唐衛(wèi)平

(鐵四院(湖北)工程監(jiān)理咨詢的限公司,武漢 430063)

1 工程概況

廣深港客運專線為國家重點建設工程，設計行車速度200 km/h，深圳福田站位于深圳市福田區(qū)市民中心廣場西側益田路與深南大道交叉處、益田路下方，呈紡錘形南北展開，下穿福中一路、深南大道、福華一路、福華路，為地下3層結構，總長1 024 m，標準段寬78.86 m，底板埋深約32.5 m。

車站軌頂風道位于主體結構地下二層板下，縱向軌頂風道布于車站地下二層板下3.15 m位置，橫向軌頂風道布于車站地下二層板下2.5 m位置，風道墻總高度5.8 m，風道板設計厚120 mm，縱向鋼筋φ10@200/100，橫向鋼筋φ14@200，雙層鋼筋凈間距僅52 mm，在風道暗梁位置鋼筋凈間距僅24 mm，中間跨在主次梁下方設置風道梁和風道柱(厚200 mm)，雙層鋼筋凈距120 mm。軌頂風道結構見圖1。

圖1 軌頂風道結構示意(單位：mm)

相對普通地下軌道交通車站軌頂風道而言，福田車站軌頂風道工程在設計上具有風道整體規(guī)模大、風道跨度大、結構復雜、梁板結構薄、鋼筋凈間距小和設計使用壽命長等特點和難點，混凝土澆筑的密實性能，將是該站軌頂風道施工成功與否的重要指標和關鍵，也是施工質量控制的重點。為保證軌頂風道施工質量，特別是高5.8 m，厚200 mm風道墻混凝土澆筑質量，通過設計、施工、監(jiān)理、混凝土供應商等單位多次組織研討，并采納相關專家意見，設計變更為采用C30細石自密實混凝土。

2 軌頂風道細石自密實混凝土主要性能指標及配合比的選擇

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)是指拌和物具有很高的流動性并且在澆筑過程中不離析、不泌水，能夠不經振搗而充滿模板和包裹鋼筋的混凝土，具有靠自重成型，解決鋼筋過于密集、斷面過于復雜不易或無法進行振搗作業(yè)和提高混凝土結構的耐久性等問題的優(yōu)勢[1]。

2.1 自密實混凝土性能指標選取

自密實混凝土所需要的性能包括密實性能、易施工性、強度、耐久性、抗?jié)B性、抗裂性和保護鋼筋的性能等。

自密實混凝土的拌和物除高流動性外，還必須具有良好的抗材料分離性(抗離析性)、間隙通過性(通過較密集鋼筋間隙和狹窄通道的能力)和抗堵塞性(填充能力)[2]。大多用拌和物的坍落流動度和流動速率，即坍落后拌和物鋪展的直徑和鋪展到直徑為500 mm的時間，作為高流動性混凝土流動性能的度量，坍落流動速率快時，流動性好，但過快時容易產生離析；抗離析性直接影響混凝土拌和物澆筑后的均勻性，抗離析性能試驗采用篩析法，粗骨料離析率采用跳桌法進行試驗確定；因本工程鋼筋間距較密(最小凈距52 mm)，間隙通過率指標在混凝土正式澆筑前采用模擬試驗方法進行試驗，試驗嚴格按現(xiàn)場實際配筋。

根據福田站軌頂風道結構、鋼筋凈距等具體工程特點，拌和物的自密實性能選取要求見表1。

表1 拌和物自密實性能及要求

2.2 自密實混凝土配合比設計

自密實混凝土和常規(guī)混凝土在組分比例上最大的差別在于：自密實混凝土的配合比設計上用粉體取代了相當數(shù)量的石子，使得新拌混凝土內部的石子能夠得到漿體更多、更有效的包裹，再通過高效減水劑的分散和塑化作用，使?jié){體本身具有極佳的流動性的同時還能夠有效地輸動石子，從而達到自密實的效果。

