预制混凝土衬砌管片常见质量问题与预防
摘 要：管片作为地铁隧道的主要受力构件，其质量非常重要，是地铁隧道结构安全性、耐久性的主要保障。 为了有效预防和规避管片的质量问题、提高管片质量，对预制混凝土管片在施工过程中常见的质量问题进行了分析，并提出了相应的解决方案和规避措施。
关键词：管片；质量问题；防治
0 前言
地铁作为城市的交通枢纽，近年来，已在我国各大城市蓬勃发展。 而管片作为地铁隧道的主要受力构件，其质量是地铁隧道结构安全性、耐久性的主要保障。 预制混凝土管片（以下简称管片）常见的质量问题主要有外观质量问题、尺寸偏差问题和内在质量问题。 本文针对以上三方面问题分别进行分析讨论，并提出了相应的解决方案和规避措施。
1 外观质量问题
管片常见的外观质量问题主要有： ①蜂窝、麻面、气孔；②缺棱、掉角、飞边；③裂缝；④烂孔；⑤露筋；⑥疏松夹杂；⑦孔洞；⑧塌孔、孔洞移位。 其中，前 4 种形式最为常见，也是在生产过程中需控制的重点。
1.1 蜂窝、麻面、气孔
1.1.1 出现的部位与形式
管片的蜂窝、麻面及气孔常见于管片的拼接面上、管片的止水槽处、螺栓孔的周边及大弧面的中上部，有时内弧面也会出现，封顶块多于邻接块和标准块。 蜂窝、麻面及气孔主要有两种表现形式，一是密集而小的气孔，孔径在 1mm 以内，深度在 1mm以内；二是较分散的大气孔，孔径在 2mm 以上，最大的可达 10mm，深度在 10mm 以内。
1.1.2 危害
管片的蜂窝、麻面及气孔的存在会影响管片的防水功能和外观，降低管片的耐久性。
1.1.3 原因分析
（1）施工原因，漏振或欠振。 ①管片在浇筑时，弧形钢模两端与活动盖板形成封闭低凹槽区域，混凝土从钢模中间流入两端，在振捣棒振捣下，模板两端混凝土最先得到振实，气泡和浆体上浮至弧形管片中部，由于表面浮浆的存在，从而导致少振或漏振，使此处混凝土气泡较多、较大。 ②振捣棒在钢筋骨架上振捣，钢筋骨架的颤动导致混凝土与钢模接触面细微气泡集中后形成较大气泡。 ③为避免弯管发生变形移位的现象，弯管四周也容易因为漏振或欠振而出现气孔。 此种原因形成的气孔常出现在管片拼接大弧面中部和螺栓孔四周，气孔较大且比较集中。
（2）脱模剂的因素。 混凝土接触面处的水气能否顺利析出，很大程度上取决于脱模剂的优劣。 好的脱模剂应为中性、利于水气析出，并且具有性能稳定、表面张力大、耐高温、便于喷涂等特性。 若脱模剂的引气性差，会在混凝土所有接触面上形成分布均匀、疏稀的微小气孔；若漏涂脱模剂，漏涂部位会出现明显区域性的小气孔。 脱模剂必须严格按照产品使用说明书的要求正确使用， 若使用不当，也会影响接触面气泡的析出， 如脱模剂稀释比例过大、 涂刷后的脱模剂未干燥成膜便浇筑混凝土等。对于钢模的重点部位、 特殊部位应进行特殊处理，如钢模凸出的止水槽、棱角、倒角等部位，对混凝土中的水气具有阻排作用，所以，对此处应用浓度较大的脱模剂进行涂刷，特别是止水槽处的脱模剂涂刷应作为控制重点。
（3）混凝土的原因。 ①工人为了便于操作，拌制混凝土时提高混凝土的坍落度，使混凝土水灰比增大，导致混凝土中水分过多，在混凝土硬化过程中，多余的水形成自由水， 留置于混凝土中形成气泡；②水灰比过小，混凝土过于粘稠，气泡难以排出；③搅拌时间过长，料中搅入较多空气，变得粘稠，在混凝土振捣时，气泡不易排出；④原材料如水泥的细度过细、石子级配不合理、砂含泥量超标等，也会形成气泡；⑤外加剂中掺用不合格的引气剂；⑥混凝土搅拌时间不够，和易性差、触变性差；⑦冬季混凝土温度低、粘度大、流动性差，导致气泡不易排出。混凝土原因引起的气泡一般表现为分布均匀，气孔较大、较多。
1.1.4 解决方案
