軌道交通工程側墻大體積混凝土裂縫控制技術

馮永偉

摘要：近年來，我國的交通行業有了很大進展，軌道交通工程建設越來越多。為減少軌道交通工程車站側墻大體積混凝土的開裂，通過配合比的優化設計、側墻試驗段分段的開裂風險評估及混凝土的澆筑、振搗、拆模與養護控制，確定引起側墻混凝土開裂的主要因素是混凝土的外約束作用。分析結果表明，側墻分段長度宜為16m，試驗段的溫度、應變、力學性能、裂縫情況對比結果表明，車站側墻大體積混凝土應保溫保濕養護至少14d齡期，配合比使用后期收縮補償能力較強的氧化鎂類抗裂劑。

關鍵詞：大體積混凝土，裂縫，開裂風險評估，應變，氧化鎂

地鐵軌道建設的范圍較廣，期間會涉及到多樣化的地質土層，其中地裂縫就是地鐵軌道中常見的特殊地質，地裂縫土質屬于一類地區性地質災害，地裂縫區域的建筑物會受到一定程度的破壞，導致建筑物缺乏穩定性，當地鐵軌道施工中涉及到地裂縫時就要把控好施工技術的應用，完善地鐵軌道大體積混凝土裂縫的施工操作。

一、工程概況

軌道交通工程某地下車站側墻混凝土尺寸為：長×高×厚=21m×4.96m×0.7m，采用C35普通混凝土配合比，以往同類工程側墻施工完成后，極易出現大面積的混凝土開裂現象，為減少車站側墻混凝土的開裂現象，將車站側墻結構混凝土作為大體積混凝土進行施工控制，擬采用C35/P10大體積混凝土，利用側墻結構混凝土施工應力計算分析，將側墻分段長度控制在16m，同時加強混凝土的澆筑、振搗、養護等施工質量控制來降低側墻混凝土的內外約束應力。

二、混凝土配合比

混凝土主要由膠凝材料、粗骨料、細骨料、外加劑等材料組成。大體積混凝土由于在澆筑時會產生大量水化熱，軌道結構邊緣直接與大氣環境接觸，其熱量交換速率較快，此時軌道結構混凝土內部受熱膨脹而表層降溫收縮，因此導致其內部產生微裂紋等缺陷和表面產生裂縫，后期混凝土的收縮和溫度變形加劇了裂紋的產生和發展。所以在配合比階段要優選級配優良的骨料、合適強度等級的水泥品種，積極采用摻合料和混凝土外加劑，來降低水泥用量、降低水化熱，改善混凝土工作性和降低混凝土成本，掌握好混凝土補償收縮技術的應用，氧化鈣類抗裂劑主要補償混凝土的早期收縮，優選水化速度緩慢的氧化鎂抗裂劑，利用其良好的力學性能和特有的延遲膨脹性來補償大體積混凝土的收縮和溫度變形，提高混凝土自身的抗裂能力，以防產生裂縫。

通過配合比設計和驗證確定使用62%水泥、20%粉煤灰、10%礦粉、8%氧化鎂抗裂劑的膠凝材料體系效果較好，配制出來的混凝土工作性能、力學性能、耐久性優良。

三、裂縫數據及圖像的獲取

混凝土表面裂縫數據采集應記錄裂縫數量及每條裂縫長度、寬度及深度，裂縫寬度取最寬處量測，深度應在沿裂縫十字交叉線鑿取至裂縫底部測。同時軌道交通混凝土裂縫寬度一般較小，獲取裂縫圖像質量的好壞影響著圖像識別的成功與否。而成像設備的選用、光源的設置、拍攝距離和角度等關系著圖像的質量。在拍攝過程中應采用像素較高數的碼相機，避免側斜射的主光源，拍攝方向要垂直于裂縫所在位置的切線方向，近距拍攝使每條裂縫在寬度范圍內包含的像素較多以便更清晰更易識別。通過試驗段的施工，該側墻混凝土結構未出現明顯裂縫，滿足該項目混凝土的施工要求。