2.2.1 主要原材料質量控制要點

膠凝材料：結合本工程實際情況及混凝土生產廠家的現(xiàn)有資源，配制本工程自密實混凝土采用普通硅酸鹽水泥，同時用粉煤灰、?；郀t礦碴粉等礦物作為摻和料，調節(jié)混凝土的施工性能、提高混凝土的耐久性、降低混凝土的溫升；骨料：本工程多為結構緊密的豎向構件工程，使用的粗骨料的最大公稱粒徑不大于16 mm，細骨料采用級配Ⅱ區(qū)中砂。骨料質量標準：粗骨料的針片狀顆粒含量≤8%、含泥量≤1.0%、泥塊含量≤0.5%，砂的含泥量≤3.0%、泥塊含量≤1.0[3]；外加劑：選用減水率較高、保水性較好的優(yōu)質高效減水劑。聚羧酸系高性能減水劑具有摻量低、減水率高、混凝土強度增長快、混凝土拌和物坍落度損失小、拌和物黏滯阻力小等優(yōu)點[4]，適合配制本工程所需自密實混凝土。

2.2.2 配合比設計

福田站軌頂風道自密實混凝土根據工程結構形式、施工工藝及環(huán)境因素進行配合比設計，并應在綜合考慮混凝土自密實性能、強度、耐久性以及其他性能要求的基礎上，計算初始配合比，經試驗室試配、調整得出滿足自密實性能要求的基準配合比，經強度、耐久性復核得到設計配合比。自密實混凝土配合比設計宜采用絕對體積法，水膠比宜小于0.45，膠凝材料用量宜控制在400～550 kg/m3[3]，耐久性指標：56 d電通量<1 200C，膠凝材料抗蝕系數(shù)≥0.8[5]。

初始配合比：原材料采用華潤P·O 42.5硅酸鹽水泥，深圳市新資源建材實業(yè)有限公司F類Ⅰ級粉煤灰和柳州臺泥新型建材有限公司S95礦碴粉，廣東肇慶西江河砂，廣東安托山碎石和深圳邁迪PCA標準型聚羧酸高性能減水劑。

經配合比計算公式計算的初始配合比(質量比)：水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶礦碴粉∶減水劑=207∶290∶795∶806∶97∶97∶3.87，水膠比為0.428。

基準配合比：結合福田站軌頂風道結構特點和施工要求，對初始配合比各組成成分進行優(yōu)化，形成基準配合比，重點對水膠比和膠凝材料的組分進行優(yōu)化，自密實混凝土水膠比宜小于0.45，用水量宜小于200 kg/m3，設計時用水量由計算的207 kg/m3調整為200 kg/m3。膠凝材料用量過大，易引起混凝土體積穩(wěn)定性不良，而且不經濟，但膠凝材料用量過小，則漿體量過小，難以滿足拌和物工作性要求[6]，膠凝材料總用量范圍為450～550 kg/m3?？紤]到軌頂風道鋼筋密集、凈距小等問題，根據試驗室試配情況，設計時總膠凝材料取530 kg/m3，水泥用量采用330 kg/m3，計算水膠比為0.377，滿足宜小于0.45要求。經試驗室試配、調整的基準配合比(質量比)：水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶礦碴粉∶減水劑=200∶330∶795∶800∶110∶90∶4.24，水膠比為0.377。

設計配合比：進行試配時，首先應測試拌和物自密實性能的控制指標，再檢查拌和物自密實性能的可選指標，當混凝土拌和物自密實性能滿足要求后，即開始混凝土強度和耐久性復核，確定最后的設計配合比。

(1)填充性

利用混凝土坍落度筒和底板為硬質不吸水的光滑正方形平板測試拌和物的坍落擴展度和擴展時間(圖2)，坍落度擴展度690 mm，滿足SF2等級要求；擴展時間Τ500(自坍落度筒提起離開地面時開始，至擴展開的混凝土外緣初觸平板上所繪直徑500 mm為止的時間)1.9 s，滿足VS2等級要求；1 h坍落擴展度損失值20 mm。

