地鐵車站內襯墻施工工藝改進技術研究*

潘國慶

(騰達建設集團股份有限公司,上海 200120)

0 引言

在地鐵車站地下結構中,地下連續墻與內襯墻“兩墻合一”式的疊合墻結構應用越來越多,而內襯墻的施工質量往往不穩定,存在蜂窩、麻面、開裂、滲漏等問題,對地鐵車站的安全性和使用壽命產生不利影響。諸多學者也對此展開了相關研究:狄世明[1]分析側墻開裂原因為車站圍護結構產生的水平位移對側墻產生了一定推力,通過現場完工后觀察統計得出地下1層側墻裂縫數量明顯小于地下2層,同時提出滿堂支架、單側三角鋼模板、向下換撐、混凝土支撐、鋼墊箱等措施對車站圍護結構變形具有一定約束作用,有利于側墻裂縫的預防。

陳經鵬等[2]根據內襯墻的實際開裂情況,研究內襯墻混凝土的不同現場坍落度、不同混凝土強度等級、跳倉澆筑法、冷卻管技術和施工分段長度等施工因素對內襯墻開裂的影響情況,提出疊合結構內襯墻所受約束作用的強弱、混凝土水泥水化的溫度效應以及施工分段長度是引起內襯墻開裂的主要原因。

馬永博[3]總結出混凝土收縮變形和干縮變形、結構受力重分布、溫度、已完底板約束作用等影響因素,提出應用低熱水泥及粉煤灰、減水劑等外加劑,同時應控制混凝土成型溫度。

張勇等[4]認為溫度收縮和自收縮是導致側墻結構混凝土在約束條件下早期收縮開裂的主要原因,通過摻加具有溫升抑制及微膨脹效果的功能材料可顯著降低混凝土早期絕熱溫升發展速率來降低實體結構溫峰,同時能夠在溫升和溫降階段發揮全過程補償收縮作用,從驅動力層面降低了側墻結構混凝土早期收縮開裂風險。

高楨[5]通過車站結構側墻裂縫控制的案例進行對比總結,提出混凝土材料本身、施工工藝控制、混凝土澆筑養護環節、混凝土結構過早承受外力等因素,同時總結出加強混凝土原材料進場及運輸控制、優化配合比設計、加強振搗質量控制、養護方案優化、減小主體結構施工分段長度、嚴格控制側墻鋼筋施工質量等措施。

黃勇[6]認為圍護結構側向變形對側墻不利作用是裂縫成因之一,可考慮在圍護結構與防水層間加設變壓緩沖層。

以上學者從各角度分析了內襯墻開裂、滲水等質量問題的成因,并提出了改進建議,但未考慮內襯墻防水節點做法、混凝土振搗養護等關鍵工序節點,本文通過施工現場試驗展開相關技術研究。

1 止水鋼板改進工藝

1.1 傳統工藝做法

內襯墻下部結構施工過程中,止水鋼板由于上半段暴露在外(見圖1),往往被混凝土澆筑時濺起的泥漿污染。當止水鋼板的外部被泥漿包裹之后,其止水防滲效果將大打折扣,這也是地下結構內襯墻施工縫經常滲水的主要原因。

