車站主體結(jié)構(gòu)大體積混凝土數(shù)字化防滲漏研究

唐發(fā)忠

廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣東 廣州 510000

目前地鐵工程地下結(jié)構(gòu)滲漏情況普遍存在，在以深圳為代表的沿海城市中，滲漏不僅影響地鐵工程地下結(jié)構(gòu)的正常使用，還因地下水對混凝土和鋼筋有腐蝕作用，會直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。施工單位往往為處理滲漏問題支付巨額費用。地下結(jié)構(gòu)滲漏的直接原因是地下主體結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)大量貫穿性有害裂縫。其根本原因是地下主體結(jié)構(gòu)的底板、頂板、側(cè)墻受力形式復(fù)雜，混凝土內(nèi)力變化受環(huán)境影響較大，目前設(shè)計、施工、材料供應(yīng)均未考慮不同結(jié)構(gòu)部位的大體積混凝土結(jié)構(gòu)差異化技術(shù)，設(shè)計時往往未考慮如此復(fù)雜的情況，混凝土配比設(shè)計時也無相應(yīng)可資借鑒的依據(jù)，傳統(tǒng)的混凝土施工工藝也無法保障施工質(zhì)量。即使在交付使用時能夠通過工程驗收，但是在運營階段，由于受環(huán)境影響，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生較大變化，結(jié)構(gòu)滲漏仍將重復(fù)發(fā)生，此時堵漏不但給施工單位造成很大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，還會造成較大的負(fù)面社會影響。本文將結(jié)合深圳市城市軌道交通6號線支線二期（南延）、13號線二期（北延）光明城站車站施工實踐經(jīng)驗詳細(xì)闡述大體積混凝土數(shù)字化防滲漏要點。

1 工程概況

光明城站是深圳市13號線二期工程（北延）的第二個車站，是城市軌道交通13號線、6號線支線南延、規(guī)劃18號線3線換乘車站，與光明城高鐵站通過地面進(jìn)行接駁換乘，光明城站為中間站。車站為地下兩層14m島式車站，車站總長度349m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為45.5m，總建筑面積37829.24 ㎡；車站主體結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度 0.5～2m；基坑深約 18.7～20.2m。本車站地質(zhì)情況自上而下分別為素填土、淤泥質(zhì)粘性土、可塑狀黏性土、中粗砂、硬塑～堅硬狀砂質(zhì)黏性土、強風(fēng)化片麻狀黑云母花崗巖、中風(fēng)化片麻狀黑云母花崗巖、微等風(fēng)化片麻狀黑云母花崗巖車站共設(shè)置 4 個出入口、3 組風(fēng)亭、1 個安全疏散口及 1 個冷卻塔。

針對上文提及的深圳地鐵車站滲漏水普遍的現(xiàn)狀，為解決和減少地鐵車站大體積混凝土開裂滲漏的技術(shù)難題，深圳地鐵集團在施工合同及監(jiān)理合同中明確光明城站為質(zhì)量示范站，通過引入第三方科研單位對車站大體積混凝土施工開展防滲漏技術(shù)研究。通過實施預(yù)期達(dá)到控制、減少80%有害裂縫的產(chǎn)生，實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好、降低混凝土滲漏率的目標(biāo)，提高地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。同時研究成果可以達(dá)到指導(dǎo)后續(xù)地鐵車站結(jié)構(gòu)施工，為后續(xù)在深圳地鐵車站建設(shè)大面積推廣提供有力支撐[1]。

2 大體積混凝土開裂滲漏原因分析

2.1 混凝土原材選取、供應(yīng)不及時

混凝土澆筑時要求拌合物具有較好的工作性，即高流動性、坍落度損失小、不泌水不離析、可泵送性好。以上各項性能指標(biāo)要求的實現(xiàn)，離不開原材料選擇的嚴(yán)格把控，物料級配是否符合設(shè)計要求，原材料的潔凈度、存放環(huán)境等都是各項影響混凝土質(zhì)量因素。同時施工現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)因運輸線路、堵車、攪拌站同時接受多個供應(yīng)任務(wù)等因素造成混凝土供應(yīng)不及時，造成結(jié)構(gòu)混凝土形成冷縫和開裂，帶來質(zhì)量隱患。

