李桂英，劉 想

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 研究背景

鄭州航空港區(qū)港南220kV輸電線路工程(會展路－新港十一路)，從220kV港南變電站起，沿機場南路向東經(jīng)物流三街至新G107，再向南沿新G107，途經(jīng)機場南路、省道102、新港八路、緯三河、新G107、新港十一路，新建電纜隧道路徑全長3675.5m。其中明挖隧道長度為2990m，架空線路525.5m，頂管隧道160m。根據(jù)施工圖設計，明挖隧道使用方形承插口預制箱涵現(xiàn)場拼裝，開挖深度6.5m～12.3m，地下水位平均埋深7.4m。

根據(jù)以往施工經(jīng)驗以及對周邊類似項目的了解，預制箱梁采用防水卷材或防水涂料進行防水，漏水、滲水情況無法避免，后續(xù)缺陷處理時間長、成本高。為避免類似情況發(fā)生，必須改進防水構造，提高預制箱涵防水性能[1]。

抗凍防水合金粉是一種以鋁、鎂、鈦、鉻等多種金屬為基料，經(jīng)粉碎、研磨、氣相沉積和飛濺鍍膜而形成的具有憎水性能的多金屬粉狀固體薄片，分散于混凝土(砂漿)中，通過薄片效應[1]，使混凝土(砂漿)具有抗凍防水功能的新型材料。在國內(nèi)，抗凍防水合金粉多用于地下室、屋面等防水工程中，防水效果顯著。但目前關于抗凍防水合金粉在方形承插式預制箱涵中的應用研究較少，具有很大的應用前景，是未來結構防水的重要發(fā)展方向。

2 研究內(nèi)容及研究方法

2.1 抗凍防水合金粉對預制箱涵抗裂性能的影響

根據(jù)查閱資料，混凝土抗凍防水合金粉[2]對混凝土抗裂性能有一定影響[3]，添加比例不合理可能會導致裂縫數(shù)量增加，施工中需根據(jù)混凝土配合比調整用量。為確保預制箱涵外觀質量，減少表觀裂縫產(chǎn)生，考慮在方形承插式預制箱涵制作前進行現(xiàn)場試驗，并按要求如實記錄每組箱涵不同階段的裂縫數(shù)量。

2.1.1 自然條件下抗凍防水合金粉對預制箱涵抗裂性能的影響研究

研究方法采用對比試驗。箱涵預制過程中，每3組箱涵為一次試驗，每組包含5個箱涵，且同組箱涵編號一致。如編號1－2表示第一批第二組的3個箱涵。每批試驗中的五組箱涵混凝土骨料拌合時，合金粉嚴格按照膠凝材料的0%、1.0%、1.5%、2.0%、5.0%的摻量進行控制，具體見表1。

表1 自然條件下抗凍防水合金粉用量與裂縫數(shù)量關系

根據(jù)表1數(shù)據(jù)分析得出以下結論:

(1)當外部條件一致時，增加抗凍防水合金粉用量，預制箱涵單位面積裂縫數(shù)量隨之減少；

(2)當外部條件一致時，抗凍防水合金粉用量為2%，單位面積裂縫數(shù)量能降低至2條以下；

(3)當外部條件一致時，適當增大抗凍防水合金粉用量，能夠減少單位面積裂縫數(shù)量。

2.1.2 蒸汽養(yǎng)護條件下抗凍防水合金粉對預制箱涵抗裂性能的影響研究

受施工技術以及水泥混凝土本身性質的限制，混凝土結構在高溫蒸養(yǎng)過程中，容易因溫度變化過快或溫度過高產(chǎn)生裂縫，影響方形裝配式箱涵外觀質量。

蒸養(yǎng)工藝流程及操作要點如下:

(1)工藝流程:靜養(yǎng)→升溫→恒溫→降溫。

(2)預制箱涵澆筑完成后，進行靜養(yǎng)。靜養(yǎng)期一般為4h～6h，溫度控制在20℃～25℃。當溫度超過25℃時，可停送蒸汽保溫，確保預制箱涵在蒸養(yǎng)過程中不出現(xiàn)裂縫、松散和腫脹等問題。

(3)靜養(yǎng)結束后，開始恒溫養(yǎng)護階段。恒溫養(yǎng)護升溫階段一般為2h～3h，升溫先慢后快，達到養(yǎng)護最高溫度(恒溫70℃)時，維持溫度不變進行恒溫養(yǎng)護。恒溫養(yǎng)護時間應根據(jù)同條件的留盤試件達到設計強度的時間來確定。

