裝配式車站“大分塊”預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)研究

羅 強(qiáng)，趙文華，王永峰，姜 曉

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610200)

0 引言

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)起源于二十世紀(jì)二三十年代的歐洲，經(jīng)過發(fā)展成為現(xiàn)代建筑工業(yè)化的一種重要方式[1]。隨著裝配式建筑技術(shù)日益成熟，開始逐漸應(yīng)用于地下工程中[2]。地鐵車站施工中采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)能夠有效提高施工效率[3]，節(jié)約工期，降低對(duì)市政交通的影響，特別是在建筑密集性高、交通壓力大的城市，裝配式施工具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)裝配式地鐵車站開展相關(guān)研究，李兆平等[4]研究了預(yù)制裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)榫槽式接頭力學(xué)性能；杜修力等[5]對(duì)裝配式地鐵車站的側(cè)墻底節(jié)點(diǎn)抗震性能進(jìn)行了分析；蘇會(huì)鋒等[6]對(duì)裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)的接頭抗彎承載能力進(jìn)行了研究；楊秀仁等[7]對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)注漿式榫槽接頭彎曲抵抗作用特性進(jìn)行了研究；陶連金等[8]對(duì)預(yù)制裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)拼裝成環(huán)后的力學(xué)行為進(jìn)行了研究；許學(xué)昭等[9]對(duì)裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)的榫槽式接頭抗剪性能進(jìn)行了研究；丁鵬等[10]對(duì)預(yù)制裝配式地鐵車站的閉腔構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；單馨玉等[11]對(duì)預(yù)制裝配式地鐵車站肥槽回填施工力學(xué)行為進(jìn)行了研究；Tao等[12]提出了裝配式地鐵車站地震破壞機(jī)理，并首次開展了全裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。已有研究對(duì)裝配式地鐵車站接頭的連接方式、接頭力學(xué)性能及拼裝過程進(jìn)行了深入分析，取得了一定成果，但對(duì)裝配式地鐵車站的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝流程及受力監(jiān)測(cè)研究較少。

本文以深圳市城市軌道交通12號(hào)線沙浦站為依托，分析了裝配式地鐵車站的預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝流程以及預(yù)制構(gòu)件修補(bǔ)措施，并對(duì)生產(chǎn)過程中預(yù)制構(gòu)件的受力情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，以期為裝配式地鐵車站構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

深圳地鐵12號(hào)線沙浦站為地下2層島式站臺(tái)車站，車站全長235 m，地下1層為站廳層，地下2層為站臺(tái)層，有效站臺(tái)寬度為11.8 m，長度為140 m。車站主體結(jié)構(gòu)中間段采用裝配式結(jié)構(gòu)，裝配段總長度為164 m，共計(jì)82環(huán)。

地鐵車站裝配段結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

1.2 預(yù)制構(gòu)件參數(shù)

裝配式地鐵車站的預(yù)制構(gòu)件主要分為頂板、中板、側(cè)墻、底板、中立柱、中縱梁、出入口環(huán)框梁、出入口側(cè)墻。各部位預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)如表1所示。

裝配式地鐵車站由9類構(gòu)件組成，每環(huán)中各類構(gòu)件通過榫槽注漿與螺栓相結(jié)合的方式進(jìn)行連接，因此對(duì)預(yù)制構(gòu)件的尺寸精度要求較高，施工中需嚴(yán)格控制生產(chǎn)質(zhì)量，避免構(gòu)件尺寸出現(xiàn)較大誤差。

表1 構(gòu)件參數(shù)

2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)研究

為保證預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，裝配式車站生產(chǎn)區(qū)配置了一條“1+3”自動(dòng)流水生產(chǎn)線，投入1套邊模，4套流轉(zhuǎn)底座，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30環(huán)/月，如圖2所示。裝配式車站生產(chǎn)線由鋼筋原材料堆存區(qū)、鋼筋加工區(qū)、鋼筋籠成型區(qū)、鋼筋籠堆存區(qū)、預(yù)制件生產(chǎn)區(qū)、預(yù)制件蒸養(yǎng)區(qū)、預(yù)制件脫模區(qū)、預(yù)制件堆存區(qū)、預(yù)制件裝車區(qū)等組成。