2.2 混凝土配合比無針對性

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生與配合比息息相關(guān)，一般混凝土為減少裂縫產(chǎn)生，嚴(yán)格控制水泥用量，規(guī)范要求大體積混凝土中水泥用量不得大于550kg/m3，一般的商品混凝土為保證混凝土強度，水泥用量均略低于此控制值。混凝土中水泥用量越大，水泥發(fā)生水化熱時產(chǎn)生的熱量就越高，因此，為達(dá)到混凝土抗裂及強度要求的條件下，需進(jìn)一步優(yōu)化配合比。

2.3 混凝土澆筑控制不到位

現(xiàn)場混凝土澆筑環(huán)節(jié)是混凝土成型質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)場澆筑方式全面開花，澆筑入模溫度大于30℃或者低于10℃時都會影響混凝土性能，加之現(xiàn)場工地普遍存在振搗不到位、漏振或過振扥情況均會影響混凝土成型質(zhì)量，現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格把控混凝土澆筑環(huán)節(jié)。同時，混凝土塌落度偏小施工單位存在隨意加水，嚴(yán)重影響混凝土成型質(zhì)量，造成強度偏低或混凝土終凝時產(chǎn)生收縮應(yīng)力，造成混凝土開裂[2]。

2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)不重視

混凝土養(yǎng)護(hù)是成型質(zhì)量的最后一個環(huán)節(jié)，混凝土澆筑完成后需及時進(jìn)行抹面壓光，將混凝土漿壓出表面，減少第一步的成型裂縫，同時需及時進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，目前施工現(xiàn)場普遍采用灑水保濕養(yǎng)護(hù)，但采用澆水養(yǎng)護(hù)的方式仍然產(chǎn)生大量裂縫，因灑水養(yǎng)護(hù)雖降低了表面溫度，但加劇了混凝土內(nèi)外溫差，更容易造成混凝土開裂。

3 大體積混凝土防滲漏技術(shù)措施

3.1 嚴(yán)控原材，強化生產(chǎn)供應(yīng)

在原材料選擇上，應(yīng)對比多個生產(chǎn)廠家的原材料性能，從原材料的潔凈度、水泥溫度適中的廠家作為原材料供應(yīng)商，做好優(yōu)質(zhì)原材的選擇，采取派駐專人駐點盯控、不定期抽查等方式對混凝土攪拌站原材進(jìn)行嚴(yán)格把控，減少因原材料出現(xiàn)與配合比、溫度、環(huán)境等不符合的因素。與混凝土廠家合同內(nèi)約定，設(shè)置單獨地鐵車站混凝土供應(yīng)生產(chǎn)線，確?；炷猎牧细黜椗浜蠀?shù)穩(wěn)定。

3.2 優(yōu)化混凝土配合比

優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計中各項參數(shù)，以降低混凝土收縮、控制混凝土凝結(jié)過程中的水化溫升，保證混凝土體積穩(wěn)定性，提升混凝土抗裂性能為主要考慮因素[3]。

降低混凝土自收縮。水膠比是保證混凝土強度和耐久性能的重要指標(biāo)，過高水膠比，水泥在水化過程中，多余的水殘留在混凝土內(nèi)部形成水泡或水道，隨著混凝土硬化而蒸發(fā)成為孔隙，對混凝土耐久性不利，環(huán)境變化對后期混凝土的干縮影響加大。反之，過低水膠比，混凝土自身收縮加大，拌合物粘性加大，經(jīng)濟性降低。在根據(jù)項目所處環(huán)境條件及耐久性設(shè)計要求，結(jié)合結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計強度施工要求，確定項目主體結(jié)構(gòu)混凝土水膠比控制在0.36～0.40間。

控制膠凝材料總用量。膠凝材料總用量低，混凝土拌合物和易性、保水性變差，混凝土耐久性能也難得以保證。但過高的膠凝材料又會增加混凝土早期的自收縮及較高的水化溫升，漿骨比提高，混凝土收縮加大，混凝土經(jīng)濟性降低。綜合考慮混凝土拌合物施工性能和耐久性等要求，結(jié)合過去大量混凝土試驗結(jié)果，確定配合比膠凝材料總用量為（380～420）kg/m3。

3.2.1 選擇合適劑量的礦物摻合料

粉煤灰摻量：大量試驗結(jié)果表明，混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰可減少用水量，減少混凝土泌水率，降低混凝土自身體積變形和混凝土干縮，降低膠凝材料水化熱，減少混凝土溫升，削減溫峰，推遲溫升時間，但隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土早期強度發(fā)展將受到影響，混凝土中Ca(OH)2含量降低，中性化趨勢加重，不利于酸性環(huán)境防腐。宜采用F類Ⅱ級以上粉煤灰，摻量為膠凝材料總用量的20%～30%。