（1）对于人工插入式振捣 ，应加强管片中部混凝土的振捣和收棒操作，应做到混凝土表面无明显下沉、无气泡冒出和有浮浆析出 3 项指标均要满足为判定原则；严禁振捣棒触击钢筋骨架；提高弯管、注浆孔安装质量，加强弯管处混凝土的振捣。 对于台式振捣钢模，应合理控制振捣频率和时间。
（2）正确使用脱模剂。 脱模剂分水性和油性两种，一般选用水性脱模剂。 多作试验，选用性能稳定，质量可靠的脱模剂。 脱模剂选定后，要严格按照使用说明要求进行操作， 应加强控制喷涂过程，做到不漏涂、不流、不淌，同时加强对重点部位，如止水槽处、手孔处、管片收边处等部位的涂刷。 对于水性脱模剂一定要在干燥成膜后浇筑混凝土。
（3）对于混凝土的原因 ，应加大混凝土生产过程的控制，严格执行混凝土生产配合比，加大坍落度的检测频次， 严格控制搅拌时间及原材料的检验。 加大对混凝土配合比试配的检测力度，重点控制混凝土的坍落度和粘聚性。
1.2 缺棱、掉角及飞边
1.2.1 表现形式
缺棱、 掉角及飞边现象主要表现在内弧面、外弧面棱角缺块及内弧面飞边（长而连续的内弧棱角缺失）。
1.2.2 危害
缺棱、 掉角及飞边现象会影响管片的外观、结构尺寸及拼接安装。
1.2.3 形成原因
（1）钢模拼接面留有混凝土残渣等杂物 ，组模时合缝不严，形成漏浆现象，管片脱模时，漏浆处混凝土的剥落导致管片内弧面飞边。
（2）组模时，钢模端板的紧固螺栓未上紧 ，在浇筑混凝土时，模板移位（即胀模）形成混凝土漏浆，管片脱模时，漏浆处混凝土的剥落导致管片内弧面飞边。
（3）模具顶部卷边（毛刺）。 脱模时，卷边处易导致混凝土粘皮现象，使管片外弧面棱角缺块。
（4）瞬间偏心起吊脱模，使管片一侧脱离模具，而另一侧挤压在模具上，导致管片侧棱受压脱落。
（5）倒运过程碰撞脱落。 管片在出入养护池和进出堆场的过程中，由于操作因素，可能造成管片的碰撞，导致管片缺棱、掉角现象。 此种情况一般发生在管片内弧面棱角部位，是管片缺棱、掉角的主要原因，也是质量控制的重点。
1.2.4 解决方案
（1）加强混凝土浇筑前模具的检查 ，重点检查模具拼缝是否严密，紧固螺栓是否上紧等。
（2）若发现钢模顶部四周卷边或钢模发生变形，应及时进行维修。
（3）对于四周粘皮现象 ，可用浓度较大的脱模剂涂刷或刷中性脱模油，同时，应加强混凝土的收面工作。 收面时，钢模四周要用木模拍打，使混凝土表面达到密实。
（4）加强起吊工和信号工的操作培训。 起吊时，确保吊具重心和管片重心在一条铅垂线上，做到匀速、垂直起吊。
（5）制定管片吊装、堆放管理制度时，从吊运的各个环节来规避管片的碰撞问题，如在管片间设置橡胶缓冲垫、严格控制管片堆放的行距和前后间距等。
1.3 裂缝
1.3.1 表现形式及分类
管片裂缝一般发生在管片的外弧面和四周的拼接面上，内弧面一般很少出现裂缝。 外弧面的裂缝一般表现为两种形式：一是无规则的龟裂，缝长10~30mm，缝宽 0.1mm 以内 ；二是平行于短边的规则裂缝，位于管片两端，缝长 30~80mm，缝宽 0.1mm以内。 拼接面的裂缝一般发生在拼接面端板的中部，为间断型连续缝，总长可达 30~80cm，中间缝宽最大可至 0.2mm，向两侧发展逐渐消失，缝两侧颜色不一致。 按管片裂缝产生的原因分为温差裂缝、干缩裂缝和结构受力裂缝。
1.3.2 危害
裂缝的产生会影响管片的防水功能和外观，降低管片的耐久性，严重的会影响管片的结构性能。
1.3.3 产生原因
（1）温差裂缝。 管片拼接面裂缝和外弧面端部平行裂缝主要属于温差裂缝。 管片拼接面裂缝产生的原因是管片在蒸汽养护时，蒸汽直接吹在钢模的端板上， 使钢模在较短时间内， 温度急剧上升至100℃以上。 由于钢模和混凝土的线膨胀系数相差较大，钢模的膨胀牵扯初凝的混凝土，使混凝土表面出现了裂缝，在温度降低的情况下，此裂缝又收缩，形成重叠。 由于构件内有钢筋骨架的约束，此裂缝仅在保护层的表皮发展，可通过调整蒸汽管道解决此问题；管片端部平行裂缝是由于管片降温过快形成的，常发生在冬季施工过程中，工人急于脱模生产，停汽后不久便打开蒸养罩，使管片温度由 60℃急剧下降至环境温度，外弧面端部的混凝土由于处于临界端，温差影响最大，混凝土表面的急剧收缩便产生温 差裂缝。
