富水砂層地下車(chē)站混凝土裂縫控制施工技術(shù)分析

周 然 曾繁涌 曾憲鋒

（粵水電軌道交通建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510610）

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)及對(duì)國(guó)內(nèi)大部分地鐵車(chē)站調(diào)查分析，目前國(guó)內(nèi)各地鐵建設(shè)中，地下車(chē)站混凝土裂縫控制技術(shù)依舊是研究重點(diǎn)，各地地下車(chē)站使用過(guò)程中，特別是地下水位較高的區(qū)域，地下車(chē)站均出現(xiàn)不同程度的滲漏水現(xiàn)象，其最主要原因是地下車(chē)站混凝土裂縫控制不到位，地下車(chē)站出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，不僅對(duì)城市建設(shè)造成較大的負(fù)面影響，還會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋造成腐蝕，并嚴(yán)重影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨大困擾和經(jīng)濟(jì)損失。該文以南昌軌道交通項(xiàng)目為例，針對(duì)富水砂層地下車(chē)站混凝土裂縫難題進(jìn)行分析，采用創(chuàng)新型技術(shù)，較好地控制了富水砂層地下車(chē)站混凝土裂縫問(wèn)題。

1 工程概況

銀三角北站為雙層雙跨局部雙層三跨及局部雙層四跨矩形框架結(jié)構(gòu)，明挖法施工。站臺(tái)寬度均為11m，車(chē)站總長(zhǎng)約360.3m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7m，長(zhǎng)度為127.3m，有效站臺(tái)中心里程處軌面埋深為14.93m，有效站臺(tái)中心里程處車(chē)站頂板覆土厚度為3.18m，其他位置車(chē)站頂板覆土厚度為2.97m～3.84m。

根據(jù)勘察報(bào)告，車(chē)站范圍自上而下依次劃分為素填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、礫砂、圓礫、泥質(zhì)粉砂巖。豐水季節(jié)初見(jiàn)水位埋深1.95m～10.95m，穩(wěn)定水位埋深4.69m～9.13m，勘察期間地下水為承壓水，受贛江的側(cè)向補(bǔ)給及降雨入滲補(bǔ)給，水位隨季節(jié)變化，年變幅一般為1m～3m。

2 車(chē)站主體結(jié)構(gòu)混凝土溫度場(chǎng)模擬

根據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料性能、施工工藝及環(huán)境條件的詳細(xì)情況，對(duì)不同施工工藝下構(gòu)件溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元模擬分析，分析構(gòu)件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的數(shù)值計(jì)算方法，初步分析構(gòu)件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 混凝土配合比

車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的底板、負(fù)二層側(cè)墻、中板、負(fù)一層側(cè)墻和頂板擬使用的混凝土配合比見(jiàn)表1，在有限元模擬計(jì)算及混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)估中均采用表1的配合比進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

表1 混凝土配合比（單位：kg/m3）

2.2 混凝土溫度場(chǎng)模擬分析

混凝土絕熱溫升按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：（）為混凝土齡期為t時(shí)的絕熱溫升（℃）；為混凝土的膠凝材料用量（kg/m）；為膠凝材料水化熱總量；混凝土的比熱，取0.96kJ/（kg?℃）；為混凝土容重（kg/m）；為與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，取1.4d-1；為混凝土齡期（d）。

各配合比膠凝材料水化熱總量和混凝土齡期28d絕熱溫升計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土膠凝材料水化熱總量和混凝土絕熱溫升計(jì)算結(jié)果

2.3 車(chē)站混凝土溫度場(chǎng)模擬計(jì)算

以第一段底板混凝土結(jié)構(gòu)為例，底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P8。底板澆筑寬度為19.3m，厚度為1m，倒角高度約為30cm，外加高度為1m的中間隔墻，采取長(zhǎng)度為20m來(lái)建立有限元模型。

通過(guò)底板夏季混凝土、冬季混凝土澆筑后不同齡期中心溫度、上表面溫度、下表溫度和內(nèi)表溫差進(jìn)行有限元模擬分析如下。1）負(fù)二層側(cè)墻夏季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為53.7℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為12.4℃；負(fù)二層側(cè)墻冬季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為39.7℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為15.7℃。2）中板夏季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為54.5℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為14.8℃；中板冬季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為40.7℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為18.6℃。3）負(fù)一層側(cè)墻夏季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為53.6℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為12.4℃；負(fù)一層側(cè)墻冬季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為39.6℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為15.1℃。4）頂板夏季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為57.3℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為14.2℃；頂板冬季混凝土澆筑后中心最高溫度在36h時(shí)為42.7℃，內(nèi)表溫差最大值在66h時(shí)為15.6℃。

