凝土工作性和降低混凝土成本，掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的應(yīng)用，氧化鈣類抗裂劑主要補(bǔ)償混凝土的早期收縮，優(yōu)選水化速度緩慢的氧化鎂抗裂劑，利用其良好的力學(xué)性能和特有的延遲膨脹性來補(bǔ)償大體積混凝土的收縮和溫度變形，提高混凝土自身的抗裂能力，以防產(chǎn)生裂縫。

通過配合比設(shè)計(jì)和驗(yàn)證確定使用62%水泥、20%粉煤灰、10%礦粉、8%氧化鎂抗裂劑的膠凝材料體系效果較好，配制出來的混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性優(yōu)良。

三、裂縫數(shù)據(jù)及圖像的獲取

混凝土表面裂縫數(shù)據(jù)采集應(yīng)記錄裂縫數(shù)量及每條裂縫長度、寬度及深度，裂縫寬度取最寬處量測，深度應(yīng)在沿裂縫十字交叉線鑿取至裂縫底部測。同時軌道交通混凝土裂縫寬度一般較小，獲取裂縫圖像質(zhì)量的好壞影響著圖像識別的成功與否。而成像設(shè)備的選用、光源的設(shè)置、拍攝距離和角度等關(guān)系著圖像的質(zhì)量。在拍攝過程中應(yīng)采用像素較高數(shù)的碼相機(jī)，避免側(cè)斜射的主光源，拍攝方向要垂直于裂縫所在位置的切線方向，近距拍攝使每條裂縫在寬度范圍內(nèi)包含的像素較多以便更清晰更易識別。通過試驗(yàn)段的施工，該側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)明顯裂縫，滿足該項(xiàng)目混凝土的施工要求。

四、現(xiàn)場施工工藝

（1）軌道側(cè)墻混凝土是采用軌排支架法現(xiàn)場澆筑施工，若在側(cè)墻混凝土澆筑前雙塊式軌枕底面和四周清理不徹底，潤濕程度不夠，會導(dǎo)致新舊混凝土粘接強(qiáng)度偏低。由于混凝土在凝固過程中會發(fā)生塑性變形，因此在新舊混凝土界面處發(fā)生界面破壞，進(jìn)而形成軌枕周邊離縫和“八”字裂縫。（2）混凝土的入模溫度偏高會增加其自身在凝固過程中的塑性變形，泵送混凝土還會導(dǎo)致側(cè)墻混凝土后期的干縮形變量增大，而側(cè)墻混凝土干縮形變量過大最終會導(dǎo)致在側(cè)墻薄弱位置處產(chǎn)生裂縫。（3）側(cè)墻兩側(cè)的混凝土是通過振搗棒振搗施工的，若在這個過程中振搗順序和振搗方式不當(dāng)，混凝土極易發(fā)生離析現(xiàn)象，即混凝土中的粗骨料下沉，表面混凝土膠凝物質(zhì)含量偏高，導(dǎo)致側(cè)墻表面混凝土收縮變形較大而產(chǎn)生裂縫。（4）側(cè)墻混凝土在澆筑完成后需采取妥善的保濕養(yǎng)生處理方式，即混凝土在凝固過程中還需要經(jīng)常灑水確保其表面濕潤狀態(tài)，并且使用土工布和塑料薄膜雙重覆蓋，以減少水分散失和隔離太陽輻射。為防止大風(fēng)將表面覆蓋物吹走，還要使用重物壓制或其他方式來固定其邊角位置。（5）在側(cè)墻混凝土澆筑完成但其自身還未達(dá)到一定強(qiáng)度時，為了防止雙塊式軌枕下沉和偏離設(shè)計(jì)幾何形位，需用軌排支架和工具軌對其進(jìn)行臨時固定。由于軌排支架和工具軌的熱膨脹系數(shù)與混凝土的熱膨脹系數(shù)不同，因此在日溫度升降荷載作用下，二者的溫度變形不協(xié)調(diào)。若在側(cè)墻混凝土初凝后未及時擰松工具軌的扣件螺栓，混凝土和工具軌的溫度不協(xié)調(diào)變形會導(dǎo)致雙塊式軌枕側(cè)面出現(xiàn)離縫和“八”字裂縫，且軌枕側(cè)面離縫以軌道板中點(diǎn)為對稱軸呈對稱分布?，F(xiàn)場觀測到軌枕側(cè)面離縫的寬度由工具軌端部向工具軌中點(diǎn)逐漸減小。

五、混凝土澆筑

混凝土澆筑在地裂縫段的地鐵軌道施工加固項(xiàng)目，例舉混凝土澆筑中的技術(shù)要點(diǎn)，如：（1）框架板地面、中心水溝的道床澆筑時參考框架板底面的角度高度，第二次澆筑時一定要沿著邊墻結(jié)構(gòu)，做延伸式的澆筑處理，（2）澆筑工程項(xiàng)目中的砼結(jié)構(gòu)時，提前檢查好鋼筋網(wǎng)架是否穩(wěn)固，修復(fù)有損壞的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)檢查合格后組織混凝土的澆筑工作，（3）地鐵軌道穿越地裂段施工時應(yīng)提前安排灌漿操作，嚴(yán)格遵循操作規(guī)程落實(shí)灌漿施工對基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)處理，適當(dāng)增加鋼筋配置數(shù)量，（4）混凝土澆筑過程中安排好振搗操作，結(jié)構(gòu)振搗的最佳間距是400mm，間隔20min后復(fù)振，振搗過程中的振搗器不能接觸鋼軌及支撐架，以免形成支撐變形和破壞，（5）振搗后對道床混凝土的表層實(shí)行抹面操作，預(yù)防出現(xiàn)收縮裂縫，抹平、搓毛的次數(shù)不能低于2遍，待混凝土澆筑后的12個小時之間實(shí)行灑水養(yǎng)護(hù)。

六、混凝土的振搗、拆模與養(yǎng)護(hù)措施

混凝土運(yùn)抵現(xiàn)場后，當(dāng)坍落度允許偏差超過±20mm時，由專業(yè)技術(shù)人員對混凝土工作性進(jìn)行二次調(diào)整，嚴(yán)禁通過加水調(diào)整混凝土坍落度?；炷琳駬v時，振搗棒應(yīng)快插慢拔，每一振點(diǎn)的振搗延續(xù)時間宜為20～30s，以混凝土不再沉落，不出現(xiàn)氣泡，表面呈現(xiàn)浮漿為度，防止過振、漏振?；炷敛鹉Ｒ酝瑮l件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的50%且混凝土內(nèi)表溫差不大于25℃、表面與環(huán)境溫差不大于20℃為依據(jù)。側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土拆模后1h內(nèi)對混凝土進(jìn)行覆蓋，覆蓋2層土工布進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，控制混凝土養(yǎng)護(hù)用水的水溫，養(yǎng)護(hù)水溫度與側(cè)墻混凝土表面溫度之差不宜大于15℃，不可將冷水直接澆于混凝土表面。

七、結(jié)語

綜上所述，地鐵大體積混凝土施工是一項(xiàng)重要的工程內(nèi)容，在地鐵穿越地裂縫的施工過程中要做好有效的控制措施，規(guī)劃好施工技術(shù)的要點(diǎn)，最主要的是提高地鐵大體積混凝土裂縫的技術(shù)水平，避免影響地鐵軌道的施工速度，促使地鐵軌道施工及運(yùn)營能夠達(dá)到規(guī)范性、穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。

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