地鐵隧道混凝土管片的生產(chǎn)與裂縫控制研究

李旭

摘 要：地鐵隧道的建設(shè)步伐不斷加快，但在混凝土管片中出現(xiàn)裂縫容易導(dǎo)致安全性問(wèn)題，給后續(xù)的修補(bǔ)工作也會(huì)帶來(lái)很大的麻煩。該文結(jié)合筆者的研究工作經(jīng)驗(yàn)，首先對(duì)地鐵隧道混凝土管片裂縫的成因進(jìn)行分析，然后詳細(xì)論述混凝土管片的生產(chǎn)與裂縫控制措施。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道 混凝土管片 裂縫 控制

中圖分類號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（b）-0031-01

地鐵隧道施工中，管片的生產(chǎn)和拼裝是非常關(guān)鍵的工藝，如果出現(xiàn)孔洞或裂縫，會(huì)直接影響到隧道結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。而在管片的生產(chǎn)中，表面易出現(xiàn)收縮裂縫和氣泡孔洞，影響管片的抗?jié)B強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，給維護(hù)工作帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。管片的質(zhì)量受多方面的因素影響，如材料、混凝土配合比設(shè)計(jì)、管片制作過(guò)程等，乃至后期的維護(hù)。

1 地鐵隧道混凝土管片裂縫的成因分析

1.1 模具設(shè)備原因

管片鋼模的精度要求非常高、密封性要求高，在管片制作時(shí)，混凝土入模后，會(huì)有大量的熱產(chǎn)生，水蒸氣外散，混凝土中的水分在搗振施工時(shí)向表面泌出，集中在管片側(cè)面和側(cè)板的結(jié)合處，產(chǎn)生了氣泡，脫模后形成氣泡孔洞。

1.2 混凝土材料原因

混凝土管片生產(chǎn)的基本材料為混凝土，當(dāng)其中的水分含量過(guò)高或過(guò)低時(shí)都會(huì)產(chǎn)生消極影響，如果水分含量過(guò)低，混凝土?xí)焖倌淘斐蓳v振施工無(wú)法操作；如果水分含量過(guò)高，混凝土在模具中凝固時(shí)有大量的氣泡集中在側(cè)板上，脫模后產(chǎn)生很多氣泡。但在混凝土管片的預(yù)制件中，對(duì)坍落度的要求非常嚴(yán)格，混凝土管片在凝固時(shí)，失水太快很容易造成干縮裂縫。混凝土管片受材料影響也會(huì)出現(xiàn)裂縫，材料特性造成裂縫的原因是多方面的，可以從幾個(gè)方面進(jìn)行論述。材料收縮，主要是水與水泥之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的收縮；塑形收縮，當(dāng)混凝土出現(xiàn)離析、水灰比過(guò)大、配合比不當(dāng)時(shí)，容易導(dǎo)致在成型后出現(xiàn)塑形收縮，收縮量達(dá)到了其體積的1%左右；失水干縮，管片內(nèi)部的物理化學(xué)結(jié)合水蒸發(fā)后，失水出現(xiàn)干縮；碳化收縮，主要是形成碳酸鈣，導(dǎo)致混凝土碳化收縮與干縮的作用下產(chǎn)生表面開(kāi)裂；沉降收縮，在粗骨料、石子下沉的過(guò)程中會(huì)引起收縮，因而澆筑的高度不宜過(guò)高；堿骨料反應(yīng)收縮，當(dāng)骨料中的堿含量超過(guò)指標(biāo)，會(huì)產(chǎn)生破壞導(dǎo)致裂縫。

1.3 制作工藝原因

作為一種高精度鋼模制作的混凝土預(yù)制件，其制作工藝包括鋼模的設(shè)計(jì)制造，鋼模的清理、就位、尺寸精度檢查等制作過(guò)程，管片的養(yǎng)護(hù)（初期養(yǎng)護(hù)和脫模后的養(yǎng)護(hù)等）等操作，不同的時(shí)期管片裂縫出現(xiàn)的原因也不同。目前在國(guó)外的管片生產(chǎn)時(shí)大多采用振動(dòng)臺(tái)搗振的方式實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)則采用人工搗振。人工搗振的不確定性因素比較多，如操作時(shí)碰到鋼筋籠或鋼模具時(shí)，均勻性無(wú)法控制，氣泡集中在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成較大的孔洞，同時(shí)自身重力的影響，混凝土凝固的速度不均勻，形成一定數(shù)量的小裂縫。采用振動(dòng)臺(tái)振搗速度和頻率容易控制，均勻性較好，減少了氣泡的含量。

1.4 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要為濕度和溫度影響，尤其是在夏季施工，當(dāng)遇到強(qiáng)降溫，會(huì)導(dǎo)致混凝土管片內(nèi)外的凝固非常不均勻，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在溫度應(yīng)力的作用下出現(xiàn)裂縫。同樣，在空氣中濕度比較小時(shí)，混凝土表面失水過(guò)快導(dǎo)致裂縫收縮加速。