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)主要包括模具生產(chǎn)、鋼筋籠綁扎、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)脫模、構(gòu)件缺陷修補(bǔ)等關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 模具生產(chǎn)技術(shù)研究

預(yù)制構(gòu)件采用組合鋼模方案，投入4套底模和1套側(cè)模，使用周轉(zhuǎn)底座，由模具底座運(yùn)輸系統(tǒng)控制，可在流水線上流轉(zhuǎn)，側(cè)模采用組合鋼模板，并設(shè)置支撐，材質(zhì)選用10 mm厚Q235B鋼板，如圖3所示。

為保障模具尺寸精度，模具進(jìn)廠組裝后需通過三維掃描進(jìn)行尺寸檢測(cè)，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行生產(chǎn)。模具在使用前應(yīng)進(jìn)行清理、打磨，模具接合處的灰漿和粘貼膠條需清理干凈；完成清理后，在模具拼接部位粘貼密封條，防止在混凝土澆筑過程中出現(xiàn)泌水、漏漿現(xiàn)象；組裝前在模具內(nèi)表面噴灑脫模劑；完成以上步驟后進(jìn)行模具組裝，為保障模具安裝后接合部位嚴(yán)密，在模具接合部位粘貼泡沫塑料條；模具安裝后需進(jìn)行校核，底模進(jìn)入澆筑區(qū)后進(jìn)行水平校核，使用水平管校核底模四個(gè)角點(diǎn)，使用液壓千斤頂輔助調(diào)平。

2.2 鋼筋籠生產(chǎn)技術(shù)研究

首先嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求對(duì)鋼筋進(jìn)行加工，鋼筋加工完成后進(jìn)行鋼筋籠綁扎，如圖4所示。為保障鋼筋位置的準(zhǔn)確性，在鋼筋靠模上通過卡板定位出每一根主筋的位置，確定大致形狀，提前預(yù)留位置，確保每一個(gè)預(yù)埋件不與主筋相沖突。鋼筋靠模上有專門的定位措施以保證榫頭、榫槽定位的準(zhǔn)確性。榫頭、榫槽鋼筋均為后加鋼筋，為保證吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)過程榫頭、榫槽鋼筋不偏位，形狀不發(fā)生變化，榫頭、榫槽筋所有節(jié)點(diǎn)均額外施作點(diǎn)焊。最后進(jìn)行鋼筋籠制作，在鋼筋靠模上進(jìn)行焊接，以確保鋼筋骨架的組裝精度，成品鋼筋籠通過驗(yàn)收后吊裝入模，最后將預(yù)埋件安裝到鋼筋籠中。

2.3 混凝土生產(chǎn)技術(shù)研究

首先采用碗扣支架頂?shù)姆绞浇o鋼筋施加反力，從而防止鋼筋籠在混凝土澆筑過程中發(fā)生上浮。前期工作準(zhǔn)備完畢后進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑時(shí)應(yīng)通過分層澆筑與振搗的方式保證混凝土的均勻性和密實(shí)性。澆筑完成后采用刮杠將混凝土表面刮到與兩側(cè)模板等高，然后進(jìn)行收面壓光，之后進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)。預(yù)制構(gòu)件澆筑完成后第一時(shí)間覆蓋薄膜，脫側(cè)模后進(jìn)行蒸汽蒸養(yǎng)，蒸養(yǎng)窯采用濕熱養(yǎng)護(hù)方式，濕度控制在85%以上；在蒸養(yǎng)窯內(nèi)設(shè)置有全自動(dòng)化溫控及濕控設(shè)備裝置，溫度及濕度變化全自動(dòng)控制，蒸養(yǎng)溫度最高不超過60 ℃，確保升溫及降溫的速度符合要求，同時(shí)確保養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)各點(diǎn)溫度均勻。養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行拆模，拆模時(shí)先拆除非承重模具，后拆除承重模具，預(yù)制構(gòu)件拆模完成后應(yīng)進(jìn)行脫模驗(yàn)收，驗(yàn)收通過后方可吊裝至堆場(chǎng)堆存區(qū)進(jìn)行堆存養(yǎng)護(hù)，如圖5所示。