四、現場施工工藝

（1）軌道側墻混凝土是采用軌排支架法現場澆筑施工，若在側墻混凝土澆筑前雙塊式軌枕底面和四周清理不徹底，潤濕程度不夠，會導致新舊混凝土粘接強度偏低。由于混凝土在凝固過程中會發生塑性變形，因此在新舊混凝土界面處發生界面破壞，進而形成軌枕周邊離縫和“八”字裂縫。（2）混凝土的入模溫度偏高會增加其自身在凝固過程中的塑性變形，泵送混凝土還會導致側墻混凝土后期的干縮形變量增大，而側墻混凝土干縮形變量過大最終會導致在側墻薄弱位置處產生裂縫。（3）側墻兩側的混凝土是通過振搗棒振搗施工的，若在這個過程中振搗順序和振搗方式不當，混凝土極易發生離析現象，即混凝土中的粗骨料下沉，表面混凝土膠凝物質含量偏高，導致側墻表面混凝土收縮變形較大而產生裂縫。（4）側墻混凝土在澆筑完成后需采取妥善的保濕養生處理方式，即混凝土在凝固過程中還需要經常灑水確保其表面濕潤狀態，并且使用土工布和塑料薄膜雙重覆蓋，以減少水分散失和隔離太陽輻射。為防止大風將表面覆蓋物吹走，還要使用重物壓制或其他方式來固定其邊角位置。（5）在側墻混凝土澆筑完成但其自身還未達到一定強度時，為了防止雙塊式軌枕下沉和偏離設計幾何形位，需用軌排支架和工具軌對其進行臨時固定。由于軌排支架和工具軌的熱膨脹系數與混凝土的熱膨脹系數不同，因此在日溫度升降荷載作用下，二者的溫度變形不協調。若在側墻混凝土初凝后未及時擰松工具軌的扣件螺栓，混凝土和工具軌的溫度不協調變形會導致雙塊式軌枕側面出現離縫和“八”字裂縫，且軌枕側面離縫以軌道板中點為對稱軸呈對稱分布。現場觀測到軌枕側面離縫的寬度由工具軌端部向工具軌中點逐漸減小。

五、混凝土澆筑

混凝土澆筑在地裂縫段的地鐵軌道施工加固項目，例舉混凝土澆筑中的技術要點，如：（1）框架板地面、中心水溝的道床澆筑時參考框架板底面的角度高度，第二次澆筑時一定要沿著邊墻結構，做延伸式的澆筑處理，（2）澆筑工程項目中的砼結構時，提前檢查好鋼筋網架是否穩固，修復有損壞的鋼筋網，鋼筋網檢查合格后組織混凝土的澆筑工作，（3）地鐵軌道穿越地裂段施工時應提前安排灌漿操作，嚴格遵循操作規程落實灌漿施工對基礎進行預處理，適當增加鋼筋配置數量，（4）混凝土澆筑過程中安排好振搗操作，結構振搗的最佳間距是400mm，間隔20min后復振，振搗過程中的振搗器不能接觸鋼軌及支撐架，以免形成支撐變形和破壞，（5）振搗后對道床混凝土的表層實行抹面操作，預防出現收縮裂縫，抹平、搓毛的次數不能低于2遍，待混凝土澆筑后的12個小時之間實行灑水養護。

六、混凝土的振搗、拆模與養護措施

混凝土運抵現場后，當坍落度允許偏差超過±20mm時，由專業技術人員對混凝土工作性進行二次調整，嚴禁通過加水調整混凝土坍落度。混凝土振搗時，振搗棒應快插慢拔，每一振點的振搗延續時間宜為20～30s，以混凝土不再沉落，不出現氣泡，表面呈現浮漿為度，防止過振、漏振。混凝土拆模以同條件養護混凝土試塊的抗壓強度達到設計要求的50%且混凝土內表溫差不大于25℃、表面與環境溫差不大于20℃為依據。側墻結構混凝土拆模后1h內對混凝土進行覆蓋，覆蓋2層土工布進行保溫養護，控制混凝土養護用水的水溫，養護水溫度與側墻混凝土表面溫度之差不宜大于15℃，不可將冷水直接澆于混凝土表面。

七、結語

綜上所述，地鐵大體積混凝土施工是一項重要的工程內容，在地鐵穿越地裂縫的施工過程中要做好有效的控制措施，規劃好施工技術的要點，最主要的是提高地鐵大體積混凝土裂縫的技術水平，避免影響地鐵軌道的施工速度，促使地鐵軌道施工及運營能夠達到規范性、穩定性的標準。

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