自密實(shí)混凝土在市政工程施工中的應(yīng)用

李新

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安271000）

1 概述

自密實(shí)混凝土在施工應(yīng)用中，不需振搗便能夠?qū)崿F(xiàn)與模板、鋼筋之間的密實(shí)成型，有效避免了因振搗不足導(dǎo)致的混凝土蜂窩、麻面、空洞等質(zhì)量缺陷，同時(shí)也避免了因過(guò)振引起的混凝土離析現(xiàn)象，造成混凝土骨料與水泥漿嚴(yán)重分離，跑漿、漏漿，強(qiáng)度不均，影響主體結(jié)構(gòu)的整體承載力。

自密實(shí)混凝土不僅能夠解決混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量通病，提高施工質(zhì)量，且能夠顯著降低施工噪音，保障文明施工，提高施工效率和進(jìn)度，在市政工程項(xiàng)目施工中取得了顯著成效。

2 工程概況

迎澤大街下穿火車(chē)站通道建設(shè)工程位于山西省太原市迎澤區(qū)，是太原市向東拓展的主通道之一。此次施工采用的是管幕結(jié)構(gòu)法施工工藝，屬于國(guó)內(nèi)新興暗挖工藝。本項(xiàng)目重難點(diǎn)為下穿火車(chē)站管幕段施工，工程采用新管幕法施工，在國(guó)內(nèi)尚屬首次。下穿通道通車(chē)后，太原火車(chē)站東、西廣場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)貫通連接，對(duì)于改善太原市交通路網(wǎng)、便利旅客出行將起到十分重要的作用。

首先完成南北通道40 根鋼管的盾構(gòu)施工，再將這些鋼管小通道分別切割、焊接，彼此進(jìn)行“穿針引線”，連成兩個(gè)環(huán)環(huán)相扣的整體通道。之后，作業(yè)人員在通道內(nèi)綁扎鋼筋，整體澆灌混凝土，形成管幕結(jié)構(gòu)。新管幕將永久成為下穿通道主體結(jié)構(gòu)。最后，開(kāi)挖管幕結(jié)構(gòu)中間土體，進(jìn)行路面施工，最終形成下穿隧道。

在盾構(gòu)機(jī)鉆進(jìn)施工過(guò)程中，自密實(shí)混凝土主要應(yīng)用于預(yù)埋孔口管側(cè)墻及管幕段實(shí)體結(jié)構(gòu)。南北通道工作井側(cè)墻預(yù)埋孔口管凈距為165～265mm，孔口管布置見(jiàn)圖1。由于孔口管預(yù)埋于工作井側(cè)墻中，使用普通混凝土澆筑沒(méi)有操作平臺(tái)，且預(yù)埋孔口管凈間距過(guò)小，無(wú)法使用振搗棒進(jìn)行振搗，必須利用混凝土自身的流動(dòng)性和自浮力從底部開(kāi)始澆筑，自下而上通過(guò)預(yù)埋孔口管之間的縫隙，將孔口管之間的空隙填充密實(shí)。

圖1 孔口管布置示意圖

3 自密實(shí)混凝土原材料選用及質(zhì)量控制

自密實(shí)混凝土勻稱性好，強(qiáng)度高，和易性優(yōu)，特別是自流動(dòng)性極佳。原材料直接影響自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度、工作性能、耐久性等技術(shù)指標(biāo)。

（1）水泥：自密度混凝土中膠凝材料比例較高，為降低混凝土的水化熱，減少混凝土的收縮，應(yīng)優(yōu)先選擇水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)不得低于P.O42.5。

（2）摻合料：摻合料的使用可顯著增強(qiáng)混凝土的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)可降低混凝土的水化熱，防止養(yǎng)護(hù)期間結(jié)構(gòu)表面開(kāi)裂，提升混凝土的后期強(qiáng)度。本工程采用粉煤灰和礦粉雙摻礦物摻合料，極大改善了混凝土抗氯離子滲透能力，降低混凝土孔隙率，細(xì)化孔徑，提高混凝土對(duì)氯離子的擴(kuò)散阻力，同時(shí)摻拌礦物摻合料也提高了混凝土的固化能力。

（3）細(xì)骨料：選用級(jí)配合理、質(zhì)地均勻、吸水率低、空隙較小、堿活性合格且含泥量≤3.0%的潔凈天然河砂。

（4）粗骨料：考慮混凝土的抗離析、泌水、無(wú)需振搗、對(duì)鋼筋間隙通過(guò)性能的要求，必須選用最大粒徑≤25mm 且不超過(guò)保護(hù)層厚度2/3 的級(jí)配良好的粗骨料，其中粗骨料針、片狀顆粒含量要小。粗骨料松散堆積密度＞1500kg/m3，緊密空隙率＜40%；若粗骨料級(jí)配不均勻，自密實(shí)混凝土容易出現(xiàn)粘性不足，離析、泌水等質(zhì)量缺陷。

