地鐵車站混凝土缺陷處理施工技術研究

王成東

摘要：作為地鐵車站的主材料之一，混凝土應用面廣，但施工難度大，在施工期間，經常出現開裂、滲漏水等缺陷，為進一步提高地鐵車站混凝土施工的質量問題，文章將以某地鐵車站為例，在了解該車站混凝土施工背景概況的基礎上，深入研討該車站混凝土施工缺陷防治的施工方法。

關鍵詞：地鐵車站，混凝土，缺陷處理，施工技術

1.某地鐵車站混凝土施工背景概況

某地鐵軌道交通工程，屬于單跨雙墻疊合結構，包括連續墻、內襯墻、側墻、頂板、中板、底板均以混凝土施工，為便于工程進度控制，工程單位將地鐵車站劃分為7個施工段，在第一施工段底板、下襯墻、中板、上襯墻、頂板完工后，工程單位對該段的混凝土施工質量進行了全方位自檢，得出下表1-1的檢查結果：

基于上表，可看出該段混凝土存在嚴重的施工缺陷。針對這些缺陷，在現場進行了全方位調查，發現在頂板、站廳側墻，以及頂板和側墻的交界位置、靠近誘導縫位置等，都有裂縫存在，伴隨程度不一的滲漏現象。

確定墻體和頂板等位置的宏觀裂縫，屬于受拉效應型裂縫，由等代溫降荷載引起。混凝土結構在等代溫度荷載用下，產生小偏拉應力場，而且車站混凝土結構的縱向長度比較大，因此隨著等代溫度荷載的加大，混凝土結構內部的拉應力隨著增大，結構就會出現收縮變形，而混凝土抗拉強度不足抵抗拉應力影響，混凝土開始呈開裂跡象，當裂縫擴展成貫通裂縫時，就會出現板間滲漏現象。

2.案例地鐵車站混凝土缺陷處理施工的技術建議

為避免本施工段出現混凝土缺陷，認為有必要在混凝土結構施工時，通過混凝土結構非線性分析，掌握混凝土預應力大小的分布情況，同時從結構模式、工藝手段和材料等方面入手，有效控制混凝土的拉應力，防止混凝土裂縫的出現。

2.1混凝土結構非線性分析

本工程混凝土結構有鋼筋和混凝土兩種材料，結構在承載之前，大量微裂縫出現在骨料與砂漿的交界位置；加載后，混凝土結構工作狀態變得異常復雜，在低應力影響下，裂縫的非線性特征明顯，鋼筋和混凝土均有粘結滑移的交互效應現象，另外混凝土在澆筑后，水化熱促使準溫度場的形成，再加上持續的荷載作用和不均勻徐變，其結果造成混凝土嚴重開裂。現隨機選取本地鐵車站每個施工段1根規格相同的簡支梁進行非線性分析，每根簡支梁的跨度均為3.6567m，截面面積25.8c㎡，其上僅配置4根主筋，如下圖2-1所示：

經試驗，得出混凝土和鋼筋的平均參數如下：

①混凝土：抗壓強度24.5N/mm2、抗拉強度2.45N/mm2、彈性模量21.3GPa、應力峰值應變0.02。

②鋼筋：彈性模量191.4GPa、屈服強度413.5N/mm2。

2.2預應力混凝土施工技術

從本工程混凝土結構非線性分析結果中，提取本次混凝土施工的參數，期間為避免出現第一施工段的混凝土缺陷問題，需要采用預應力混凝土施工的技術手段，詳細施工方法如下：

（1）混凝土施工。為選擇最為適合本工程的聚丙烯纖維混凝土配合比，在施工前，按照水泥372kg、水205kg、砂620kg、石1153kg、減水劑2.6kg的標準，配合比設計了基準混凝土，然后分別加入300g、600g、1000g的纖維，形成編號PP1、PP2、PP3三種編號的聚丙烯纖維混凝土。這些混凝土在制作時候，混凝土投料順序、攪拌方式、攪拌時間、攪拌頻率等，對混凝土性能有著直接的影響，為保證混凝土制作的質量均勻，要求在制作混凝土時，按照以下流程攪拌混凝土：