2.4 預(yù)制構(gòu)件缺陷修補(bǔ)技術(shù)研究

預(yù)制構(gòu)件拼裝前，應(yīng)嚴(yán)格檢查密封墊溝槽兩側(cè)及平面轉(zhuǎn)角處，保證凹凸榫不得有剝落、缺損。大缺角應(yīng)用修補(bǔ)劑填平，密封墊溝槽兩側(cè)、底面的大麻點(diǎn)應(yīng)用早強(qiáng)快硬水泥填平。修補(bǔ)劑采用丁二烯和苯乙烯共聚物乳液與水泥混合攪拌組成黏結(jié)水泥漿，其與瞬凝水泥共同組成構(gòu)件修補(bǔ)劑。使用前將乳液與水泥按1∶2質(zhì)量比攪拌至均質(zhì)、黏稠狀態(tài)，修補(bǔ)前，先使基面潮濕，涂一層水泥漿，然后將瞬凝水泥涂在水泥漿上即可，水泥漿施工厚度不超過2 mm。

2.4.1 構(gòu)件修補(bǔ)順序

構(gòu)件經(jīng)澆筑預(yù)蒸養(yǎng)脫側(cè)模后應(yīng)立即對(duì)構(gòu)件端面、凹凸榫及外弧面裂縫、掉塊進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)完成后立即重新覆蓋養(yǎng)護(hù)薄膜進(jìn)入蒸養(yǎng)區(qū)，在蒸汽養(yǎng)護(hù)3 d脫底模后再進(jìn)行修補(bǔ)，預(yù)制構(gòu)件達(dá)到28 d齡期后，裝車運(yùn)輸前再次對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修補(bǔ)。

2.4.2 構(gòu)件裂縫修補(bǔ)方法

預(yù)制構(gòu)件裂縫修補(bǔ)方法包括表面封閉法、注射法以及壓力注漿法等，應(yīng)根據(jù)裂縫情況和環(huán)境條件選用。在修補(bǔ)裂縫的時(shí)候根據(jù)裂縫寬度選擇適宜的方法(如表2所示)。

表2 不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)的修補(bǔ)方法

表面封閉法施作前應(yīng)注意清除裂縫表面灰塵、浮渣及松散層，并打磨平整至堅(jiān)實(shí)基層，當(dāng)表面殘留油污等雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)采用甲苯等有機(jī)溶液沿裂縫兩側(cè)30 mm范圍擦拭干凈，裂縫的封閉應(yīng)在構(gòu)件表面清洗、干燥后進(jìn)行。

注射法在注射施工前，應(yīng)清理裂縫表面，清除裂縫內(nèi)部的粉塵、浮渣，根據(jù)裂縫寬度和深度綜合確定注射筒的間距，在封縫膠固化后進(jìn)行注膠，注膠過程保持低壓、穩(wěn)壓。

壓力注漿法在粘貼注漿嘴和封閉裂縫之前，應(yīng)沿縫對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，清除松散層、油垢，根據(jù)裂縫寬度和深度綜合確定注漿嘴間距，使用專用封縫膠進(jìn)行封縫，封縫膠固化后，應(yīng)逐一加壓檢查，確認(rèn)注漿通道通暢，之后進(jìn)行注漿。

