羅啟正

重慶單軌交通工程有限責(zé)任公司 重慶 400054

具不完全統(tǒng)計(jì)中國(guó)已有超過40個(gè)城市開通地鐵，總里程超過4500km，未來(lái)5年計(jì)劃再新建3000km城市軌道交通[1]。隨著城市發(fā)展城市面積不斷擴(kuò)張，越來(lái)越多的城市采用盾構(gòu)法施工建設(shè)市域鐵路、過江隧道、過海隧道等項(xiàng)目。采用盾構(gòu)法施工盾構(gòu)管片是隧道主體結(jié)構(gòu)，管片質(zhì)量直接影響到隧道質(zhì)量[2]。由于市域鐵路、過江隧道、過海隧道等項(xiàng)目普遍存在線路分散，線與線之間距離較遠(yuǎn)，使用的盾構(gòu)管片直徑和重量較大，導(dǎo)致運(yùn)輸成本較高。目前，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者針對(duì)大直徑盾構(gòu)管片生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制進(jìn)行了一些研究，采用固定臺(tái)座法露天生產(chǎn)大直徑管片的企業(yè)很少，筆者結(jié)合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談一談采用固定臺(tái)座法露天生產(chǎn)大直徑盾構(gòu)管片的質(zhì)量控制的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

管片生產(chǎn)過程主要涉及到鋼筋、模板和混凝土三大版塊，露天采用固定臺(tái)座法生產(chǎn)大直徑盾構(gòu)管片與國(guó)內(nèi)其他學(xué)者總結(jié)的管片生產(chǎn)技術(shù)控制措施的區(qū)別在于露天環(huán)境變化多樣性，本文主要介紹露天生產(chǎn)與車間生產(chǎn)的質(zhì)量控制差異。

管片混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)≥C50，抗?jié)B等級(jí)≥P10，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作年限為100年，管片作為隧道襯砌的主要結(jié)構(gòu)，管片在隧道中需承受土和水壓力的壓力，甚至還要承受來(lái)自于上部結(jié)構(gòu)的壓力影響。同時(shí)管片對(duì)寬度、厚度和弧長(zhǎng)控制精度高，管片作為防水結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中不得出現(xiàn)貫穿裂紋或?qū)挾却笥?.2mm的裂縫，對(duì)控制的難度較大[3]。因此，采用固定臺(tái)座法露天生產(chǎn)大直徑盾構(gòu)管片對(duì)材料、混凝土和養(yǎng)護(hù)控制提出了很高的要求。

1 主要生產(chǎn)工藝

1.1 生產(chǎn)工藝介紹

鋼筋車間生產(chǎn)的鋼筋籠按批量進(jìn)行檢驗(yàn)后，由專用軌道運(yùn)送至鋼筋籠待存區(qū)，通過行吊入模，混凝土攪拌站生產(chǎn)的合格混凝土通過叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑。采用附著式振搗，完成澆筑后用篷布遮蓋進(jìn)行集中蒸養(yǎng)，混凝土管片達(dá)到脫模強(qiáng)度后通過行吊將管片運(yùn)輸檢驗(yàn)編號(hào)區(qū)由監(jiān)造工程師集中批量驗(yàn)收，合格后轉(zhuǎn)運(yùn)到室外養(yǎng)護(hù)池養(yǎng)護(hù)。水養(yǎng)7天后的管片通過行吊和平移小車將管片轉(zhuǎn)移到堆碼場(chǎng)地進(jìn)行儲(chǔ)存。

1.2 主要生產(chǎn)工藝流程

圖1 管片生產(chǎn)工藝流程圖

2 原材料質(zhì)量控制

管片混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)≥C50，抗?jié)B等級(jí)≥P10，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作年限為100年，管片作為隧道襯砌的主體結(jié)構(gòu)，管片在隧道中需承受土和水壓力的壓力，甚至還要承受來(lái)自于上部結(jié)構(gòu)的壓力影響。同時(shí)管片對(duì)寬度、厚度和弧長(zhǎng)控制精度高，管片作為防水結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中不得出現(xiàn)貫穿裂紋或?qū)挾却笥?.2mm的裂縫，對(duì)控制的難度較大[4]。因此，采用固定臺(tái)座法露天生產(chǎn)大直徑盾構(gòu)管片對(duì)材料質(zhì)量、混凝土性能和養(yǎng)護(hù)控制提出了很高的要求，具體質(zhì)量要求詳見表1。

