城市地铁结构混凝土质量缺陷治理探究

2016-12-15郭志超

工程技术研究 2016年11期

关键词：芳纶侧墙环氧

郭志超

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原 030032）

城市地铁结构混凝土质量缺陷治理探究

郭志超

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原 030032）

文章通过对多条地铁线施工质量的追踪调查，分析了地铁混凝土结构的验收要求、病害原因、表面缺陷原因、缺陷处置方案、施工工艺以及处置措施。

地铁；混凝土；病害；施工；处置措施

1 城市地铁结构混凝土质量的验收要求

一般城市地下结构中承重构件的耐火等级为一级，属甲类人防工程，工程防核武器抗力级别为6级，防常规武器抗力级别为6级，防化等级不低于丁级，抗震7级以上。地下车站和机电设备集中区段的防水等级为一级。钢筋混凝土构件（不含临时构件）正截面的裂缝控制等级一般为三级，即允许出现裂缝。车站主体结构按正常使用极限状态验算，迎土侧裂缝宽度不大于0.2mm，背土侧裂缝宽度不大于0.3mm。

2 病害出现原因分析

2.1 裂缝原因分析

（1）顶板产生裂缝的原因：车站顶板产生裂缝的主要成因是外荷载与变形作用（温度、收缩、不均匀沉降）。一般车站工程在尚未承受覆土荷载与附加荷载（一般设计时取20kPa）的情况下出现裂缝，且裂缝已趋于稳定，无继续发展趋势，结构也无变形，显然裂缝不是由外荷载引起的。而从裂缝的发生时间、扩展过程、与荷载的关系以及施工条件等方面的原因分析，裂缝是由于变形作用引起，包括水泥的水化热、气温变化、生产过程中产生的温度变化、混凝土的收缩等。施工中后浇混凝土没有按后浇带的方法及施工时间差的疏忽也容易引起顶板裂缝，此外钢筋混凝土结构的梁、柱、墙、板在环境的温度湿度发生变化时，也会使其产生温度变形和收缩变形。

（2）侧墙裂缝产生原因：侧墙的裂缝可分为表面裂缝和贯穿裂缝。表面裂缝是指地铁车站侧墙浇筑中，侧墙中混凝土的会有一个快速升温的过程。混凝土浇筑完成后，混凝土的温度很快上升到最大值。从裂缝出现的情况和形态来看，侧墙拆模后混凝土降温的过程中，侧墙的表面很快出现从中部向上下延伸的竖向表面裂缝。可见这些裂缝主要是由于内约束的作用而产生的。

贯穿裂缝是指在混凝土结构中，随着混凝土的硬化，水泥水化热反应率越来越小，结构的整体温度不断降低，体积不断收缩。而侧墙与底板之间由于新混凝土墙浇注在老混凝土板上，产生粘结力。新老混凝土的弹性模量及收缩程度有区别，所以侧墙的收缩受到底板的约束。特别是在已发生表面裂缝的地方，由于表面裂缝的存在使水分蒸发深入到内部，使干缩作用深入到结构内部。又由于结构内部温度上升得很大，所以冷却过程中收缩也会很大。同时随着混凝土龄期的不断增加，弹性模量不断增加，徐变越来越小。事实上，混凝土的弹性模量在浇筑后7天就基本达到与最终值相当的大小。综合以上原因，混凝土侧墙在底板约束下会产生相当大的拉应力。而混凝土是脆性材料，抗拉强度只是抗压强度的1/10左右。当拉应力大于混凝土的抗拉强度时就会出现贯穿性裂缝。在侧墙的上部基本处于无外约束的自由变形状态中。所以地下车站侧墙中的裂缝一般是竖向，且发生在侧墙的中下部。

地下车站结构中侧墙混凝土厚度较大，一般为60～80cm在没有特殊降温措施下，混凝土内部最大温度高达50～60℃，前后温差最高可达40℃。由于浇注时间的先后，侧墙的温差收缩时主要受到底板混凝土的约束。如把底板混凝土视为老混凝土，而侧墙为新混凝土，则新老混凝土结构之间存在着较大的收缩差。因此当侧墙收缩时，底板会对其产生巨大的收缩约束。在收缩过程中，老混凝土龄期较长，收缩变形已趋稳定，从而约束了新浇注混凝土的自由收缩，在新混凝土内出现拉应力，新老混凝土粘结面内出现剪应力。当拉应力或剪应力大于新混凝土自身的抗拉强度或新老混凝土的粘结强度时，就产生了贯穿裂缝。