（5）減水劑：配制自密實(shí)混凝土的關(guān)鍵是選用聚羧酸系高性能減水劑。該系列減水劑對(duì)水泥具有強(qiáng)烈的分散作用，能極大提高混凝土的流動(dòng)性和擴(kuò)展度，降低用水量，控制水膠比，提高混凝土強(qiáng)度。

混凝土用水：混凝土拌和用水和養(yǎng)護(hù)用水均要檢驗(yàn)合格，符合要求。

4 自密實(shí)混凝土配制和性能

選用含泥量≤3.0%的清潔天然河砂，保證其優(yōu)良的流動(dòng)性；進(jìn)行減水劑與水泥之間的相容性試驗(yàn)，選擇與水泥相容性好的聚羧酸系高性能減水劑，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定減水劑的最佳用量，達(dá)到自密實(shí)混凝土的早強(qiáng)、抗?jié)B等性能；通過(guò)摻和料的摻和比例和水膠比的調(diào)整，進(jìn)行自密實(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)試驗(yàn)，并最終確定自密實(shí)混凝土的理論配合比。

自密實(shí)混凝土因其較大的流動(dòng)性，要求水泥漿有效的包裹骨料，對(duì)骨料的選擇性極其嚴(yán)格。自密實(shí)混凝土的主要難點(diǎn)就是杜絕離析和泌水現(xiàn)象，保持良好的流動(dòng)性能，無(wú)需振搗自流填滿預(yù)留孔口管空隙。

根據(jù)C40 自密實(shí)混凝土基準(zhǔn)配合比進(jìn)行配合比優(yōu)化和組合，分別對(duì)水膠比浮動(dòng)±0.03 和砂率浮動(dòng)±1%，計(jì)算并進(jìn)行試拌試驗(yàn)，根據(jù)材料用量和拌合物性能得出最佳配合比。

表1 C40 自密實(shí)混凝土原材料

表2 試拌材料用量（kg/m3）

自密實(shí)混凝土的配合比要滿足拌合物的施工性能要求，與同等級(jí)的普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土要有較大的漿骨比，膠凝材料用量要大，一般保持在450-550kg/m3；砂率較大，最大可達(dá)50%，保持較好的流動(dòng)性。自密實(shí)混凝土因流動(dòng)性大，以擴(kuò)展度作為和易性主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為自密實(shí)混凝土拌合物的擴(kuò)展度500-700mm。確定各參數(shù)，參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50476-2019）、《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T283-2012），根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求通過(guò)試驗(yàn)室反復(fù)試配和配合比計(jì)算，取得滿足施工要求的自密實(shí)混凝土配合比。

表3 拌和物性能

表4 C40 自密實(shí)混凝土配合比試配結(jié)果

表5 綜合各項(xiàng)指標(biāo)要求，確定理論配合比為（kg/m3）

C40 自密實(shí)混凝土配合比應(yīng)用于孔口管澆筑前，施工現(xiàn)場(chǎng)配備自密實(shí)混凝土配合比驗(yàn)證模型。模型為僅底部相通的兩個(gè)獨(dú)立柱體，由一側(cè)灌注，利用自密實(shí)混凝土的自重和大擴(kuò)展度自下而上頂至另一柱頂，不經(jīng)振搗，驗(yàn)證自密實(shí)混凝土的工作性能能否滿足施工需求。通過(guò)試驗(yàn)可知，自密實(shí)混凝土塌落擴(kuò)展度、間隙通過(guò)性均在要求范圍內(nèi)，能夠滿足施工要求，合格率達(dá)到100%，試驗(yàn)結(jié)果證明：C40 自密實(shí)混凝土配合比合格。

5 自密實(shí)混凝土制拌、運(yùn)輸、澆筑

5.1 自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)過(guò)程控制

自密實(shí)混凝土攪拌生產(chǎn)時(shí)，宜先向攪拌機(jī)投入細(xì)骨料和膠凝材料攪拌均勻，再加入所需用水量和外加劑，待砂漿攪拌充分后再投入粗骨料，直至攪拌均勻?yàn)橹埂Ｗ悦軐?shí)混凝土攪拌時(shí)間應(yīng)略長(zhǎng)于普通混凝土，攪拌時(shí)間大于120s，但不宜超過(guò)180s。出廠前必須對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物進(jìn)行開(kāi)盤(pán)鑒定，檢測(cè)其工作性能，和易性合格才能出廠。

5.2 自密實(shí)混凝土的運(yùn)輸過(guò)程控制

混凝土運(yùn)輸車(chē)內(nèi)應(yīng)清洗干凈，排凈積水，并做好防曬、防寒措施；運(yùn)輸途中，攪拌車(chē)應(yīng)保持3r/min～5r/min 的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；自密實(shí)混凝土從投料攪拌到開(kāi)始澆筑，時(shí)間不宜超過(guò)90min。本工程根據(jù)運(yùn)距選擇的攪拌站運(yùn)時(shí)為60min 左右；運(yùn)輸過(guò)程中禁止加水，如澆筑時(shí)混凝土工作性能不理想，可由試驗(yàn)人員使用減水劑在不改變水膠比的情況對(duì)混凝土狀態(tài)進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整不過(guò)來(lái)直接退回，禁止直接使用澆筑；自密實(shí)混凝土的供應(yīng)要連貫有序，保證施工的連續(xù)性。