1.5 載荷作用下產(chǎn)生的裂縫

載荷作用包括變形載荷和外載荷兩種形式，當(dāng)混凝土管片在直接載荷的作用下，其應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂；另一方面，變形載荷與直接載荷不同，受各種外部條件和環(huán)境因素的影響，包括濕度變化、太陽(yáng)輻射、冰凍、酸堿度、基礎(chǔ)變形等都會(huì)使結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力超過(guò)規(guī)范值。據(jù)相關(guān)的研究分析得出，混凝土管片裂縫由直接載荷引起的比例在20%左右，而受變形載荷引起的裂縫占大多數(shù)，在80%左右。

2 混凝土管片的生產(chǎn)與裂縫控制措施

2.1 嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量

混凝土管片生產(chǎn)的原材料主要有水泥、水、砂子、石子和一定的外加劑，在生產(chǎn)管片時(shí)宜采用425#硅酸鹽水泥，此類水泥的各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，質(zhì)量?jī)?yōu)良，水化熱低，可以防止因水化熱過(guò)高導(dǎo)致溫升開(kāi)裂。為保證混凝土的和易性，細(xì)骨料中采用粗砂，骨料的粒徑范圍為5～25mm，方便混凝土的泵送和攪拌。外加劑選用高效的緩凝劑和減水劑，確保良好的粘聚性和和易性。摻合料采用需水量低、細(xì)度較細(xì)、活性高的粉煤灰。

2.2 重視混凝土的配置過(guò)程

混凝土的配置直接決定了管片成型的質(zhì)量，也是控制裂縫的重要手段，可以從幾個(gè)方面著手。（1）控制水泥的用量，滿足抗?jié)B性和強(qiáng)度的前提下，減少水泥的用量，降低水化熱；（2）采用粉煤灰等活性摻合料，粉煤灰可以減少溫度裂縫出現(xiàn)的幾率，在混凝土中摻加水泥用量20%以下的粉煤灰，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，改善其強(qiáng)度耐久性和抗?jié)B性；（3）嚴(yán)格控制水灰比，工程實(shí)踐證明，水的用量每增加10%，管片的強(qiáng)度就會(huì)降低20%左右，粘著力降低10%左右，干縮增加25%左右。控制水灰比，適當(dāng)?shù)臏p少水的用量，可以有效的提升抗?jié)B性，并且避免混凝土泌水干縮現(xiàn)象；（4）坍落度的控制，坍落度大，骨料沉降速度快，沉降趨于穩(wěn)定后，阻礙數(shù)你砂漿繼續(xù)沉降，形成外部泌水，這些多余的游離水逐漸蒸發(fā)，在混凝土中形成毛孔細(xì)道，導(dǎo)致縫隙出現(xiàn)，要控制坍落度在120mm左右，保持其均勻性，可以確保混凝土均勻的凝固，減少裂縫產(chǎn)生的幾率。

2.3 改進(jìn)施工的養(yǎng)護(hù)工藝

對(duì)施工人員加強(qiáng)操作培訓(xùn)，提高工人的操作熟練度，避免搗振不均勻產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，施工改進(jìn)需要分析各項(xiàng)工藝，如采用搗振臺(tái)進(jìn)行搗振，保證施工的均勻性。養(yǎng)護(hù)工藝包括在脫模之前采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，確保混凝土快速硬化，確保管片的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，防止管片出現(xiàn)收縮裂紋，當(dāng)管片的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后吊入水中養(yǎng)護(hù)一周。

2.4 減小環(huán)境因素的影響

減小環(huán)境因素的影響主要是針對(duì)溫度和濕度兩個(gè)方面，在混凝土中加入冰塊，保持較低的溫度，以免失水過(guò)快；盡量在氣溫較低的環(huán)境中施工，如上午10點(diǎn)之前或下午3點(diǎn)之后，保證管片較好的凝固。

2.5 裂縫的及時(shí)處理

即使采取了一系列的控制措施，也并不能確保裂縫不出現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)氣泡孔洞或裂縫時(shí)，可以用修補(bǔ)材料，對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，這些材料具有凝固快、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，修補(bǔ)之后能滿足管片的強(qiáng)度要求。

3 結(jié)語(yǔ)

地鐵隧道是城市交通建設(shè)的重要組成部分，對(duì)于促進(jìn)城市交通的發(fā)展具有重要的作用，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有積極的意義。該文結(jié)合筆者的研究工作經(jīng)驗(yàn)，分析地鐵隧道混凝土管片裂縫出現(xiàn)的原因，并提出相關(guān)的控制措施，為提升管片的質(zhì)量，減少裂縫出現(xiàn)的幾率提供參考性的建議，文中的相關(guān)觀點(diǎn)有待進(jìn)一步的深入探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[2] 陳俊生，莫海鴻，梁仲元.盾構(gòu)隧道施工階段管片局部開(kāi)裂原因初探[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（5）：906-910.

[3] 蔡茂濤，丁慶軍，曾波.大直徑、大手孔鋼筋混凝土管片裂縫問(wèn)題探析[J].混凝土與水泥制品，2007（1）：28-32.endprint