（2）干缩裂缝。 混凝土浇筑后，表面覆盖养护不到位或未进行覆盖和养护，使混凝土表面受到外界环境的影响，水分散失导致混凝土内外硬化时间及强度变化不一致，便会产生干缩裂缝。 外弧面的龟裂属于此类裂缝。
（3）结构受力裂缝。 此类裂缝较常在管片堆放过程中形成，如管片竖向堆放时，由于堆放高度较高，且上下垫木不在一条铅垂线上，使管片存在竖向剪切应力而产生裂缝；当水平放置时，超过 5 层，且底层管片的垫木距离较近，使底层管片内弧面中部形成向上的弯折裂缝。
1.3.4 解决方案：
（1）温差裂缝的解决方案主要有 ：①管片蒸养前，一定要静停不少于 2h，使混凝土达到终凝；②蒸养时，升温速度不宜超过 15℃/h，降温速度不宜超过20℃/h，恒温不宜超过 60℃[1]；③避免蒸汽直接吹在钢模上；④使用耐高温、摩擦阻力小的脱模剂，从而减小混凝土与钢模间的粘结力；⑤管片出养护罩时的温度与室外温差控制在 20℃以内；⑥管片温度高于室外温度 20℃时， 必须在蒸养罩内进行匀速降温，并确保管片上的塑料薄膜覆盖完好。
（2）管片收面后用塑料薄膜及时覆盖 ，脱模后的管片及时入池养护。
（3）管片竖向放置或水平放置时 ，应将垫木上下放置在一条铅垂线上。 垂直放置时，高度不宜超过 4 层；水平放置时，高度不宜超过 5 层。
1.4 烂孔
1.4.1 表现形式和分类
根据烂孔形成的原因可分为粘皮烂孔、挤压烂孔两种。 粘皮烂孔表现形式为孔四周混凝土粘皮脱落， 深度可至 10mm， 一般存在于拼接面的螺栓孔处； 挤压烂孔一般出现在螺栓孔的一侧， 大小 30~50mm，深度可深至钢筋，成凹锥形状。
1.4.2 危害
烂孔会影响管片的外观、结构和耐久性。
1.4.3 原因分析
（1）粘皮烂孔：由于锥形垫圈未清理干净 、安装不到位或已变形，形成孔周围不规则或粘皮现象。
（2）挤压烂孔：管片在起吊时，由于混凝土的强度较低 （一般在 20MPa 左右）， 孔一侧受到吊具挤压，使该侧混凝土的保护层脱落。
1.4.4 解决方案
（1）提高管片起吊强度，使混凝土强度达到 20MPa 以上。
（2）改变吊具受力方式 ，使管片螺栓孔孔口侧壁混凝土不受压力。
（3）加大浇筑混凝土前锥形垫圈的检查 ，对变形的垫圈及时更换。
2 尺寸偏差问题
2.1 表现形式
管片的尺寸偏差主要表现在宽度和半弧长的偏差上， 管片的生产尺寸一般都较设计的大 0~1mm； 由于多数存在正偏差， 导致管片拼装累计偏差，进而使管片无法拼装。 管片的生产尺寸偏差容易被人们忽视，只有在三环拼装时才能发现，应引起高度重视。
2.2 危害
管片的尺寸偏差会影响管片的拼装精度、耐久性，甚至影响管片结构受力从而导致废环。
2.3 原因分析
（1）生产时 ，由于相邻模具接触面清理不干净导致合模不严；
（2）端板与侧板连接螺栓未拧紧 ，导致混凝土胀模；
（3）钢模长期使用变形等。
2.4 解决方案
（1）加强混凝土浇筑前模具的检查工作 ，具体检查内容如下：①组模前必须认真清理模具，特别是模具合缝面的清理；②组模后应认真检查模具四周的密封胶条是否压紧顺直，对于有缺陷或长度尺寸有偏差的密封胶条必须及时更换，检查模具四周校验刻痕是否对齐[2]；③模具四周合缝是否严密，侧板及端板的紧锚螺栓是否上紧； ④检查钢模弧度、宽度、夹角和腔高等是否满足规范要求。
（2）加强钢模的检测力度 ，采用模振和台式振捣的钢模每生产 100 次（环）必须进行系统检验[2]；对于插入式振捣的钢模每生产 200 环应进行系统检验，以防止钢模变形。