圖2 自密實(shí)混凝土配合比驗(yàn)證試驗(yàn)

5.3 自密實(shí)混凝土的澆筑過(guò)程控制

自密實(shí)混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)保持連續(xù)對(duì)稱泵送，必要時(shí)降低泵送速度，確保混凝土自密實(shí)成型；盡量減少泵送過(guò)程對(duì)自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性的影響，使其和易性不變；澆筑過(guò)程設(shè)專人盯控混凝土，確保混凝土質(zhì)量均勻穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整；分層澆筑時(shí)要嚴(yán)格控制施工縫，盡量不破壞混凝土的整體粘聚性。

孔口管自密實(shí)混凝土澆筑前，要高度重視澆筑前的檢查工作。現(xiàn)場(chǎng)采用1 臺(tái)48m 汽車(chē)式輸送泵進(jìn)行供料，泵車(chē)布置在給排水工作井上面。開(kāi)澆前，先將泵車(chē)輸送管路展開(kāi)，沖洗干凈保持濕潤(rùn)，并保證能達(dá)到澆筑的最近、遠(yuǎn)兩點(diǎn)處，輸送泵澆筑過(guò)程中在近、遠(yuǎn)兩端交替對(duì)稱澆筑，防止孔口管扭曲變形。先將孔口管底部澆完，再通過(guò)自密實(shí)混凝土的自重和優(yōu)良的流動(dòng)性擠壓填充滿孔口管之間的空隙，由下而上自管底升頂密實(shí)筑滿至孔口管頂。混凝土頂升過(guò)程要嚴(yán)格控制澆筑速度，保證頂升和停筑過(guò)程，停筑時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止混凝土在孔口管間隙中初凝；自密實(shí)混凝土泵送和澆筑過(guò)程要保持其連續(xù)性，減少分層，保持混凝土流動(dòng)性；孔口管頂澆筑完畢30min 后，應(yīng)觀察管頂混凝土有無(wú)回落下沉，若有下沉，補(bǔ)澆管頂混凝土。

5.4 自密實(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)和驗(yàn)收

自密實(shí)混凝土澆筑完成后，做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作。孔口管澆筑期間外界溫度較低，在混凝土澆筑及二次抹面壓實(shí)后或模板拆除后，立即進(jìn)行覆蓋保溫，在表面覆一層塑料薄膜或者土工布全斷面覆蓋，減少表層混凝土的熱量擴(kuò)散，降低內(nèi)外溫差。由于在夏季施工，氣溫高蒸發(fā)快，必須加強(qiáng)混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)工作。混凝土終凝后，現(xiàn)場(chǎng)派專人定時(shí)往混凝土表面灑水養(yǎng)護(hù)，緩慢降溫，降低溫度應(yīng)力。中午高溫時(shí)避免陽(yáng)光直曬，以免產(chǎn)生急劇的溫度變化。

圖3 預(yù)埋孔口管澆筑整體效果圖

預(yù)埋孔口管自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)24h 后拆模，進(jìn)行揭板試驗(yàn)。預(yù)埋孔口管表面混凝土無(wú)灌注空洞，與底部普通混凝土側(cè)墻粘結(jié)情況良好，無(wú)分層現(xiàn)象。28d 齡期后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)自密實(shí)混凝土進(jìn)行回彈試驗(yàn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)試塊進(jìn)行抗壓和抗?jié)B試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明預(yù)埋孔口管自密實(shí)混凝土的力學(xué)性能、收縮性能和耐久性能均達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，對(duì)本工程具有很好的適應(yīng)性。

6 結(jié)論

太原火車(chē)站下穿工程作為國(guó)內(nèi)首例以新管幕法下穿火車(chē)站的隧道工程，密集孔口管預(yù)埋施工空間極其陜小，無(wú)法使用振搗器作業(yè)，且配筋分布密集，常規(guī)混凝土施工質(zhì)量無(wú)法保證。采用自密實(shí)混凝土施工，通過(guò)自密實(shí)混凝土的自重和極高的流動(dòng)性能，直接由底部頂升擠壓填滿孔口管空隙和鋼筋間隙，密實(shí)成型，過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行人工振搗，施工迅速、方便。拆模后，混凝土表面平整、光滑，無(wú)蜂窩或麻面，施工質(zhì)量良好，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，驗(yàn)證了自密實(shí)混凝土的適用性和可靠性，也為類(lèi)似密集孔口管預(yù)埋工程提供了一定的借鑒參考。