礦渣粉摻量：礦渣粉成分較為復(fù)雜，其活性比粉煤灰高，細(xì)度較細(xì)，摻入混凝土后水化反應(yīng)速度也相對比較快。大量試驗研究表明，摻入較大量礦粉后，混凝土收縮加大，抗裂性降低。另外由于混凝土是堿性環(huán)境，過高的礦渣粉摻量，會過多消耗混凝土中的堿性成分，不利于二氧化碳腐蝕環(huán)境，應(yīng)注意限制礦渣粉的摻量。結(jié)合過往試驗應(yīng)用情況，可摻入適量S95級礦渣粉，但摻量宜控制在膠凝材料總用量的10%以內(nèi)。

外加劑摻量 ：優(yōu)選減水率高、收縮率比小的高性能減水劑（緩凝型）。外加劑的摻量應(yīng)以保證混凝土保水性、黏聚性、流動性良好為原則。計算水膠比時應(yīng)將外加劑中的水量加入，以保證混凝土基本性能滿足要求。

3.2.2 不同部位采用不同混凝土配合比

因地鐵車站結(jié)構(gòu)的底板、外墻、中板、頂板等部位所處環(huán)境、施工工藝、模板形式及養(yǎng)護(hù)方式等差別較大，從強度發(fā)展需要、耐久性需求、養(yǎng)護(hù)方法及經(jīng)濟性等各方面考慮，不宜采用相同配合比進(jìn)行施工。底板、頂板較好進(jìn)行保溫保濕，宜采用雙摻(粉煤灰+礦渣粉)混凝土配合比，重點考慮降低混凝土水化溫升，控制降溫速度；側(cè)墻受力復(fù)雜、養(yǎng)護(hù)措施不便，宜采用單摻粉煤灰混凝土配合比，重點考慮降低混凝土自身收縮、降低溫升，控制降溫速度及失水速率。各部位結(jié)構(gòu)混凝土優(yōu)化配合比成果見表1。

表1 各部位結(jié)構(gòu)混凝土優(yōu)化配合比成果

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)分段長度及鋼筋工程設(shè)計

根據(jù)車站結(jié)構(gòu)跨度和施工縫設(shè)置位置要求，優(yōu)化結(jié)構(gòu)板分段施工長度，每段結(jié)構(gòu)施工長度應(yīng)控制在12m以內(nèi)，從而有利于混凝土裂縫的控制和應(yīng)力釋放。長度大于12m開裂風(fēng)險明顯加大，所有應(yīng)控制分段長度。

分布鋼筋密而細(xì)對初期混凝土抗裂效果最佳。項目部通過多次召開第三方科研單位與設(shè)計單位交流討論會，實現(xiàn)在配筋率不變的情況下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)鋼筋設(shè)計，改變配筋要求。早期混凝土的抗拉強度較低，特別在3d-7d這個階段，溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力疊加作用往往大于混凝土的抗拉強度，布置鋼筋網(wǎng)片可以提高結(jié)構(gòu)的抗拉性能，減少早期裂縫的產(chǎn)生。要求設(shè)計單位在設(shè)計圖中明確配筋措施，增加鋼筋面層抗拉鋼筋網(wǎng)片?？沽唁摻顦邮揭妶D1、圖2。

圖1 側(cè)墻抗裂鋼筋設(shè)置

圖2 底板腋角抗裂鋼筋設(shè)置

3.4 混凝土生產(chǎn)、運輸和澆筑

混凝土供應(yīng)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量，供應(yīng)不及時導(dǎo)致混凝土初凝，從而造成冷縫的出現(xiàn)。保障混凝土供應(yīng)及時，合理規(guī)劃運輸線路、減少因交通擁堵導(dǎo)致的混凝土供應(yīng)不及時。

現(xiàn)場混凝土除規(guī)范要求的檢查項目和檢查試件外，混凝土出槽溫度和入模溫度也對結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量息息相關(guān)。做好出槽溫度跟大氣溫度以及其跟入模溫度的差異測量，要求施工現(xiàn)場安排專人對混凝土出槽、入模溫度進(jìn)行測量，及時根據(jù)夏季、冬季季節(jié)天氣情況增加夏季遮陽、冬季保暖措施等，確保混凝土質(zhì)量符合要求。