(4)恒溫養(yǎng)護結束后，就是降溫階段。降溫過程中，降溫速度很重要，一般控制在10℃/h，持續(xù)3h左右，避免降溫劇烈導致預制件表面開裂。

蒸汽養(yǎng)護條件下抗凍防水合金粉對預制箱涵抗裂性能研究方法采用對比試驗，箱涵預制過程中，每3組箱涵為一次試驗，每組包含5個箱涵，且同組箱涵編號一致。如編號1－2表示第一批第二組的5個箱涵。每批試驗中的3組箱涵混凝土骨料拌合時，合金粉嚴格按照膠凝材料的0%、1.0%、1.5%、2.0%、5.0%的摻量進行控制，具體見表2。

表2 蒸汽養(yǎng)護條件下抗凍防水合金粉用量與裂縫數(shù)量關系

根據(jù)表2數(shù)據(jù)分析得出以下結論:

(1)當外部條件一致時，增加抗凍防水合金粉用量，預制箱涵單位面積裂縫數(shù)量隨之減少；

(2)當外部條件一致時，抗凍防水合金粉用量為2%，單位面積裂縫數(shù)量能降低至3條以下；

(3)當外部條件一致時，適當增大抗凍防水合金粉用量，能夠減少單位面積裂縫數(shù)量。

2.2 抗凍防水合金粉對預制箱涵抗壓強度的影響

抗凍防水合金粉為一種多金屬粉狀固體薄片防水材料，有一定的疏水性能?；炷林袚郊颖壤磺‘?，可能造成混凝土強度達不到設計強度要求。為確定抗凍防水合金粉對混凝土強度的影響程度，確?；炷两Y構強度滿足要求，考慮在方形承插式預制箱涵制作前進行現(xiàn)場試驗，并按要求記錄不同階段的強度值。

研究方法采用對比試驗。箱涵預制時，合金粉嚴格按照膠凝材料的0%、1.0%、1.5%、2.0%、5.0%的摻量進行控制，并預留抗壓試塊，試塊在專門的標養(yǎng)室養(yǎng)護，養(yǎng)護時間28d，具體見表3。

表3 抗凍防水合金粉用量與混凝土強度關系

經(jīng)數(shù)據(jù)分析可以得出:隨著抗凍防水合金粉用量增加，預制箱涵28d混凝土強度逐漸下降。

2.3 抗凍防水合金粉對預制箱涵自防水性能的影響

研究方法采用對比試驗，箱涵預制過程中，每3組箱涵為一次試驗，每組包含5個箱涵，且同組箱涵編號一致。如編號1－2表示第一批第二組的5個箱涵。每批試驗中的五組箱涵混凝土骨料拌合時，嚴格按照膠凝材料的0%、1.0%、1.5%、2.0%、5.0%的合金粉摻量進行控制，具體見圖1。

圖1 抗凍防水合金粉用量與抗?jié)B壓力關系曲線

抗?jié)B壓力與抗?jié)B等級對照詳見表4。

表4 抗?jié)B壓力與抗?jié)B等級對照

試驗數(shù)據(jù)分析表明，當外部條件一致時，增加合金粉用量，混凝土抗?jié)B試塊無滲水時的最大抗?jié)B壓力相應增大。合金粉用量超過3%時，混凝土抗?jié)B試塊無滲水時的最大抗?jié)B壓力不變。

為驗證預制箱涵的防水效果，進行了現(xiàn)場閉水試驗。閉水試驗設置1個對照組，4個實驗組，對照組合金粉用量為0%，實驗組合金粉用量分別為1.0%、1.5%、2.0%、5.0%，每組由2節(jié)箱涵張拉拼裝。

預制箱涵防水性能[4]通過現(xiàn)場閉水試驗確定。預制箱涵兩端砌筑37磚墻封堵，預制箱涵與磚墻接觸面需滿鋪防水砂漿。磚墻砌筑高度低于箱涵內(nèi)頂30cm，箱涵內(nèi)側粉刷3cm厚的防水砂漿，外側抹2cm厚的防水砂漿，砂漿采取分層施工，四周與箱涵接觸部位需做成圓弧倒角。砂漿粉刷完成后，及時覆蓋保濕，具備一定強度后，開始灑水養(yǎng)護。

