轨道交通工程侧墙大体积混凝土裂缝控制技术

冯永伟

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，轨道交通工程建设越来越多。为减少轨道交通工程车站侧墙大体积混凝土的开裂，通过配合比的优化设计、侧墙试验段分段的开裂风险评估及混凝土的浇筑、振捣、拆模与养护控制，确定引起侧墙混凝土开裂的主要因素是混凝土的外约束作用。分析结果表明，侧墙分段长度宜为16m，试验段的温度、应变、力学性能、裂缝情况对比结果表明，车站侧墙大体积混凝土应保温保湿养护至少14d龄期，配合比使用后期收缩补偿能力较强的氧化镁类抗裂剂。

关键词：大体积混凝土，裂缝，开裂风险评估，应变，氧化镁

地铁轨道建设的范围较广，期间会涉及到多样化的地质土层，其中地裂缝就是地铁轨道中常见的特殊地质，地裂缝土质属于一类地区性地质灾害，地裂缝区域的建筑物会受到一定程度的破坏，导致建筑物缺乏稳定性，当地铁轨道施工中涉及到地裂缝时就要把控好施工技术的应用，完善地铁轨道大体积混凝土裂缝的施工操作。

一、工程概况

轨道交通工程某地下车站侧墙混凝土尺寸为：长×高×厚=21m×4.96m×0.7m，采用C35普通混凝土配合比，以往同类工程侧墙施工完成后，极易出现大面积的混凝土开裂现象，为减少车站侧墙混凝土的开裂现象，将车站侧墙结构混凝土作为大体积混凝土进行施工控制，拟采用C35/P10大体积混凝土，利用侧墙结构混凝土施工应力计算分析，将侧墙分段长度控制在16m，同时加强混凝土的浇筑、振捣、养护等施工质量控制来降低侧墙混凝土的内外约束应力。

二、混凝土配合比

混凝土主要由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂等材料组成。大体积混凝土由于在浇筑时会产生大量水化热，轨道结构边缘直接与大气环境接触，其热量交换速率较快，此时轨道结构混凝土内部受热膨胀而表层降温收缩，因此导致其内部产生微裂纹等缺陷和表面产生裂缝，后期混凝土的收缩和温度变形加剧了裂纹的产生和发展。所以在配合比阶段要优选级配优良的骨料、合适强度等级的水泥品种，积极采用掺合料和混凝土外加剂，来降低水泥用量、降低水化热，改善混凝土工作性和降低混凝土成本，掌握好混凝土补偿收缩技术的应用，氧化钙类抗裂剂主要补偿混凝土的早期收缩，优选水化速度缓慢的氧化镁抗裂剂，利用其良好的力学性能和特有的延迟膨胀性来补偿大体积混凝土的收缩和温度变形，提高混凝土自身的抗裂能力，以防产生裂缝。

通过配合比设计和验证确定使用62%水泥、20%粉煤灰、10%矿粉、8%氧化镁抗裂剂的胶凝材料体系效果较好，配制出来的混凝土工作性能、力学性能、耐久性优良。

三、裂缝数据及图像的获取

混凝土表面裂缝数据采集应记录裂缝数量及每条裂缝长度、宽度及深度，裂缝宽度取最宽处量测，深度应在沿裂缝十字交叉线凿取至裂缝底部测。同时轨道交通混凝土裂缝宽度一般较小，获取裂缝图像质量的好坏影响着图像识别的成功与否。而成像设备的选用、光源的设置、拍摄距离和角度等关系着图像的质量。在拍摄过程中应采用像素较高数的码相机，避免侧斜射的主光源，拍摄方向要垂直于裂缝所在位置的切线方向，近距拍摄使每条裂缝在宽度范围内包含的像素较多以便更清晰更易识别。通过试验段的施工，该侧墙混凝土结构未出现明显裂缝，满足该项目混凝土的施工要求。