2.4.3 預(yù)制構(gòu)件碎裂掉塊修補(bǔ)方法

預(yù)制構(gòu)件碎裂掉塊修補(bǔ)，對(duì)未露筋構(gòu)件宜采取直接抹面法修補(bǔ)；對(duì)露筋構(gòu)件，視現(xiàn)場(chǎng)情況可采取“錨栓(植筋)+掛網(wǎng)+聚合物改性砂漿”等方法修補(bǔ)。構(gòu)件相鄰部位碎裂掉塊修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)考慮原有管縫自由度的需求，采用插板再拔出或預(yù)留薄彈性板材等方式處理。

預(yù)制構(gòu)件掉塊修補(bǔ)操作如下：修補(bǔ)前，先用壓力水沖洗，充分濕潤修補(bǔ)部位的構(gòu)件混凝土，在修補(bǔ)施工時(shí)，應(yīng)將構(gòu)件混凝土碎裂、空鼓部分徹底鑿除，打出混凝土堅(jiān)實(shí)基層。當(dāng)構(gòu)件鋼筋或螺栓銹蝕時(shí)，應(yīng)進(jìn)行除銹、阻銹處理。用回填材料密實(shí)填充缺陷部位，采用多次填補(bǔ)法，需分層操作，每次填補(bǔ)厚度不宜超過20 mm，待已填補(bǔ)材料達(dá)到一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一次填補(bǔ)工作。在修補(bǔ)隧道上部構(gòu)件或臨邊構(gòu)件時(shí)，每一次填補(bǔ)厚度應(yīng)按照實(shí)際情況酌情減小，缺陷部位修補(bǔ)完成后，應(yīng)保濕養(yǎng)護(hù)，并滿足相關(guān)修補(bǔ)材料對(duì)養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求的技術(shù)指標(biāo)。

3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程受力監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)方案

為了解預(yù)制構(gòu)件制作過程中鋼筋與混凝土的受力情況，采用鋼筋計(jì)與混凝土應(yīng)變計(jì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行受力監(jiān)測(cè)，傳感器布設(shè)情況如圖6所示。

頂板與底板各設(shè)置了5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，側(cè)墻設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面包含2個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)處埋設(shè)1支鋼筋計(jì)與1支混凝土應(yīng)變計(jì)。受力主筋均采用HRB400級(jí)鋼筋，其中頂板受力主筋直徑為28 mm，側(cè)墻外部受力主筋直徑為25 mm，內(nèi)部受力主筋直徑為22 mm，底板上部受力主筋直徑為28 mm，下部受力主筋直徑為22 mm。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 預(yù)制頂板受力情況

預(yù)制頂板鋼筋計(jì)受力情況如圖7(a)所示，混凝土計(jì)受力情況如圖7(b)所示。

頂板上下部的受力主筋型號(hào)相同，由圖7(a)可知，總體上頂板下部測(cè)點(diǎn)的鋼筋受力大于上部測(cè)點(diǎn)，因主筋型號(hào)相同，在只考慮自重情況下頂板下部鋼筋受力大于上部；自鋼筋計(jì)安裝至混凝土澆筑前時(shí)段的1 d～5 d內(nèi)頂板受力主筋處于受拉狀態(tài)，該階段最大應(yīng)力為24.16 MPa；鋼筋計(jì)埋設(shè)的6 d～ 9 d，預(yù)制頂板處于澆筑養(yǎng)護(hù)狀態(tài)；養(yǎng)護(hù)完畢出模后測(cè)得受力主筋處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為44.68 MPa，出模后各測(cè)點(diǎn)的鋼筋受力情況較為穩(wěn)定。由圖7 (b)可知，總體上頂板下部測(cè)點(diǎn)的混凝土受力大于上部測(cè)點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)件出模后受力主筋附近的混凝土處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為10.42 MPa。總體而言，出模后各測(cè)點(diǎn)的混凝土受力情況較為穩(wěn)定。