為避免箱涵接口滲漏，影響試驗結果，實施過程中在箱涵接口外側設置50cm寬的合金粉砂漿防水層。

準備工作完成后，開始向箱涵內(nèi)部注水，注水高度2m，并做好水位標記。

閉水實驗過程中，安排專人定時測量當日水位下降高度，并做好相應記錄，具體見表5。

表5 水位日下降高度記錄

經(jīng)數(shù)據(jù)分析可以得出以下結果:

(1)隨著時間推移，箱涵水位日下降高度不斷減??；

(2)隨著抗凍防水合金粉用量增加，箱涵水位下降高度明顯變??；

(3)合金粉用量為膠凝材料的2.0%時，箱涵自防水效果明顯，性價比最高。

2.4 抗凍防水合金粉砂漿剛性防水層對預制箱涵防水性能的影響

合金粉除了可以作為添加劑增強混凝土結構自身的防水性能外，還可以拌制防水砂漿，然后將砂漿均勻涂抹于混凝土結構表面形成剛性防水層，從而達到防水效果。

預制箱涵吊裝前在墊層頂面設置多個5cm高的預制墊塊，用于支撐預制箱涵，待預制箱涵吊裝就位并張拉形成整體后，利用噴槍在箱涵底部填充抗凍防水合金粉砂漿，砂漿填充密實度不小于95%。待底部砂漿開始失去流動性后，開始涂抹預制箱涵外側壁、頂板。箱涵外側壁、頂板涂抹合金粉砂漿厚度為20mm，接頭處防水層加厚設置，為防止砂漿掉落，提前掛設鋼絲網(wǎng)。

根據(jù)現(xiàn)場試驗，預制箱涵底部砂漿防水層合金粉摻量為4%～6%時，側壁及頂板砂漿防水層合金粉摻量為3%～5%時，預制箱涵防水最佳，能夠達到Ⅱ級防水要求。

預制箱涵一般高度在2.5m～4m，防水砂漿施工需搭設作業(yè)平臺方可滿足施工要求。與常規(guī)采用鋼管搭設平臺不同，本項目研究一種可移動式抗凍防水合金粉操作平臺，該平臺主要支撐點位于箱涵頂部的軌道，兩側利用橡膠萬向輪支撐在箱涵側壁上。該裝置動力系統(tǒng)為電機和減速機，可以實現(xiàn)遙控啟停，且設置有限位裝置，安全性能高，既具有施工平臺的穩(wěn)定性，又具有較高的安全性能，該裝置的應用對提高施工效率和施工質量有很大的幫助。

3 創(chuàng)新點

(1)預制箱涵采取抗凍防水合金粉砂漿層進行外防水時，發(fā)明了一種抗凍防水合金粉砂漿快速卸料裝置(專利號:ZL 2018 2 1448285.5)，該裝置中的卸料槽可拆卸、可伸縮、可轉動調整角度，能夠快速供應砂漿，保證預制箱涵剛性防水層施工效率。

(2)預制箱涵采取抗凍防水合金粉砂漿層進行外防水時，發(fā)明一種可移動式抗凍防水合金粉砂漿操作平臺(專利號:ZL 2018 2 1166374.0)，該平臺充分利用預制箱涵頂空間，實現(xiàn)電控移動，兩側的操作平臺為施工人員提供平穩(wěn)、安全的作業(yè)環(huán)境，對提高施工效率具有重要意義。

(3)利用適量抗凍防水合金粉能夠提高抗裂性能的特性，研究過程中，將預制箱涵蒸汽養(yǎng)護恒溫階段的溫度提高至80℃后，仍能保證混凝土強度快速成型，并保持表觀裂縫數(shù)量、寬度及長度滿足規(guī)范要求。因混凝土蒸汽養(yǎng)護的最大溫度提高，加快了混凝土強度成型，在很大程度上縮短了箱涵預制周期，有效保證了現(xiàn)場生產(chǎn)進度。

4 結論

(1)在一定范圍內(nèi)，適當增加抗凍防水合金粉用量，預制箱涵的抗裂性能、結構自防水性能能夠明顯提高。

(2)抗凍防水合金粉用量較少時，對混凝土強度影響較小。當用量超過一定范圍時，會造成預制箱涵的抗壓強度降低。

(3)抗凍防水合金粉用量控制在混凝土膠凝材料的2%時，預制箱涵具有較好的抗裂性能、防水性能，能夠滿足一般地下構筑物的防水要求。