3 主要施工技術(shù)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素以及現(xiàn)場(chǎng)工況，采取車(chē)站中板、頂板與側(cè)墻采取分離澆筑方式，結(jié)合單側(cè)墻體大鋼模板+三角支架施工技術(shù)、循環(huán)水管混凝土同步收縮技術(shù)、萬(wàn)用表溫度測(cè)量技術(shù)等技術(shù)措施，降低墻、板混凝土構(gòu)件的自約束應(yīng)力及混凝土收縮應(yīng)力，釋放墻、板結(jié)合處的應(yīng)力約束，以達(dá)到墻、板混凝土構(gòu)件的裂縫控制目的。

3.1 單側(cè)墻體大鋼模板+三角支架施工技術(shù)

大鋼模板由6mm厚整塊鋼面板拼焊而成，能承受較大的混凝土側(cè)壓力及其他施工荷載，重復(fù)利用率高，有利于提高混凝土表面質(zhì)量。背筋是面板的支撐骨架，由橫筋、豎筋組成，直接承受面板傳來(lái)的荷載。豎筋選用10#工字鋼（間距為300㎜），橫筋采用10#工字鋼和6mm扁鋼制作。橫向支撐背楞直接承受背筋傳遞的荷載，采用雙10#槽鋼，槽鋼之間間距為50mm，為保證橫向背楞整體性，在槽鋼之間焊接連接鋼板。背筋與板面之間用斷續(xù)間距300mm內(nèi)焊點(diǎn)與面板連接，橫向支撐背楞與背筋之間采用焊接連接，使大鋼模成為一個(gè)剛性整體。支撐系統(tǒng)是由三角架、預(yù)埋構(gòu)件和連接構(gòu)件組成，三角架設(shè)置專(zhuān)用扣件與鋼模背楞勾連，使模板與支架結(jié)合。單側(cè)模板支架現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖如圖1所示。

圖1 單側(cè)模板支架現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖及示意圖

配板設(shè)計(jì)如下。負(fù)一層，3-13軸、29-44軸負(fù)一層側(cè)墻凈空高度4950mm，大鋼模板配板高度為4.4m；13-14軸、17-29軸負(fù)一層?xùn)|側(cè)側(cè)墻凈空高度5450mm，大鋼模板配板高度為4.4m+0.5m；13-14軸、17-29軸負(fù)一層西側(cè)側(cè)墻凈空高度6350 mm，大鋼模板配板高度為4.4m+0.5m+0.5m；

負(fù)二層，3-14軸、17-44軸負(fù)二層側(cè)墻凈空高度6160mm，大鋼模板配板高度為4.4m+0.5m；14-17軸負(fù)二層?xùn)|側(cè)側(cè)墻凈空高度6160mm，大鋼模板配板高度為4.4m+0.5m，西側(cè)側(cè)墻凈空高度4960mm，大鋼模板配板高度為4.4m。

在實(shí)際施工過(guò)程中，如果需要對(duì)側(cè)墻水平施工縫進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可利用0.5m高鋼模調(diào)節(jié)，砼澆筑施工，控制砼澆筑高度即可。

3.2 循環(huán)水管混凝土同步收縮技術(shù)

施工縫部位混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，新澆混凝土由于水化熱較大，溫度上升快，與先澆段產(chǎn)生較大的溫差，使新舊混凝土溫升與溫降及應(yīng)力變化不一致，易造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，而采取升溫再同步降溫和同步收縮的措施可釋放施工縫上部混凝土因降溫收縮產(chǎn)生的約束應(yīng)力。在底層（先澆段）混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)預(yù)埋空心循環(huán)水管（預(yù)埋循環(huán)空心水管現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖如圖2所示），先澆段預(yù)熱完成膨脹變形后，進(jìn)行上層混凝土（后澆段）澆筑，在后澆段與下先澆段中心溫度一致時(shí)，對(duì)界面上、下層混凝土（后、先澆段）結(jié)構(gòu)開(kāi)始同步降溫，從而控制上下層混凝土同步降溫和同步收縮，釋放上層混凝土降溫收縮產(chǎn)生的約束應(yīng)力，從而有效控制上層新澆筑混凝土（后澆段）的裂縫。

