鐵路隧道襯砌混凝土強(qiáng)度逐級(jí)衰減的防止措施

曹云彩（中鐵上海設(shè)計(jì)院上海先行建設(shè)監(jiān)理有限公司， 上海 200070）

0 引 言

工地試驗(yàn)室在進(jìn)行鐵路隧道襯砌混土凝配合比設(shè)計(jì)時(shí)，56 d 齡期的抗壓強(qiáng)度完全可以達(dá)到試配強(qiáng)度，而現(xiàn)場(chǎng)澆筑的襯砌混凝土達(dá)到齡期后，混凝土的回彈強(qiáng)度或鉆芯取樣抗壓強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況。究其原因，主要是受施工過(guò)程中各環(huán)節(jié)因素的影響，如混凝土原材料質(zhì)量不穩(wěn)定、工地現(xiàn)場(chǎng)混凝土入模前隨意加水、混凝土不振搗或振搗頻次不足等導(dǎo)致混凝土不密實(shí)、混凝土不養(yǎng)護(hù)或養(yǎng)護(hù)齡期不滿足規(guī)范要求等，繼而對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度逐級(jí)衰減。為此，筆者從混凝土配合比設(shè)計(jì)、原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量、混凝土拌和站管理、施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制、隧道襯砌工藝工裝配備、混凝土養(yǎng)生等方面進(jìn)行原因分析，并且提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，供業(yè)內(nèi)人士參考。

1 原因分析和應(yīng)對(duì)措施

1.1 混凝土配合比

1.1.1 原因分析

個(gè)別工地試驗(yàn)室在隧道襯砌混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，采用小樣樣品進(jìn)行試配，比如粗細(xì)骨料，沒有親自到砂石場(chǎng)取樣，只是采用材料供應(yīng)商提供的小樣樣品，不具代表性，因而用 56 d 齡期的配合比配制的混凝土，其抗壓強(qiáng)度也就存在失真的可能性。

1.1.2 應(yīng)對(duì)措施

（1）隧道襯砌混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇低堿的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，提前檢測(cè)水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和 3 d、28 d 抗折抗壓強(qiáng)度；按檢測(cè)的 28 d 實(shí)際抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試配，或水泥強(qiáng)度的富余系統(tǒng)按 1.0 倍計(jì)算。

（2）對(duì)于設(shè)計(jì)配合比采用的原材料，比如粗細(xì)骨料，試驗(yàn)室人員應(yīng)親自到砂石場(chǎng)取樣，不使用材料供應(yīng)商送來(lái)的樣品，確保樣品具有代表性，保證 56 d 齡期的配合比配置的強(qiáng)度能真實(shí)代表施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

（3）試驗(yàn)室在設(shè)計(jì)配合比時(shí)不可采用增加水泥摻量的方法來(lái)提高配合比的試配強(qiáng)度，膠凝材料摻量必須嚴(yán)格按照TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中“表 6.3.6 混凝土的最大膠凝材料用量限值”的要求執(zhí)行。

1.2 混凝土原材料

1.2.1 原因分析

近年來(lái)，我國(guó)大量開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，粉煤灰供不應(yīng)求。與此同時(shí)，粉煤灰質(zhì)量出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，甚至出現(xiàn)摻假現(xiàn)象。假粉煤灰無(wú)法改善混凝土的和易性，更無(wú)法滿足鐵路高性能混凝土的指標(biāo)要求。

減水劑質(zhì)量的優(yōu)劣也是原材料中一個(gè)重要的影響因素。施工單位普遍采用低價(jià)中標(biāo)原則，以應(yīng)對(duì)減水劑市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。他們以低價(jià)甚至低于成本價(jià)中標(biāo)，導(dǎo)致施工過(guò)程中進(jìn)場(chǎng)的減水劑質(zhì)量出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，從而影響了混凝土強(qiáng)度。

1.2.2 應(yīng)對(duì)措施

（1）監(jiān)理單位要求施工單位拌和站檢測(cè)組認(rèn)真做好進(jìn)場(chǎng)原材料的車檢工作。為了更好地控制粉煤灰質(zhì)量，常規(guī)檢查項(xiàng)目在細(xì)度、燒失量、需水比的基礎(chǔ)上增加游離氧化鈣；要求每座拌和站配備 200～500 倍顯微鏡對(duì)進(jìn)場(chǎng)的粉煤灰進(jìn)行球形玻璃微珠含量檢測(cè)，以防供應(yīng)商摻假。若粉煤灰車檢質(zhì)量不合格，則堅(jiān)決不卸貨，以保證粉煤灰的質(zhì)量穩(wěn)定性和混凝土的和易性，使襯砌混凝土滿足鐵路高性能混凝土的指標(biāo)要求。