（3）加强成品管片尺寸的检验工作 ，若发现异常应及时进行三环拼装试验。
3 内在质量问题
影响管片结构受力性能和耐久性能的内在质量因素，主要有混凝土的抗压强度、抗渗性能、钢筋骨架的制作质量等。
3.1 混凝土强度不合格
3.1.1 表现形式
（1）管片成品脱模后 ，整体外观颜色发白或发暗，与正常不一致；（2）管片混凝土脱模后，局部表面颜色与周边颜色相差较大或夹杂；（3）混凝土 28d标养试块抗压强度不合格；（4） 管片实体检测及同条件养护试块抗压强度不合格；（5） 管片混凝土抗渗试验不合格。
3.1.2 危害
混凝土强度不合格会影响管片结构受力性能及结构安全。
3.1.3 原因分析
（1）生产过程中的配合比控制不严格；（2）水泥、粉煤灰质量不稳定；（3）搅拌时间不够，料未拌匀，或搅拌机内存在死角料；（4） 砂石级配不合理；（5）骨料不合格，如砂中含泥量过大、含有杂物、石子压碎指标不合格等；（6）混凝土后期养护不到位，要求水养 7d，喷淋养护 7d，但由于加大生产导致提前出池等。 其中，原材料的质量、搅拌时间、振捣方式、后期养护等是影响混凝土强度的主要因素。
3.1.4 解决方案
（1） 把好原材料关 ， 合理选择砂石级配标准 ；（2）有效控制搅拌时间，搅拌时间不易小于 90s；（3）加大计量系统校验，每半月一次，每盘操作时，计量系统必须清零；（4）加强坍落度的控制和监测，混凝土坍落度控制不宜大于 70mm[2]； （5）加强管片的振捣，做到不漏振、不过振；（6）加强管片的后期养护，不具备喷淋条件，必须水养 14d，水养时，水应超过管片顶面 20cm。
3.2 钢筋骨架制作不合格
3.2.1 表现形式
（1）受力主筋翘曲，偏离受力位置，特别是主筋不在箍筋角部；（2）箍筋弯钩不规范，未弯成 135°，平直长度不够；（3）虚焊、漏焊、脱焊；（4）焊点“咬肉”、烧伤；（5）钢筋骨架整体变形；（6）钢筋拉钩脱落等。
3.2.2 危害
钢筋骨架制作不合格会影响管片结构受力性能和结构安全。
3.2.3 原因分析
（1）原材料不合格 ，如钢筋月芽肋不直或钢筋的含碳量超过规范允许值，导致钢材软硬不一；（2）制作不规范，对于翘曲钢筋未校正；（3）吊运及堆放不规范，多层起吊，超层堆放，使钢筋骨架变形；（4）下料尺寸计算有误。
3.2.4 解决方案
（1）加大原材料的进场把关 ，在保证常规的物理性能检测外，还要进行化学性能和外规质量的检测，如月芽筋纵横肋的大小、纵肋的垂直度等；（2）加强钢筋工的技术交底，加强钢筋下料尺寸检测和工人施焊技能的培训；（3）水平堆放不易超过 4 层，吊运时， 吊点应置于钢筋骨架中部一次吊运 2 块，防止钢筋骨架变形，严禁碰撞；（4）加大钢筋骨架的检查力度。
4 混凝土管片重大质量缺陷的判定和处理
对于一般性质量缺陷，如非贯穿性裂缝、缺棱、掉角、飞边、粘皮、蜂窝、麻面、气泡、烂孔等，不影响结构受力性能的，应及时进行修补。 修补材料的抗压、抗拉强度应不低于母体材料的强度。 修补后，修补处颜色应与母体色调一致，光滑平整。 对于存在影响结构受力性能的缺陷，如强度不足、尺寸偏差、贯穿性裂缝、露筋、大面积夹杂、漏振、螺栓孔移位、塌孔等现象，经修复后基本满足设计要求的可作为负环使用，若经修复不能满足设计要求的则应作为废环处理。
5 结语
预制混凝土衬砌管片是一种质量要求较高的混凝土构件，其质量直接关系到地铁隧道整体的使用安全。 实践证明：通过以上措施，可以有效控制管片在生产过程中常见的质量问题，使管片质量得到稳步提高。
参考文献：
[1] 预制混凝土衬砌管片（GB/T22082-2008）[S].
[2] 地铁盾构隧道预制混凝土管片（DBJ61-47-2008）[S].
京公网安备 11010202007575号