混凝土澆筑前應(yīng)重視對混凝土澆注工、泵車操作手技術(shù)交底，明確混凝土澆筑要點。澆筑過程中安排專人全程盯控，每次砼澆筑應(yīng)事前計算澆筑總量和分層分段砼量，以控制每段的澆筑時間。一次性澆筑量大且面積較大，采用分段分層澆筑法，振搗混凝土?xí)r，達(dá)到“直上和直下，快插和慢拔”，充分振搗的技術(shù)要求，混凝土罐車到場測溫及記錄見圖3、圖4。

圖3 混凝土罐車道場測溫

圖4 混凝土到場測溫記錄表

3.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)國家大體積混凝土技術(shù)規(guī)范，混凝土保溫的控制指標(biāo)：混凝土里表溫差≤25℃；日降溫速率≤2℃；混凝土表面與環(huán)境溫差≤20℃。

目前施工現(xiàn)場普遍采用灑水養(yǎng)護(hù)方式，但混凝土灑水澆水養(yǎng)護(hù)宜導(dǎo)致底板、邊墻、腋角部位和澆筑側(cè)墻墻頂溫差加大，溫降加速，是混凝土開裂的重災(zāi)區(qū)。為有效監(jiān)控混凝土內(nèi)部溫度，光明城站采用數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)，在結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎時，已提前安裝測溫元件，實現(xiàn)可視化監(jiān)測，養(yǎng)護(hù)采用保濕保溫法和內(nèi)部降溫法聯(lián)合法，以達(dá)到控制混凝土內(nèi)外溫差滿足大體積混凝土溫度控制要求，實現(xiàn)減少裂縫的目的，現(xiàn)場實際照片見圖5、圖6。

圖5 數(shù)字化測溫元件埋設(shè)

圖6 側(cè)墻采用保溫膜覆蓋

底板和頂板在混凝土終凝后24h內(nèi)覆蓋自粘性保溫層，邊墻在完成拆模和保濕作業(yè)后，貼上保溫層。開裂重點部位為底板澆筑后養(yǎng)護(hù)重點在側(cè)墻部位和腋角部位（雙排鋼筋內(nèi)）；邊墻澆筑后養(yǎng)護(hù)重點在側(cè)墻墻頂部位（雙排鋼筋內(nèi)）；中板和頂板澆筑時腋角厚度大，最大溫升處。因側(cè)墻澆筑時混凝土支撐未拆除，該處又是容易開裂的混凝土部位，對保溫要求實現(xiàn)極為不利，所以保溫棉的層數(shù)應(yīng)通過計算確定，并根據(jù)實際測溫數(shù)據(jù)作相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)溫差超出18℃時應(yīng)適當(dāng)增加保溫棉。保溫包括邊墻水平處施工縫，特別注意中板澆筑后邊墻部分雙排鋼筋內(nèi)混凝土表面保溫；板面鋪設(shè)兩層保溫棉，中板和頂板底面帶模板養(yǎng)護(hù)。側(cè)墻要求不長于3d拆模，便于立即保濕保溫，保溫保濕依然采用噴養(yǎng)護(hù)液、覆蓋塑料薄膜保濕、掛保溫棉。過程中時時監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度變化，及時補充養(yǎng)護(hù)液、調(diào)整溫控措施，在雨季，如果雨水浸入混凝土面和保溫層之間，造成保溫層的材料保溫效果驟降，需要額外在保溫層上覆蓋防雨層，隨時進(jìn)行測溫觀測，根據(jù)實際情況進(jìn)行保溫措施調(diào)整，確保內(nèi)外溫差控制在20℃，降溫速度宜保持在2℃/d?；炷翜厣郎y溫記錄及曲線成果見圖7、圖8。

圖7 混凝土澆筑后升溫測量記錄

圖8 混凝土澆筑后升溫測量記錄

綜上所述，地鐵車站防滲漏目標(biāo)的實現(xiàn)，需參建各方共同的努力。通過優(yōu)化設(shè)計，嚴(yán)格監(jiān)理，始終如一的執(zhí)行既定方案，施工單位自行主動控制、精工細(xì)作，方可達(dá)到優(yōu)質(zhì)工程。

4 結(jié)語

地鐵車站結(jié)構(gòu)滲漏其危害不僅影響正常運營，還常年需要投入大量資金進(jìn)行堵漏，且對主體結(jié)構(gòu)百年設(shè)計年限帶來考驗，大體積混凝土防滲漏技術(shù)研究也將是今后一個時期建筑行業(yè)亟待解決課題，隨著建筑科技的不斷進(jìn)步和新型建筑材料的不斷出現(xiàn)及應(yīng)用，相信這個困擾施工行業(yè)多年的難題終將迎刃而解。