（2）減水劑也是影響混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要因素。施工單位拌和站檢測(cè)組試驗(yàn)人員應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的每一車減水劑進(jìn)行車檢，快速檢測(cè)進(jìn)場(chǎng)減水劑的固含量、混凝土拌和物的拌和性能指標(biāo)（坍落度、坍落度 1 h 經(jīng)時(shí)變化量、泌水率等）；試驗(yàn)監(jiān)理及時(shí)見證檢測(cè)過(guò)程，檢測(cè)合格后方可卸貨，否則作退貨處理。通過(guò)加強(qiáng)進(jìn)場(chǎng)車檢，保證減水劑進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量。

（3）加強(qiáng)對(duì)拌和站粗細(xì)骨料倉(cāng)的巡視檢查。對(duì)進(jìn)場(chǎng)的每一車粗細(xì)骨料的含泥量、泥塊含量、針片狀含量、軟弱顆粒含量、云母含量等指標(biāo)進(jìn)行目測(cè)檢查，必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，特別是粗細(xì)骨料的地質(zhì)材料含泥量指標(biāo)易受雨天影響而波動(dòng)較大。含泥量是影響混凝土強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，必須嚴(yán)格把控好。

1.3 混凝土拌和站

1.3.1 原因分析

混凝土的拌和站出場(chǎng)質(zhì)量控制至關(guān)重要。檢測(cè)人員有時(shí)對(duì)混凝土開盤前砂石材料含水率的測(cè)試頻率不足，特別是雨天，未根據(jù)實(shí)際情況增大混凝土開盤前的含水率測(cè)試頻率，未根據(jù)砂、石料的實(shí)際含水率及時(shí)調(diào)整施工用水量，造成混凝土水灰比不穩(wěn)定，致使拌和站拌和出來(lái)的混凝土出現(xiàn)離析、坍落度超標(biāo)現(xiàn)象，影響混凝土強(qiáng)度。

1.3.2 應(yīng)對(duì)措施

（1）檢測(cè)人員應(yīng)按規(guī)范要求及時(shí)檢測(cè)混凝土開盤前砂石材料的含水率。特別是雨天，砂石含水率波動(dòng)較大，拌和站應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加大對(duì)混凝土開盤前含水率的測(cè)試頻率；監(jiān)理應(yīng)及時(shí)見證檢測(cè)，以防混凝土出現(xiàn)離析、坍落度超標(biāo)現(xiàn)象，繼而影響混凝土強(qiáng)度。

（2）混凝土必須作為半成品來(lái)驗(yàn)收，其出場(chǎng)質(zhì)量應(yīng)認(rèn)真檢測(cè)?；炷恋某鰴C(jī)溫度、坍落度、擴(kuò)展度、含氣量、泌水率等拌和物性能指標(biāo)必須滿足規(guī)范要求，拌和站必須嚴(yán)格按照 TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中“附錄表 B.0.2 混凝土拌和出場(chǎng)質(zhì)量記錄表”的要求進(jìn)行控制；試驗(yàn)監(jiān)理須加強(qiáng)拌和站混凝土出場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)管，若檢測(cè)出不合格，則絕不允許其出場(chǎng)。

1.4 施工現(xiàn)場(chǎng)

1.4.1 原因分析

施工單位試驗(yàn)人員配置數(shù)量不足，未考慮工地現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土的人員，導(dǎo)致混凝土入模前未及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行入模溫度、含氣量、坍落度等性能指標(biāo)的檢測(cè)，或以拌和站混凝土出場(chǎng)檢測(cè)代替入模前檢測(cè)。

由于混凝土罐車未在運(yùn)輸途中開啟自轉(zhuǎn)裝置且運(yùn)途較遠(yuǎn)，混凝土發(fā)生離析、坍落度損失過(guò)大等情況，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，流動(dòng)困難。