圖1 止水鋼板安裝Fig.1 Installation of sealing plate

1.2 止水鋼板上部貼膜保護

針對止水鋼板傳統工藝易發生施工縫滲水的問題,通過止水鋼板上部貼膜保護來解決此問題。

1)工藝流程

施工工藝流程為:標識止水鋼板中線→安裝止水鋼板至內襯墻→張貼保護膜至止水鋼板上半段→澆筑及養護內襯墻下部混凝土→撕除保護膜,施工內襯墻上部結構。

2)優化工藝點

止水鋼板采用貼膜保護,貼膜宜選用透明的PE自粘膜,其自帶一定粘性,便于粘貼,且具有一定表面強度,不易在施工過程中被刮破,撕除后不留膠,保護效果較好。

止水鋼板上半段貼膜保護工藝基本防止了混凝土砂漿污染的可能性。二次澆筑內襯墻混凝土前,撕除保護膜,止水鋼板表面干凈、無覆蓋物,保證了其止水防滲的效果。

2 腋角改進工藝

2.1 傳統工藝

內襯墻一般做法中,在下部結構施工完成后,預留一道水平施工縫,安裝止水鋼板、遇水膨脹止水條等防水措施,再次澆筑上部結構,即在內襯墻下部形成一道施工縫(見圖2)。

圖2 施工縫滲水示意Fig.2 Construction joint seepage

由于地鐵基坑中內襯墻與地下連續墻多為“兩墻合一”的疊合式結構,坑外水經常從施工縫中滲出,不僅影響內襯墻外觀,更會影響后續裝修質量。

2.2 無縫式下腋角翻口做法

針對下腋角施工縫傳統工藝易發生施工縫滲水的問題,通過采用無縫式下腋角鋼模裝置來解決此問題。

2.2.1施工工藝流程

施工工藝流程為:內襯墻下部結構鋼筋綁扎→安裝定型化腋角鋼模→鋼模上口嵌入鋼板安裝至鋼筋保護層處(見圖3)→下部結構澆筑完成后,施工縫位置形成凹入結構→二次澆筑混凝土覆蓋凹入部位(見圖4)。

圖3 腋角鋼模安裝Fig.3 Installation of axillary angle steel die

圖4 凹口結構形成示意Fig.4 Formation of concave structure

2.2.2優化工藝點

1)采用定型化腋角鋼模,面板強度更高;鋼模之間采用螺栓對孔連接,模板拼縫位置更齊整,提升后期混凝土外觀質量。

2)腋角鋼模前端焊接嵌入鋼板,安裝時將嵌入鋼板伸至內襯墻豎向主筋保護層中,第1次澆筑下部腋角結構混凝土時,嵌入鋼板部位無混凝土進入,將形成凹入結構。

第2次澆筑內襯墻上部結構混凝土時,將外側模板安裝至下腋角折線處,二次澆筑的混凝土將充滿腋角部位預留的凹入結構。由于兩次澆筑混凝土形成的施工縫將不復存在,實現了內襯墻下腋角的無縫式結構,提升了混凝土外觀質量標準,同時也加強了內襯墻混凝土整體的自防水能力。

3 混凝土振搗改進工藝

3.1 傳統工藝

地下結構內襯墻混凝土振搗多采用手持插入式振搗器,但由于內襯墻結構內橫向布置有鋼筋,插入式振搗棒需要進行反復插入、拔起才能實現多點振動。往往一段長度約20m的內襯墻,工人需間隔1m進行不低于20次的插入、拔起才能勉強達到混凝土振搗要求。

3.2 全自動智能控制附著式振搗工藝

針對傳統插入式振搗工藝易導致混凝土振搗不夠均勻密實的問題,通過采用全自動智能控制附著式振搗系統來解決此問題。

3.2.1設備概況

全自動智能控制附著式振搗系統主要設備構成為:附著式振搗器(含底座)、高程位移傳感器、全自動系統控制柜(見圖5)。

圖5 全自動控制系統Fig.5 Automatic control system

3.2.2安裝原理

在基坑內襯墻鋼模支設完成后,將附著式振搗器底座焊接在鋼模橫梁上,一般2.2kW功率的附著式振搗器覆蓋半徑為1.5m,安裝時將振搗器橫豎向間距控制在1.0～1.5m(見圖6)。

圖6 振搗器安裝Fig.6 Vibrator installation

高程位移傳感器安裝在離鋼模頂端一段距離,用于監測混凝土澆筑過程液位上升情況。附著式振搗器與高程位移傳感器均與全自動系統控制柜進行連接,高程位移傳感器的液位監測信號傳遞至控制柜,控制柜根據液位信息控制振搗器的自動開啟與停止。

3.2.3全自動控制系統

首先在全自動控制系統中對附著式振搗器進行橫向分組,例如圖5中1號、2號振搗器,將1號、2號振搗器串聯并設定為同步啟動;然后將各組振搗器高程位置數據(H1,H2,H3)錄入至全自動控制系統,并在全自動控制系統中設定以下程序:當澆筑液位到達H1時通過全自動控制系統開啟第1組附著式振搗器、當澆筑液位到達H2時通過全自動控制系統開啟第2組附著式振搗器、當澆筑液位到達H3時通過全自動控制系統開啟第3組附著式振搗器。