①確定混凝土編號，按照比例準備好石子、砂子、水泥、水、減水劑、纖維等材料。

②將全部石子、砂子和10%的拌合水，放入強制攪拌機中，攪拌30秒。

③將全部水泥加入攪拌機中，攪拌30秒。

④將全部合成纖維和減水劑，加入攪拌機中，攪拌60秒。

⑤將剩余90%拌合水，全部倒入攪拌機中，然后進行卸料。

按照以上流程制成的聚丙烯纖維混凝土，表現出良好的分散性和化學穩定性，正好彌補了普通混凝土所不具備的優點。

混凝土施工期間，考慮到現場混凝土施工面積大，有各種主客觀因素的影響，為避免出現第一施工段混凝土開裂的情況，筆者認為有必要在斷面底板、下襯墻、上襯墻、墻板等位置，布置振弦式應變計，以監測各個位置混凝土的抗裂防滲情況，其測點布置情況，如下圖2-2所示：

在抗滲防裂的測試段，測試斷面1與誘導縫保持1.2m的距離，測試結果顯示該位置預應力狀況非常復雜，很容易出現混凝土開裂問題；斷面2主要針對頂板和上襯墻的裂縫問題，重點監測混凝土的應變態勢；斷面3主要針對底板、襯墻、頂板的溫度收縮應變，尤其是兩誘導縫的中間位置，其預應力影響最為明顯，也屬于監測的重點；斷面4和斷面5，由于頂板位置有計劃設置預應力索，并且沒有將該位置作為監測重點。監測結果要求在混凝土施工時，選用水化熱比較小的水泥品種，以減少溫度控制的難度，其中溫度控制，在前幾日最為重要，在混凝土表面溫度下降后，根據溫差的變化情況，考慮環境溫度對混凝土內部的影響，以及時做好混凝土養護工作，同時在裂縫寬度控制的允許范圍內，合理調節混凝土中纖維的含量，保證混凝土的抗裂能力保持在最佳狀態，方可避免裂縫帶來的滲漏影響。

（2）預應力筋布置施工。在混凝土施工的同時，預應力筋布置也是防治混凝土裂縫的重要舉措。本工程預應力筋的布索位置選擇，需結合溫度收縮的影響狀態，期間發現頂板和中板襯墻，在頂板襯墻拉應力和連續墻、底板約束的雙重作用下，中間部位出現于縱軸垂直的裂縫，以及在誘導縫的周圍，發現明顯的斜向裂縫，并有明顯的混凝土結構預應力損失情況。預應力損失情況估計時，既不能太高，也不能太低，太高時某些部位預應力不足，從而導致混凝土受拉；太高時混凝土會產生過大的反拱度；只有在找到預應力損失規律后，分時段計算各種損失的相互關系，才能夠得出較為準確的預應力損失值。經反復估計，最終確定以下幾方面的預應力損失原因：錨固變形、鋼筋回縮、接縫壓縮、預應力筋與孔道壁摩擦、預應力筋與臺座存在溫差、預應力筋松弛、混凝土收縮、混凝土徐變、螺旋式鋼絲擠壓混凝土。針對這些原因，我們在張拉時，混凝土強度必須達到100%，同時利用有限元建模分析錨固區域的應力狀態，盡量采用分散型式錨固預應力筋，并檢查預應力筋的應力集中程度，以及在布置預應力筋的時候，頂板區域以分散的模式布置，接近頂板與襯砌墻交接位置則要加大預應力筋布索的密度，按照這種方法，連續墻施加于襯墻的預應力，就會分散到誘導縫的中間，另外誘導縫鋼筋用量增加后，以及利用纖維混凝土施工襯墻，即可有效控制襯墻混凝土的開裂。至于預應力索形的安排，要重點考慮張拉工作長度對混凝土正常施工的影響，本工程在一端進行張拉，以拋物線方式引至板頂面，各索張拉端越過中位，最后錨固于誘導縫的周圍。按照這種預應力索形布置方式，其中部的總預應力荷載，相當于索端的1.5-4倍，有效抵消了混凝土收縮拉應力的作用。

3.結束語

文章通過研究，基本明確了案例地鐵工程混凝土施工缺陷處理的方法，但考慮到不同地鐵工程混凝土施工環境條件的差異性，要求以上方法在其他工程中應用時，結合具體工程的施工情況，予以因地制宜地參考借鑒，以保證這些方法的適用性。

參考文獻

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