C35 混凝土配合比配制強(qiáng)度為 43.2 MPa，配合比設(shè)計(jì)用水量為 160 kg，坍落度設(shè)計(jì)范圍為 160 mm～200 mm。坍落度實(shí)測(cè)值為 175 mm，56 d 齡期抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為 45.7 MPa。試驗(yàn)室通過(guò)室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示：C35 混凝土配合比每增加 1 kg 水，坍落度增加 5.0 mm～10.0 mm，56 d 齡期抗壓強(qiáng)度下降 0.8 MPa～1.1 MPa。由此可見，在施工現(xiàn)場(chǎng)或在運(yùn)輸途中私自往混凝土罐車內(nèi)隨意加水，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響非常大。

1.4.2 應(yīng)對(duì)措施

（1）施工單位試驗(yàn)室應(yīng)考慮工地現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑點(diǎn)試驗(yàn)人員數(shù)量。每一個(gè)澆筑部位在第一車混凝土入模前，及時(shí)對(duì)混凝土入模溫度、含氣量、坍落度等性能指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

（2）混凝土罐車在運(yùn)輸途中必須開啟自轉(zhuǎn)裝置、確保運(yùn)途中混凝土不產(chǎn)生離析。嚴(yán)禁在運(yùn)輸途中或工地現(xiàn)場(chǎng)私自往混凝土罐車內(nèi)隨意加水。

1.5 混凝土的振搗

1.5.1 原因分析

澆筑混凝土?xí)r襯砌臺(tái)車未嚴(yán)格執(zhí)行分層分倉(cāng)澆筑，振搗時(shí)未開啟襯砌臺(tái)車上安裝的附著式振搗器，或者個(gè)別窗口未開啟振搗，造成襯砌混凝土不密實(shí)，進(jìn)而造成混凝土強(qiáng)度不均勻。

1.5.2 應(yīng)對(duì)措施

優(yōu)化附著式振搗器布置方案，避免因振搗器數(shù)量不夠、布置位置不合理而產(chǎn)生漏振或過(guò)振現(xiàn)象。所有附著式振搗器不能同時(shí)全開，應(yīng)采取單排開振或逐個(gè)開振，每次振動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 10 s 的振搗措施。

分層逐窗澆筑。窗口分上中下 3 層，每層 3 個(gè)窗口，交錯(cuò)布置，左右對(duì)稱逐窗澆筑、逐窗振搗?；炷镣ㄟ^(guò)主料斗、主滑槽和三通分滑槽，進(jìn)入澆筑窗口，再由各級(jí)插板閥門的把控，逐窗進(jìn)行布料（見圖 1）。隧道襯砌混凝土流槽系統(tǒng)安裝順序如下：頂平臺(tái)主料斗 →主滑槽→分流串筒及固定滑槽→各級(jí)窗口分滑槽導(dǎo)引至各工作窗口。

圖1 鐵路隧道襯砌臺(tái)車料倉(cāng)布置橫斷面圖

大力推廣先進(jìn)的隧道襯砌分層分倉(cāng)澆筑工裝工藝技術(shù)，通過(guò)先進(jìn)的工裝來(lái)保證施工工藝，克服隧道襯砌混凝土澆筑空間狹小，澆筑、振搗困難的缺點(diǎn)。

要求施工單位采用高頻附著式振動(dòng)器，采用分層逐窗澆筑、振搗的措施以防模板固定螺栓松動(dòng)；采用插入式振搗器配之以附著式振搗器振搗的方法，避免襯砌混凝土出現(xiàn)漏振或振搗不密實(shí)現(xiàn)象。

1.6 工藝工裝的配置

1.6.1 原因分析

由于隧道襯砌混凝土澆筑空間狹小，澆筑和振搗困難，附著式振搗器布置數(shù)量不夠、布置位置不合理，導(dǎo)致襯砌混凝土漏振或者振搗不密實(shí)；襯砌養(yǎng)護(hù)臺(tái)車在設(shè)計(jì)上存在不足，未作進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

1.6.2 應(yīng)對(duì)措施

隧道襯砌混凝土澆筑采用溜槽加分層逐窗澆筑、附著式振搗器加插入式振搗器進(jìn)行振搗，改進(jìn)混凝土振搗工藝，進(jìn)一步優(yōu)化襯砌養(yǎng)護(hù)臺(tái)車附著式振搗器安裝位置、安裝數(shù)量設(shè)計(jì)。項(xiàng)目部認(rèn)真落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)帶班制度，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員認(rèn)真做好襯砌混凝土澆筑全過(guò)程旁站監(jiān)理，現(xiàn)場(chǎng)盯控到位，確保襯砌混凝土不出現(xiàn)漏振或者振搗不密實(shí)情況。