3.2.2 預(yù)制側(cè)墻受力情況

預(yù)制側(cè)墻鋼筋計(jì)受力情況如圖8(a)所示，頂板混凝土計(jì)受力情況如圖8(b)所示。

側(cè)墻外部的受力主筋直徑為25 mm，內(nèi)部的受力主筋直徑為22 mm，由圖8(a)可知，總體上側(cè)墻外部測(cè)點(diǎn)的鋼筋受力大于內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，外側(cè)受力主筋直徑較大，故受力更大；自鋼筋計(jì)安裝至混凝土澆筑前時(shí)段的1 d～2 d內(nèi)，側(cè)墻受力主筋處于受拉狀態(tài)，最大應(yīng)力為3.35 MPa；鋼筋計(jì)埋設(shè)的3 d～7 d內(nèi)，預(yù)制頂板處于澆筑養(yǎng)護(hù)狀態(tài)；養(yǎng)護(hù)完畢出模后受力主筋處于受壓狀態(tài)，該階段的最大壓應(yīng)力為57.31 MPa，出模后各測(cè)點(diǎn)的受力情況較為穩(wěn)定。由圖8 (b)可知，側(cè)墻下部測(cè)點(diǎn)的混凝土受力普遍大于上部測(cè)點(diǎn)，側(cè)墻構(gòu)件出模后主筋附近的混凝土處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為6.93 MPa。總體而言，出模后各測(cè)點(diǎn)的受力情況較為穩(wěn)定。

3.2.3 預(yù)制底板受力情況

預(yù)制底板鋼筋計(jì)受力情況如圖9(a)所示，底板混凝土計(jì)受力情況如圖9(b)所示。

底板上部受力主筋的直徑為28 mm，下部的受力主筋為22 mm。由圖9(a)可知，總體上底板上部測(cè)點(diǎn)的鋼筋受力大于下部測(cè)點(diǎn)，上部鋼筋直徑較大故受力更大；自鋼筋計(jì)安裝至混凝土澆筑前時(shí)段的1 d～2 d內(nèi)，底板受力主筋處于受拉狀態(tài)，最大拉應(yīng)力為42.70 MPa，最大應(yīng)力位置是底板跨中上部測(cè)點(diǎn)；鋼筋計(jì)埋設(shè)的3 d～6 d內(nèi)，預(yù)制底板處于澆筑養(yǎng)護(hù)狀態(tài)；養(yǎng)護(hù)完畢出模后底板受力主筋處于受壓狀態(tài)，該階段的最大壓應(yīng)力為61.23 MPa，出模后各測(cè)點(diǎn)的受力情況較為穩(wěn)定。由圖9(b)可知，總體上底板下部測(cè)點(diǎn)的混凝土計(jì)受力大于上部測(cè)點(diǎn)，底板構(gòu)件出模后主筋附近的混凝土處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為10.61 MPa。總體而言，出模后底板各測(cè)點(diǎn)的受力情況較為穩(wěn)定。

生產(chǎn)過程中預(yù)制構(gòu)件最大應(yīng)力情況匯總?cè)绫?所示。由GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[13]可得HRB400鋼筋的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為400 MPa，C50混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度為32.4 MPa，所測(cè)數(shù)據(jù)均未超過規(guī)范限值，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效果良好。

表3 監(jiān)測(cè)過程中預(yù)制構(gòu)件最大應(yīng)力情況 MPa

4 結(jié)論

本文依托深圳地鐵12號(hào)線沙浦站，對(duì)“大分塊”模式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過程中構(gòu)件受力情況進(jìn)行研究，主要得出以下結(jié)論：

1)通過嚴(yán)格把控模具和鋼筋籠生產(chǎn)精度、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)溫度，及時(shí)進(jìn)行構(gòu)件缺陷修補(bǔ)，可有效保障預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量。2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段，底板受拉、壓應(yīng)力最大，頂板次之，側(cè)墻受壓相對(duì)較大。