圖2 預(yù)埋循環(huán)空心水管現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖及示意圖

主要技術(shù)措施如下：1）在分層澆筑界面以下（先澆段）300mm～800mm范圍內(nèi)的底層混凝土澆筑前，預(yù)埋至少一排內(nèi)徑為Ф25mm、水平間距500mm、與混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)面表面距離為150mm的空心管，界面上下高度一致，其中，對(duì)分段長(zhǎng)度小于18m的混凝土構(gòu)件，空心管埋設(shè)于澆筑界面以下（先澆段）300mm～500mm，對(duì)分段長(zhǎng)度大于18m的混凝土構(gòu)件，空心管埋設(shè)于澆筑界面以下（先澆段）500mm～800mm，空心管的兩末端伸出混凝土表面約200mm。橫向水平施工縫、側(cè)墻豎向施工縫處循環(huán)水管布設(shè)方法相同。2）進(jìn)行底層（先澆段）混凝土預(yù)熱：在空心管內(nèi)注入循環(huán)熱水，使?jié)仓缑嬉韵拢ㄏ葷捕危?m范圍內(nèi)的底層混凝土中心溫度上升至高于上層（后澆段）混凝土中心預(yù)計(jì)最高溫度0℃～10℃，使底層混凝土（先澆段）產(chǎn)生200με～400με的膨脹變形，底層混凝土（先澆段）結(jié)構(gòu)溫度到達(dá)設(shè)計(jì)溫度時(shí)將熱水調(diào)整為與混凝土結(jié)構(gòu)相同溫度的恒溫。3）進(jìn)行上層混凝土（后澆段）澆筑，待上層混凝土（后澆段）結(jié)構(gòu)中心溫度達(dá)到最高值后，控制底層混凝土（先澆段）與上層混凝土（后澆段）同步降溫。4）當(dāng)上層混凝土（后澆段）與下層混凝土（先澆段）溫度降至與外界溫度相同時(shí)，可結(jié)束循環(huán)水的使用，并采用與混凝土構(gòu)件同標(biāo)號(hào)的膨脹水泥砂漿對(duì)循環(huán)水管進(jìn)行填充封堵。

3.3 萬(wàn)用表溫度測(cè)量技術(shù)

與傳統(tǒng)的采用水銀溫度計(jì)、電阻式溫度計(jì)、熱電阻溫度傳感器相比，萬(wàn)用表溫度測(cè)量技術(shù)通過(guò)埋設(shè)于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的銅導(dǎo)線，可掌握混凝土內(nèi)部實(shí)際溫度情況，在小范圍埋設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)，相鄰測(cè)溫點(diǎn)互不影響，不影響主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，且測(cè)溫完成可直接對(duì)銅導(dǎo)線進(jìn)行割除處理，不影響主體結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量。同時(shí)，數(shù)字萬(wàn)用表靈敏度高，對(duì)混凝土內(nèi)部溫度測(cè)量精度高，配合循環(huán)空心水管對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行溫度控制，可達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的目的，萬(wàn)用表測(cè)溫原理如圖3所示。待混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎及立模完成后，將若干銅導(dǎo)線一端按預(yù)設(shè)間距放入鋼筋網(wǎng)中，并將另一端統(tǒng)一引出至線板工作面，每根銅導(dǎo)線對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)?；炷翝仓螅捎脭?shù)字萬(wàn)用電子表測(cè)量參照物與預(yù)設(shè)測(cè)溫點(diǎn)之間的電壓差，把萬(wàn)用表調(diào)至200 mV檔，對(duì)照參考測(cè)溫點(diǎn)（0℃），測(cè)出參考測(cè)溫點(diǎn)與實(shí)際測(cè)溫點(diǎn)之間的電壓差，再對(duì)照常數(shù)換算得到實(shí)際測(cè)溫點(diǎn)的溫度（測(cè)出的電壓差值為負(fù)值時(shí)：溫度=電壓差值/36；測(cè)出的電壓差值為正數(shù)時(shí)：溫度=電壓差值/38）。

圖3 萬(wàn)用表測(cè)溫原理圖

4 實(shí)施效果

該文通過(guò)持續(xù)觀察車(chē)站混凝土裂縫、結(jié)構(gòu)滲漏水，綜合單側(cè)墻體大鋼模板+三角支架施工技術(shù)、循環(huán)水管混凝土同步收縮技術(shù)、萬(wàn)用表混凝土內(nèi)部溫度測(cè)量技術(shù)形成的富水砂層車(chē)站混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)達(dá)到了預(yù)期效果，有效降低車(chē)站混凝土結(jié)構(gòu)滲漏水率，不僅保證了工程質(zhì)量，減少后期滲漏水、裂縫等缺陷處理的人力、物力投入，而且保障地鐵運(yùn)營(yíng)安全，其綜合效益非常顯著，為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。