表1 盾構(gòu)管片材料質(zhì)量及操作要點(diǎn)（表格來(lái)源：作者自繪）

2.1 水泥質(zhì)量控制

水泥作為混凝土主要的膠凝材料，其質(zhì)量嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和外觀質(zhì)量等，在生產(chǎn)前應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)量富裕、水化熱低的生產(chǎn)廠家，水泥在使用前應(yīng)進(jìn)行一系列的適應(yīng)性試驗(yàn)，并與其他材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，經(jīng)過驗(yàn)證合格后方可使用。在選擇水泥廠家時(shí)，應(yīng)選擇需水量較低的水泥，需水量高的水泥會(huì)增加外加劑的使用量，一方面增加成本，另一方面會(huì)導(dǎo)致混凝土粘度增加，影響管片的外觀質(zhì)量。

水泥進(jìn)場(chǎng)應(yīng)查驗(yàn)水泥的進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量證明文件、測(cè)量水泥的進(jìn)場(chǎng)溫度，水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)溫度不應(yīng)超過70℃，使用時(shí)不得超過60℃。水泥溫度高會(huì)導(dǎo)致混凝土的需水量增加，一方面影響強(qiáng)度，另一方面會(huì)縮短水化時(shí)間，容易導(dǎo)致管片開裂。在保證水灰比不變的情況下增加外加劑用量容易降低管片的外觀質(zhì)量。水泥進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)對(duì)每個(gè)批次的水泥進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)，合格后方可用于管片生產(chǎn)中。

2.2 人工砂、碎石質(zhì)量控制

砂、石作為管片的主要結(jié)構(gòu)材料和填充材料，其質(zhì)量直接影響混凝土和管片成品的質(zhì)量，砂、石生產(chǎn)應(yīng)在固定的工廠家加工。在露天條件下生產(chǎn)大直徑盾構(gòu)管片，混凝土的失水開裂的風(fēng)險(xiǎn)更高。對(duì)此，砂、石的含粉量、亞甲藍(lán)MB值、級(jí)配不良、空隙率大更容易造成混凝土收縮開裂。同時(shí)，含粉量高、亞甲藍(lán)MB值大、級(jí)配不良、空隙率大，會(huì)增加混凝土的需水量，在保證水灰比不變的情況下會(huì)增加外加劑的使用量，增加混凝土成本和影響外觀質(zhì)量。

2.3 粉煤灰質(zhì)量控制

粉煤灰作為混凝土重要的摻和材，其性能對(duì)混凝土的質(zhì)量影響大，除滿足規(guī)范及上述指標(biāo)要求外，還應(yīng)考慮粉煤灰中的氨含量，使用氨含量高粉煤灰會(huì)影響管片的外觀質(zhì)量，同時(shí)還存在管片體積膨脹導(dǎo)致開裂的風(fēng)險(xiǎn)。粉煤灰進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)合格證及質(zhì)保書是否齊全，并按批次取樣檢測(cè)。

2.4 外加劑質(zhì)量控制

在冬季露天環(huán)境下生產(chǎn)大直徑管片，外加劑的性能直接關(guān)乎到管片生產(chǎn)模具的周轉(zhuǎn)頻率，由于外界溫度低，外加劑的的性能也對(duì)管片的裂縫控制、外觀質(zhì)量控制有較大的影響。采用固定臺(tái)座法生產(chǎn)大直徑管片時(shí)，應(yīng)采用聚羧酸高性能或高效減水劑，調(diào)整凝結(jié)時(shí)間的早強(qiáng)成分不得使用早強(qiáng)劑代替。外加劑進(jìn)場(chǎng)后查驗(yàn)質(zhì)量證明文件，并進(jìn)行取樣檢測(cè)，合格后方可使用。

2.5 拌合用水質(zhì)量控制

拌合用水應(yīng)采用自來(lái)水拌合，其質(zhì)量應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)過程中每半年應(yīng)對(duì)拌合用水的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

3 混凝土質(zhì)量控制

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

大直徑管片與普通盾構(gòu)管片相比，混凝土方量和尺寸大，管片內(nèi)部的水化熱也更大。管片在露天生產(chǎn)保溫困難，當(dāng)外部環(huán)境溫度低，容易造成管片內(nèi)外的溫差大產(chǎn)生的拉應(yīng)力造成管片開裂。在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度、管片強(qiáng)度等參數(shù)計(jì)算混凝土配合比，配合比中的膠凝材料不宜大于450kg/m3，宜摻入不少于10%的粉煤灰、礦粉等摻合料。

另外管片混凝土配合比除滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、氯離子擴(kuò)散系數(shù)等指標(biāo)外，同時(shí)混凝土還應(yīng)具有較好的和易性，混凝土的凝結(jié)時(shí)間應(yīng)滿足生產(chǎn)需要。