(2)間隙通過性

現(xiàn)場按軌頂風道鋼筋凈距、流動距離進行模擬試驗(圖3)，試驗間隙能過性良好，但表面存在個別氣泡，在施工時可采取敲擊模板解決。

圖2 坍擴展度測試

圖3 間隙通過性試驗

(3)抗離析性

自密實混凝土離析率篩析試驗采用天平、試驗篩和盛料器，離析率為10%(≤15%)，滿足自密實性能SR2等級要求；粗骨料振動離析跳桌法試驗采用檢測筒、跳桌、天平和試驗篩，fm=7%≤10%，滿足自密實性能要求。

(4)強度

混凝土初凝時間7 h 30 min，終凝時間9 h10 min，成型3組150 mm×150 mm×150 mm試件，28 d抗壓強度值為42.9 MPa，滿足試配強度要求。

(5)耐久性

制作試件，測試56 d電通量832C<1 200C，膠凝材料抗蝕系數(shù)1.04>0.8，總堿含量2.577 9 kg/m3<3 kg/m3(潮濕環(huán)境、設計使用年限100年)，氯離子總含量0.075 1 kg/m3<0.53 kg/m3(膠凝材料總量的0.10%)，SO3總含量11.486 8 kg/m3<21.2 kg/m3(膠凝材料總量的4%)，滿足耐久性要求。

根據驗證，該配合比拌和物和易性良好，無泌水，含氣量3.5%，自密實性能和強度、耐久性指標均能滿足設計要求，設計配合比(質量比)：水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶礦碴粉∶減水劑=200∶330∶795∶800∶110∶90∶4.24，水膠比為0.377。

3 福田站軌頂風道自密實混凝土施工控制技術

3.1 支架體系設計及優(yōu)化

從確保施工質量和施工難易程度考慮，軌頂風道結構采取滿堂支架法分段分部施工。原則以原主體結構分段長度作為一個施工段，一般在20～30 m，垂直施工縫設置在距支座1/3～1/4跨；吊墻及底板分2次施工，首先施工風道板及下部吊墻，后施工風道上部吊墻，水平施工縫設置在風道底板面。為減少材料倒運和施工干擾，軌頂風道由北向南施工。

3.1.1 主要建筑材料

綜合考慮支架系統(tǒng)的安全性和各構件的受力情況，在材質上選擇優(yōu)質的建筑材料：模板均采用厚18 mm優(yōu)質膠合模板，主楞采用TC13A級100 mm×100 mm方木，支架及工作架采用φ48×3 mm鋼管腳手架搭設，M16對拉螺桿?？紤]到自密實混凝土流動性大、一次澆筑高(至風道板底3.15 m)、側壓力大的特點，相關材料滿足抗彎和抗剪強度要求。

3.1.2 支架體系設計

由于本工程主要工程結構特別是風道板較薄，自身荷載小，在支架設計過程中重點考慮兩點：(1)在結構自身荷載和施工荷載情況下的支架模板系統(tǒng)變形；(2)自密實混凝土澆筑過程中與普通混凝土不同之處，要求一次澆筑成型，減少分層澆筑次數(shù)，在風道墻對拉設計過程中不得采用傳統(tǒng)的設計及計算方式，新澆筑的混凝土作用于模板的側壓力標準值按液體取值(F=γcH[7])。綜合上述因素，本軌頂風道施工支架模板系統(tǒng)設計為：風道板位置支架間距1 200 mm×800 mm，主棱方木間距800 mm，次棱方木間距400 mm，在風道墻位置設置3排立桿，間距200 mm×600 mm，主棱間距300 mm，次棱間距300 mm，橫向剪刀撐整個斷面設置8組。在風道墻外側400～500 mm處設置3排工作架，工作架橫向桿間距2.4 m，上面鋪設腳手板，工作架與整個支架系統(tǒng)形成整體，以保證施工安全，縱向剪刀撐、水平剪刀撐，橫桿設置嚴格按照規(guī)范進行設置。

根據本工程實際情況及施工順序安排，本施工段軌頂風道側模受力最大位置為風道板與風道墻交叉位置，以最底部一排拉桿為計算單元，一次最大澆筑高度3.15 m。重點計算模板、背撐方木和拉桿的抗拉強度。通過計算復核，風道墻設計采用豎向100 mm×100 mm方木背撐20 mm厚膠合模板，間距300 mm，采用雙排φ48×3 mm鋼管結合φ16 mm對拉螺桿進行對拉，螺桿間距400 mm(豎)×600 mm(橫)，確保能滿足本工程的施工需求。見圖4、圖5。