第1,2,3組附著式振搗器分層振搗時長一般設定在60～70s,振搗至設定時長后自動停止;當混凝土澆筑至H1位置時,施工現場暫停混凝土澆筑,第1組附著式振搗器自動開啟振動,振搗時長約60～70s,振搗至設定時長后自動停止,繼續澆筑上一段混凝土,重復以上操作,實現混凝土分層澆筑過程中的逐層振搗。

當內襯墻混凝土全部澆筑完成后,根據全自動控制系統中已設定的整體復振數據,重新開啟各組附著式振搗器,將內襯墻的所有混凝土整體復振50～60s,共計3次,每次振動間隔100s。間隔多次振搗的原因是防止附著式振搗器單次工作荷載過大。

振搗合格標準為混凝土不再往上冒氣泡、混凝土表面呈現浮漿且混凝土不再沉落為止。如以上操作無法滿足振搗要求,可在全自動控制系統中切換手動操作,繼續進行內襯墻混凝土振搗,以確保達到質量要求。

3.2.4工藝流程

施工工藝流程為:安裝內襯墻外側鋼模板→鋼模板上焊接振搗器底座并安裝附著式振搗器→附著式振搗器連接至智能控制柜→在鋼模板頂部安裝高程位移傳感器并連接至智能控制柜→澆筑混凝土并由智能控制柜操控振搗的全自動開啟與停止。

3.2.5工藝對比試驗

1)試驗情況

在施工現場安排兩組試驗墻進行了對比試驗,其中1號墻采用常規的插入式振搗棒進行振搗,2號墻采用全自動智能控制附著式振搗系統進行振搗。

2)表觀質量對比

1,2號墻澆筑養護完成后,觀察兩幅墻的外觀質量,如圖7所示。從表面平整度、氣泡數量、表面裂縫3個指標對比分析兩幅墻的外觀質量情況,如表1所示。

表1 內襯墻外觀質量對比Table 1 Comparison of inner lining wall appearance quality

圖7 試驗墻外觀質量對比Fig.7 Comparison of test wall appearance quality

4 混凝土養護改進工藝

4.1 傳統工藝

內襯墻常規混凝土養護方法為土工布灑水養護,但在地鐵車站地下結構施工中,內襯墻、結構柱施工完成后,基坑內將進行滿堂支架搭設,工人難以長期進入基坑內進行內襯墻灑水養護。內襯墻混凝土養護措施不當、時長不足也是導致其出現裂縫的主要原因。

4.2 節水保濕養護膜

針對傳統工藝養護措施不當的問題,通過采用節水保濕養護膜來解決此問題。

混凝土節水保濕養護膜是以新型可控高分子吸水材料為核心,以塑料薄膜為載體,通過設備加工復合而成的卷材產品,其中高分子材料可吸收液態水變為固態水,成為一個固態的微型水庫;然后通過毛細管的作用向混凝土養護面滲透,同時不斷吸收混凝土在水化熱過程中產生的蒸發水,因此在一個養護期內總能保持混凝土表面濕潤。

另外,在內襯墻混凝土未養護完成之前,控制基坑邊重車行走荷載亦是管控內襯墻施工質量的重要手段。因為重車在基坑邊行走過程中,勢必會對圍護結構造成一定的側向變形影響,圍護結構的側向變形繼而會導致內襯墻未達強度的混凝土受力開裂。因此在內襯墻混凝土養護期間應著重管理基坑邊較大的豎向荷載。

5 結語

地鐵車站疊合墻中內襯墻傳統施工工藝仍存在許多不足之處。本文通過調研內襯墻傳統工藝中的質量通病及質量控制難點,從內襯墻防水節點做法、混凝土振搗工藝及混凝土養護工藝提出了止水鋼板上部貼膜保護工藝、無縫式下腋角翻口做法、全自動智能控制附著式振搗工藝、混凝土節水保濕養護膜做法,這4種改進型工藝做法對提升內襯墻施工質量具有較好的效果。