3.2 混凝土攪拌及澆筑

混凝土攪拌應(yīng)采用強(qiáng)制式混凝土攪拌站，攪拌時(shí)間不宜小于120s，攪拌站控制誤差應(yīng)滿足《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB50164-2011）中的規(guī)定，混凝土澆筑時(shí)坍落度不宜大于120mm，振動(dòng)時(shí)采用附著式振動(dòng)器氣壓不宜低于0.6MPa。澆筑時(shí)應(yīng)分層布料，分層振動(dòng)停留時(shí)間宜不低于30s，放料完成后混凝土表面不再有石子沉落、不再有大量氣泡排出、模具蓋板邊沿出現(xiàn)3-5cm寬浮漿后停止振動(dòng)。

3.3 混凝土收面及養(yǎng)護(hù)

由于是露天環(huán)境生產(chǎn)，容易造成混凝土表面失水導(dǎo)致的表面開裂，混凝土每次收面完成后都應(yīng)用塑料薄膜覆蓋，最后一次收面完成后待混凝土表面不粘手時(shí)用塑料薄膜覆蓋后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在環(huán)境溫度低于20℃時(shí)，宜進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度不超過50℃。養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)在收面完成后1小時(shí)開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)按照升溫、恒溫和降溫控制，升溫速度按照≯10℃/h控制，降溫速度按照≯20℃/h控制。

為防止管片脫模后與外界溫差大，脫模前2小時(shí)應(yīng)將蒸養(yǎng)設(shè)施打開，脫模前半小時(shí)應(yīng)將模具四周側(cè)模打開，將薄膜覆蓋與管片表面，待管片與外界溫差≯20℃時(shí)方可吊裝。在冬季雨天生產(chǎn)時(shí)，脫模后要防止雨水直接淋在管片表面，造成管片內(nèi)外溫差大形成拉應(yīng)力造成管片開裂[5]。

4 大直徑管片裂紋類型及主要成因分析

4.1 外弧面裂紋

管片外弧面裂紋主要有龜裂和收縮裂紋。

龜裂紋在管片生產(chǎn)或其他混凝土制品生產(chǎn)中是比較常見的裂紋類型，同時(shí)也是管片最容易產(chǎn)生的裂紋，通常在管片濕潤(rùn)狀態(tài)下容易見到。龜裂紋大多在管片生產(chǎn)以后一定時(shí)間后出現(xiàn)，屬于一中淺表性裂紋，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)影響。龜裂紋的產(chǎn)生與混凝土配合比、材料的含泥量以及養(yǎng)護(hù)時(shí)間等方面均有影響。

收縮裂紋主要是在管片收面過程或脫模前后產(chǎn)生的，主要是混凝土表面失水產(chǎn)生的。裂紋寬度普遍＞0.2mm，主要在管片外弧面以及管片外弧面與側(cè)面轉(zhuǎn)角處位置易出現(xiàn)。

圖2 砼表面龜裂

圖3 收縮裂紋

4.2 側(cè)面裂紋

側(cè)面裂紋主要是內(nèi)外溫差大產(chǎn)生的拉應(yīng)力造成混凝土表面開裂的一種收縮裂紋。側(cè)面裂紋在冬季生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的可能性較大，管片脫模時(shí)內(nèi)部溫度可能會(huì)超過60℃，而冬季施工時(shí)外界氣溫普遍低于10℃，內(nèi)外溫差可能超過50℃，在這種情況下側(cè)面容易出現(xiàn)收縮裂紋。

圖4 側(cè)面裂紋

圖5 手孔裂紋

4.3 手孔及止水槽裂紋

管片手孔預(yù)埋件位置在溫差較大的季節(jié)下長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，以及在未覆蓋的狀態(tài)下容易產(chǎn)生細(xì)微裂紋。管片止水槽位置的裂紋主要有橫向和縱向裂紋，橫向裂紋主要原因與內(nèi)外溫差有關(guān)，縱向裂紋與混凝土收縮以及內(nèi)外溫差有較大關(guān)系，容易在管片脫模前產(chǎn)生，生產(chǎn)過程中應(yīng)注意養(yǎng)護(hù)時(shí)間和養(yǎng)護(hù)溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

采用固定臺(tái)座法生產(chǎn)大直徑管片，需對(duì)水泥的需水量、水化熱、水泥進(jìn)場(chǎng)溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制。砂、石的含粉量、顆粒級(jí)配、空隙率、亞甲藍(lán)MB值對(duì)管片的外觀質(zhì)量影響較大，同時(shí)還容易造成混凝土表面開裂。

粉煤灰中的氨含量影響管片的外觀質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管片開裂。外加劑中不得加入早強(qiáng)劑，不僅會(huì)影響混凝土的后期強(qiáng)度同時(shí)容易造成管片早期開裂。

混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格控制膠凝材料總量，摻合料用量不宜低于10%?；炷潦彰鏁r(shí)應(yīng)及時(shí)保濕，當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃時(shí)宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，管片脫模前應(yīng)有足夠的降溫時(shí)間，管片吊裝時(shí)與環(huán)境溫差不宜大于20℃。