圖4 軌頂風道支架搭設示意(單位：mm)

圖5 側墻模板示意(單位：mm)

3.2 計量及配比控制措施

自密實混凝土的質量對原材料的變動很敏感，要求制定嚴格的生產管理制度，制作和施工中對各環(huán)節(jié)的控制要求嚴格；生產過程中，每臺班骨料至少檢測一次含水率。當骨料含水率有顯著變化時，應增加測定次數(shù)，并根據檢測結果及時調整材料用量；在混凝土運輸過程中，嚴禁向車內加水。

3.3 攪拌及運輸控制措施

自密實混凝土組成材料多，必須注意攪拌均勻，攪拌的時間應比非自密實混凝土適當延長，攪拌不足的拌和物不僅因不均勻而影響硬化后的性質，而且在泵送出管后流動性進一步加大，會產生離析現(xiàn)象。投料的順序宜先投入細骨料、水泥及摻和料，攪拌20 s后再投入2/3的用水量和粗骨料攪拌30 s以上，然后再加入剩余水量和外加劑攪拌30 s以上[8]。在二次投料法的基礎上，增加了細骨料、水泥和摻和料的干拌過程，以提高拌和物的均勻性?；炷吝\輸過程中，攪拌運輸車的滾筒應保持勻速轉動，速度應控制在3～5 r/min，有利于減少拌和物流動性損失。

3.4 澆筑及養(yǎng)護控制措施

自密實混凝土流動性大，凝結前可持續(xù)對模板產生較大的側壓力，模板安裝還應考慮拌和物對側模的液體靜壓力作用，成型的模板應有足夠的強度和剛度，并應拼裝緊密，不得漏漿，在適當?shù)奈恢迷O置排氣孔和澆筑觀察口；拌和物膠凝用量大，水化溫升較大，高溫施工時，混凝土的入模溫度不宜超過35 ℃，冬期施工時，入模溫度不宜低于5 ℃。澆筑完成后，應及時采取覆蓋保濕養(yǎng)護措施，養(yǎng)護時間不得小于14 d；因軌頂風道鋼筋密集，澆筑時可在模板外側進行輔助敲擊，避免產生離析或表面氣泡；底板跨度>8 m，底模及支架的拆除應在混凝土強度達到設計強度的100%方可進行[9-11]。

3.5 坍落擴展度損失及控制措施

現(xiàn)場施工量測和試驗證明，施工過程中存在一定量的坍落擴展度損失，加大了混凝土澆筑施工難度，并影響施工質量。經分析，坍落擴展度損失的主要原因主要是隨著水泥的水化反應，高效減水劑被水泥的水化產物大量吸附而使分散作用降低，表現(xiàn)為坍落擴展度隨時間的增長而減小[10]。在施工過程中減少坍落擴展度損失的主要措施有：(1)高效減水劑根據現(xiàn)場量測數(shù)據，采用分次反復添加的方法；(2)加入少量的緩凝劑；(3)用部分礦物外加劑取代高效減水劑。

4 工程取得效果及以后同類工程施工中應注意的問題

目前，福田站軌頂風道工程已基本完成，在已拆除模板混凝土澆筑效果來看，收到了普通混凝土變更為自密實混凝土的良好效果，特別是在軌頂風道墻與車站主體結構地下二層板(中板)緊密效果良好，未發(fā)現(xiàn)空隙，整個軌頂風道風道板和風道墻線形良好，混凝土面大面較好，無蜂窩麻面、裂縫等情況，混凝土現(xiàn)場強度檢測符合設計要求。

由于在普通非鋼管結構中較少使用自密實混凝土，自密實混凝土澆筑過程中缺少施工經驗和可借鑒先例，在本工程混凝土澆筑過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，主要集中在施工過程中模板縫存在漏漿、部分到場混凝土流動性能達不到要求而造成浪費、混凝土面存在少量氣泡等問題，筆者建議在以后的同類工程施工中應切實注意以下問題。