1.7 混凝土的養(yǎng)護(hù)

1.7.1 原因分析

混凝土澆筑后，前期水化熱較高，必須及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。工地現(xiàn)場(chǎng)存在隧道襯砌混凝土拆模后，未及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)或養(yǎng)護(hù)齡期不足，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度受影響。

1.7.2 應(yīng)對(duì)措施

隧道襯砌混凝土拆模后，要求施工單位按有關(guān)技術(shù)方案、技術(shù)交底要求安排專人及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，進(jìn)一步采取優(yōu)化和改進(jìn)措施以彌補(bǔ)襯砌養(yǎng)護(hù)臺(tái)車設(shè)計(jì)上存在的不足。優(yōu)先使用隧道襯砌混凝土養(yǎng)生臺(tái)車進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，必須做到及時(shí)養(yǎng)護(hù)、按規(guī)定齡期養(yǎng)護(hù)，確?；炷琉B(yǎng)護(hù)到位。

1.8 其 他

1.8.1 原因分析

在檢測(cè)混凝土 56 d 齡期回彈強(qiáng)度時(shí)，未提前對(duì)回彈儀進(jìn)行率定，對(duì)混凝土碳化深度的測(cè)試存在人為誤差，回彈強(qiáng)度只能作為參考值。在鉆芯取樣驗(yàn)證抗壓強(qiáng)度時(shí)，取芯機(jī)鉆筒固定不穩(wěn)，導(dǎo)致鉆取的混凝土芯樣側(cè)面不垂直，切割后的芯樣試件兩端面不平順或邊緣缺角不平整。通過(guò)試驗(yàn)室室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)精心切割打磨的與未打磨的芯樣試件，其抗壓強(qiáng)度相差 2.0 MPa～5.0 MPa，檢測(cè)值偏差較大。

1.8.2 應(yīng)對(duì)措施

（1）回彈強(qiáng)度檢測(cè)前應(yīng)先率定回彈儀，率定值應(yīng)在80±2 MPa 范圍內(nèi)；選擇表面平整、干燥的混凝土面，用砂輪將回彈測(cè)區(qū)的混凝土表面水泥浮漿打磨干凈；每一個(gè)回彈測(cè)區(qū)都要測(cè)試混凝土碳化深度。

（2）鉆芯取樣驗(yàn)證抗壓強(qiáng)度時(shí)，取芯機(jī)鉆筒應(yīng)固定牢固，確保鉆取的混凝土芯樣側(cè)面垂直；在芯樣切割時(shí)，必須固定芯樣以防晃動(dòng)，然后用打磨機(jī)精心打磨芯樣兩端面，使其平整，確保檢測(cè)值能夠真正反映現(xiàn)場(chǎng)混凝土的真實(shí)強(qiáng)度。

2 工作要求

針對(duì)砂石含泥量過(guò)大、減水劑和粉煤灰不穩(wěn)定、水泥質(zhì)量不良等影響因素，做好原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量車檢測(cè)試。施工單位應(yīng)制定有針對(duì)性的控制措施，加強(qiáng)對(duì)混凝土原材料的質(zhì)量控制；監(jiān)理單位應(yīng)要求進(jìn)駐拌和站的試驗(yàn)監(jiān)理和施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理加強(qiáng)原材料的質(zhì)量檢測(cè)和拌和過(guò)程的質(zhì)量控制檢查；施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理必須盯控好整個(gè)混凝土澆筑流程，嚴(yán)禁出現(xiàn)混凝土澆筑前隨意加水、不振搗混凝土、澆筑后不養(yǎng)護(hù)等違規(guī)行為，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)要求整改。

3 結(jié) 語(yǔ)

切實(shí)提高質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格把控好隧道襯砌混凝土施工的每一道關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采取切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，加大現(xiàn)場(chǎng)的工藝工裝配置，遵循“以工裝保工藝、以工藝保質(zhì)量，以質(zhì)量保安全”的工作原則，全面提升現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化施工水平，防止鐵路隧道襯砌混凝土強(qiáng)度逐級(jí)衰減現(xiàn)象，確保混凝土實(shí)體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。