2.2 混凝土表面缺陷原因分析

（1）混凝土表面麻面产生原因：①使用了表面粗糙或粘有杂物未清理干净的模板；②模板表面未湿润或湿润不够，模板吸收了混凝土的水分，混凝土产生麻面；③脱模剂涂刷不均匀或者漏刷，模板上粘结了混凝土，拆模过程中形成了麻面；④混凝土漏振，气泡没有排除。

（2）混凝土表面蜂窝产生原因：①混凝土离析，骨料与浆液分离；②搅拌时间不足，砂浆少、骨料多；③混凝土浇筑落差大，料堆周边骨料集中砂浆少；④封堵的模板缝不严，造成漏浆；⑤混凝土缺振或者漏振。

（3）混凝土表面露筋产生原因：①钢筋垫块移位或者垫块放置不够，钢筋下坠；②混凝土离析，靠模板部位处跑浆；③钢筋定位措施不够，导致钢筋位移贴模；④钢筋太密，混凝土浇筑时振捣不到位，混凝土与钢筋架空；⑤拆模过早，混凝土缺棱掉角导致露筋。

（4）混凝土表面孔洞产生原因：①混凝土振捣不到位或漏振使混凝土架空，特别是边角或架立筋很多的地方较多；②混凝土中包裹泥土的地方。

（5）混凝土表面烂根产生原因：①模板拼装不规范，根部缝隙处理不当漏浆；②浇注前未下同混凝土配合比成份相同的砂浆，钢筋和模板粘掉大量砂浆，造成局部石子过多；③混凝土和易性差，水灰比过大石子沉底；④浇注高度过高，混凝土布料工艺不规范，混凝土离析形成石子堆积；⑤振捣不规范，漏振。

（6）混凝土表面缺棱掉角产生原因：①混凝土拆模过早，在混凝土强度未达到要求时，在拆模过程中磕碰造成；②木模未提前湿润，浇注后木模膨胀造成混凝土角拉裂；③模板缝拼装不规范，漏浆造成；④模板未涂刷隔离剂或涂刷不佳，造成拆模粘连，拆模过程中形成缺棱掉角；

（7）混凝土表面错台产生原因：①测量误差；②模板移位，支模没有成一条线；③模板倾斜或涨模形成错台。

3 混凝土缺陷处治方案

3.1 裂缝灌止水胶处理

裂缝，包括渗水和不渗水的裂缝，用高压注浆的方式注入环氧树脂止水胶。部分裂缝中由于有流水使止水胶难以正常固化止水，采用压力灌注水泥-水玻璃双液浆与环氧止水胶相结合。

3.2 粘贴芳纶纤维布

对侧墙裂缝，注胶后再粘贴一层芳纶纤维布，对裂缝起进一步的封闭作用。纤维方向垂直于裂缝方向，布跨缝长度0.5m。裂缝处理后，进行批面处理，外观与其他部位基本一致。

3.3 混凝土表层缺陷处理

对混凝土表层的蜂窝、麻面、露筋、孔洞、烂根、缺棱掉角、错台等缺陷，先进行基层处理，然后较浅的采用抹压水泥浆、较深的采用环氧砂浆或环氧混凝土进行。

4 施工工艺

4.1 高压注浆止水

（1）材料。环氧树脂堵水材料是以环氧树脂为主剂，配以各种助剂制成的一种固化快、在有水条件下具有较高粘接强度的一种环氧树脂堵水材料。产品粘度适中，可灌性好。固化时间短，可调节在20分钟以内固化。湿面粘结强度高，可在水下固化粘结。材料性能符合Q/HGXT6-2011《环氧树脂堵漏材料》要求，如表1所示。