(1)由于自密實混凝土流動性大，幾乎沒有支撐自重的能力，模板的側壓力標準值應按F=γcH(液體壓力)計算；澆筑過程中，下部模板所承受的側向壓力會隨著澆筑高度增長而線性增加，要求模板具有更高的剛度和堅固程度，通過計算，風道墻第二次澆筑部分底層模板和拉桿受力最大，結合現(xiàn)場實際情況采取加密拉桿、增加背楞等加固處理措施；相對常規(guī)混凝土來說，自密實混凝土強度增長略為緩慢，應嚴格控制承重模板和支架的拆模時間，混凝土達到規(guī)定的強度后方可進行。另一方面，本工程為細石自密實混凝土，骨料粒徑較小，在模板工程施工時尤其要注意拼縫嚴密，如模板拼縫較大，加之混凝土凝結時間較長，將出現(xiàn)無法控制的混凝土滲漏情況，造成浪費并嚴重影響施工質量。

(2)配合比設計時應優(yōu)選原材料，優(yōu)化集料級配，在保證自密實混凝土的工作性能的同時，應降低砂率；加入優(yōu)質粉煤灰和礦碴粉，特別是摻入優(yōu)級質粉煤灰，可以發(fā)揮其形態(tài)效應，增加混凝土的和易性，同時可以降低造價；注意根據所使用的水泥品種，精心選擇合適的外加劑并進行復合；強度試驗時至少應采用3個不同的配合比，一個是基準配合比，另外兩個配合比的水膠比宜較基準配合比分別增加和減少0.02，用水量與基準配合比相同，砂的體積分數(shù)可分別增加或減少1%。

(3)由于吊墻上部為車站地下二層板結構，上部吊墻混凝土需由在地下二層板結構施工時預留混凝土澆筑孔灌注，必要時可采取小直徑振搗棒插入澆筑孔振搗；現(xiàn)場施工時，應及時檢測混凝土的工作性能指標，坍落擴展度和擴展時間每100 m3相同配合比混凝土至少檢驗1次，1個臺班同一配合比不足100 m3時不得少于1次。

(4)嚴格控制實際施工荷載不得超過計算施工荷載。對側模進行檢算時，只考慮新澆混凝土作用于模板的側壓力標準值和傾倒混凝土水平荷載，因此，在風道墻澆筑時，在外側設置3排工作架，混凝土輸送導管和操作人員均應在工作架上作業(yè)，工作架和支架應連為一個整體，確保工作架穩(wěn)定。在澆筑過程中，應派專人負責檢查支架及工作架情況，發(fā)現(xiàn)跑模、漏漿、支架變形及對拉螺栓松動等情況，應及時采取措施解決。

[1] 安雪暉，黃綿松，大內雅博，金峰.自密實混凝土技術手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2008．

[2] 廉慧珍，張青，張耀凱.國內外自密實高性能混凝土研究及應用現(xiàn)狀[J].施工技術，1999，28(5)：1-2．

[3] 中華人民共和國行業(yè)標準.JGJ/T283—2012 自密實混凝土應用技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

[4] 路殿成. 自密實高性能混凝土研究應用[D].青島：青島理工大學，2006：15-16．

[5] 中華人民共和國行業(yè)標準.TB10005—2010 鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2011．

[6] 羅素蓉，鄭建嵐，王國杰.自密實高性能混凝土力學性能的研究與應用[J].工程力學，2005，22(1)：2-3．

[7] 中華人民共和國行業(yè)標準.JGJ162—2008 建筑施工模板安全技術規(guī)程[S] .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．

[8] 中國工程建設標準化協(xié)會標準.CECS 203：2006 自密實混凝土應用技術規(guī)程[S].北京：中國計劃版社，2006．

[9] 中國土木工程協(xié)會標準.CCES02—2004 自密實混凝土設計與施工指南[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005．

[10] 劉向東，李書強.高速鐵路路基上岔區(qū)板式無砟軌道基礎施工技術[J].鐵道標準設計，2012(4)：41-43.

[11] 胡眾.高性能自密實混凝土性能研究及工程應用[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2009：5-6．