四、现场施工工艺

（1）轨道侧墙混凝土是采用轨排支架法现场浇筑施工，若在侧墙混凝土浇筑前双块式轨枕底面和四周清理不彻底，润湿程度不够，会导致新旧混凝土粘接强度偏低。由于混凝土在凝固过程中会发生塑性变形，因此在新旧混凝土界面处发生界面破坏，进而形成轨枕周边离缝和“八”字裂缝。（2）混凝土的入模温度偏高会增加其自身在凝固过程中的塑性变形，泵送混凝土还会导致侧墙混凝土后期的干缩形变量增大，而侧墙混凝土干缩形变量过大最终会导致在侧墙薄弱位置处产生裂缝。（3）侧墙两侧的混凝土是通过振捣棒振捣施工的，若在这个过程中振捣顺序和振捣方式不当，混凝土极易发生离析现象，即混凝土中的粗骨料下沉，表面混凝土胶凝物质含量偏高，导致侧墙表面混凝土收缩变形较大而产生裂缝。（4）侧墙混凝土在浇筑完成后需采取妥善的保湿养生处理方式，即混凝土在凝固过程中还需要经常洒水确保其表面湿润状态，并且使用土工布和塑料薄膜双重覆盖，以减少水分散失和隔离太阳辐射。为防止大风将表面覆盖物吹走，还要使用重物压制或其他方式来固定其边角位置。（5）在侧墙混凝土浇筑完成但其自身还未达到一定强度时，为了防止双块式轨枕下沉和偏离设计几何形位，需用轨排支架和工具轨对其进行临时固定。由于轨排支架和工具轨的热膨胀系数与混凝土的热膨胀系数不同，因此在日温度升降荷载作用下，二者的温度变形不协调。若在侧墙混凝土初凝后未及时拧松工具轨的扣件螺栓，混凝土和工具轨的温度不协调变形会导致双块式轨枕侧面出现离缝和“八”字裂缝，且轨枕侧面离缝以轨道板中点为对称轴呈对称分布。现场观测到轨枕侧面离缝的宽度由工具轨端部向工具轨中点逐渐减小。

五、混凝土浇筑

混凝土浇筑在地裂缝段的地铁轨道施工加固项目，例举混凝土浇筑中的技术要点，如：（1）框架板地面、中心水沟的道床浇筑时参考框架板底面的角度高度，第二次浇筑时一定要沿着边墙结构，做延伸式的浇筑处理，（2）浇筑工程项目中的砼结构时，提前检查好钢筋网架是否稳固，修复有损坏的钢筋网，钢筋网检查合格后组织混凝土的浇筑工作，（3）地铁轨道穿越地裂段施工时应提前安排灌浆操作，严格遵循操作规程落实灌浆施工对基础进行预处理，适当增加钢筋配置数量，（4）混凝土浇筑过程中安排好振捣操作，结构振捣的最佳间距是400mm，间隔20min后复振，振捣过程中的振捣器不能接触钢轨及支撑架，以免形成支撑变形和破坏，（5）振捣后对道床混凝土的表层实行抹面操作，预防出现收缩裂缝，抹平、搓毛的次数不能低于2遍，待混凝土浇筑后的12个小时之间实行洒水养护。

六、混凝土的振捣、拆模与养护措施

混凝土运抵现场后，当坍落度允许偏差超过±20mm时，由专业技术人员对混凝土工作性进行二次调整，严禁通过加水调整混凝土坍落度。混凝土振捣时，振捣棒应快插慢拔，每一振点的振捣延续时间宜为20～30s，以混凝土不再沉落，不出现气泡，表面呈现浮浆为度，防止过振、漏振。混凝土拆模以同条件养护混凝土试块的抗压强度达到设计要求的50%且混凝土内表温差不大于25℃、表面与环境温差不大于20℃为依据。侧墙结构混凝土拆模后1h内对混凝土进行覆盖，覆盖2层土工布进行保温养护，控制混凝土养护用水的水温，养护水温度与侧墙混凝土表面温度之差不宜大于15℃，不可将冷水直接浇于混凝土表面。

七、结语

综上所述，地铁大体积混凝土施工是一项重要的工程内容，在地铁穿越地裂缝的施工过程中要做好有效的控制措施，规划好施工技术的要点，最主要的是提高地铁大体积混凝土裂缝的技术水平，避免影响地铁轨道的施工速度，促使地铁轨道施工及运营能够达到规范性、稳定性的标准。

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