表1 环氧树脂堵漏材料基本性能指标表

（2）施工工艺流程：裂缝检查标注→埋高压注浆嘴→注环氧止水胶→检查注胶效果→补注环氧止水胶→再次检查注胶效果→对有水导致胶不能正常固化的裂缝注聚氨酯止水胶与环氧止水胶直至完全将水止住→拆灌浆嘴→槽孔修补→检查→验收。①查看分析裂缝情况，布置灌浆孔位置及间距。施工处理的区域要做好表面清理工作，凿除砼表面析出物，用钢刷子将漏水缝（点），刷干净，表面不得有浮灰、砂子等；②使用钻孔工具沿孔洞四周钻泄压孔，钻头直径为0.14m，钻孔角度控制宜小于60度。泄压孔间距0.20～0.50m。相邻两孔交错布置在裂缝两侧，保证灌浆时浆液可注入到裂缝两侧混凝土内。在钻好的孔内安装灌浆嘴，针头后带膨胀橡胶，并用专用内六角扳手拧紧，使灌浆嘴周围与钻孔之间无空隙，不漏水。这样灌浆可以从深层至表层完全密实灌浆。堵塞所有孔洞、缝隙；③按甲组分（环氧树脂混合物）：乙组分（固化剂）=（8～10）：1的重量比，将乙组分倒入甲组分内并充分搅拌均匀；④使用高压灌浆机向注浆孔内灌注化学灌浆料。从裂缝一端开始，单孔逐一连续进行。当相邻孔开始出浆后，保持压力3～5分钟，即可停止本孔灌浆，改注相邻灌浆孔；⑤流水裂缝注胶。对有水从裂缝中流出，导致环氧止水胶不能正常固化的，采用聚氨酯止水胶结合注入。注浆时先将浅的注浆嘴注入聚氨酯止水胶，水流减小或完全止住后，再对深的注浆嘴中注入环氧止水胶。为减少裂缝中流水对环氧止水胶止水效果的影响，保证注胶止水效果，应在降水持续期间安排本裂缝注胶工作。如降水停止侧墙外侧水位上升水压增高，水流增大，再注环氧止水胶势必会影响固化效果而降低止水效果；⑥灌浆施工接收24小时后，渗漏点不渗漏即可去掉外露的灌浆嘴，将溢漏出的已凝固灌浆液清理干净，做好表面修复工作。经检查各孔无渗水现象后，进行后续处理。

（3）施工注意事项：①注浆时，注浆管尖合理布置，整个注浆过程中密切关注注浆压力，以防爆管；②做好安全防护工作，注浆人员应配戴防保用品，以防止浆液溅到眼内和损伤手；③灌注施工时，确保安全，并使用特定的灌浆材料、止水针头及相关配件设备；④如间断灌浆，需要应及时用甲苯或丙酮将注浆机器清洗干净，严禁注浆料在机器中长期存放，如闲置不用时清洗完后，再倒入机油对机器循环润滑；⑤禁止超极限压力施工或灌注液体中含有颗粒如砂浆、水泥等，否则容易造成齿轮轴负载过大断裂、高压管爆裂、压力表及真空泵浦损坏等；⑥本机以普通机油为正规测试压力，不能用粘度的液体测试工作压力；⑦化学成分的灌浆材料应密封储存在冷暗的库内，并有专人保管，严禁烟火；⑧工作人员应戴防毒口罩、橡皮手套，并穿长统靴和抗酸工作服；⑨当浆液溅入人眼睛或接触皮肤时，应立即用大量的清水重复冲洗，严重时医疗。

4.2 粘贴芳纶纤维布

对前面灌止水胶处理中，如因裂缝中有水流而使胶不能正常固化，后采用了聚氨酯止水胶配合的这部分，在注胶将渗水止住后，再粘贴一层芳纶纤维布，以进一步封闭裂缝。布纤维方向垂直于裂缝，纤维长度50cm。芳纶纤维布规格280g/m2，根据设计要求选用符合GB/T21491-2008规范要求的合格产品，芳纶纤维布配套粘贴材料按要求选用。

（1）施工工艺流程：定位放样→混凝土表面处理→（配制底层树脂、配制找平材料）对不平整处修复处理→涂刷底层树脂→（配制浸渍树脂）粘贴芳纶纤维布→表面防护。

（2）施工方法：①基层表面的牢固、清洁、平整程度以及基层的含水率和碱性等是影响粘贴芳纶纤维布工程质量的关键。对基层处理用电动钢丝轮对基体表面打磨，除去表面的锈迹、浮灰、风化层、残浆等污染物，打磨后吹灰除尘干净；②按要求配合比配制底层树脂，涂刷时要求薄而均匀，在存有钢筋及表面不平等难于涂刷部位须反复涂刷，但涂刷底层树脂厚度应控制小于1mm。树脂表面干燥后，立即进入下一工序；③树脂涂刷后半小时，基层中气泡清除后，混凝土表面部位用找平材料填补平整，要求靠尺测量平整度小于3mm，且不应留有棱角，并对芳纶纤维布拐角的地方须作圆弧处理，圆弧半径大于3cm，处理完成后将混凝土表面清理干净，找平材料表面指触干燥后，进行下一工序的施工；④配制浸渍树脂，均匀涂抹于需要粘贴的混凝土表面上；⑤芳纶纤维布要按要求剪好尺寸，粘贴于特定部位，用辊筒沿同一方向反复滚压，使气泡排除，使芳纶纤维布充分浸渍浸渍树脂，操作时不要破坏芳纶纤维布。