地铁浇注大体积混凝土结构裂缝防治措施
2011-11-05 00:08
地铁浇注大体积混凝土结构裂缝防治措施
【摘 要】地铁在施工过程中常需进行大体积混凝土浇注，而大体积混凝土浇注往会产生结构裂缝，从而对工程质量产生危害。论文分析了大体积混凝土结构裂缝的产生机理及其危害，提出了预防结构裂缝的一些措施，并建议车站分段一次浇注长度以25m~30m之间为宜，区间隧道二次衬砌台车应尽量使用 10m以下台车。
【关键词】地铁施工；大体积混凝土；裂缝；防治措施
1 引言
今年,西安地铁二号线即将建成通车，地铁一号线土建工程也将大部分完工进入安装装修阶段。西安地铁工程自2006 年下半年开工建设试验段，如今已经进入全面建设阶段，伴随着工程进展，车站及区间隧道大体积混凝土浇注中产生结构裂缝的问题日益引起施工和设计人员的关注。混凝土的抗裂比防水更重要，控制混凝土裂缝开展是结构自防水混凝土设计与施工的主要问题。
2 大体积混凝土结构裂缝产生机理
混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝是一个相当普遍的现象，而大体积混凝土浇注后出现结构裂缝则更为普遍。混凝土浇筑后可产生水化反应释放大量热能,并且混凝土本身热传导性差。大体积混凝土一次浇筑量常以数百立方米计, 产生大量的热量使混凝土升温，在升温阶段,水化热大量积聚在结构内部,不易散发,导致混凝土内部温度不断升高,而混凝土表面散热较快,表面温度降低,从而形成较大内外温差。浇注初期混凝土处于塑性状态,弹性模量低,变形变化所产生的应力较小,混凝土体积逐渐收缩；与此同时,在混凝土硬化过程中,内部水泥水化、水分蒸发以及胶质的胶凝等作用促使其体积减小,也可产生收缩变形，当这两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时,则在混凝土中产生收缩裂缝。
3 结构裂缝产生的危害
由于混凝土是一种脆性非匀质合成材料，抗拉强度只是抗压强度的 1/10，要使混凝土不出现任何裂缝在工程上是难以达到的，但应防止影响正常结构的有害裂缝出现，这种有害裂缝的出现不仅会降低地铁车站及区间的抗渗能力，影响其使用功能，而且可引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低结构物的耐久性，因此必须将裂缝控制在规范允许的范围内。国内外工程技术界都认为，规定钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度的目的主要是为了保证钢筋不产生锈蚀，不同规范中允许最大裂缝宽度的具体规定虽不完全一致，但基本原则相同。我国地铁设计规范中对钢筋混凝土结构规定迎水面最大裂缝宽度允许值为 0.2mm，背水面最大裂缝宽度允许值为 0.3mm。
4 结构裂缝的预防措施
4. 1 掺加减水剂或缓凝型减水剂
严格控制混凝土的配合比，在满足强度、密实性、耐久性、抗渗等级和泵送混凝土的和易性（即塌落度及其损失）要求的条件下，最大限度的控制混凝土的水泥用量，以及采用双掺技术（优质粉煤灰或磨细矿渣加上高效减水剂），并按设计强度、抗渗标号通过试验确定最佳配合比。掺加减水剂, 能保持混凝土工作性质不变的同时显著减少拌合水量,降低水化热量,减缓水化速度。混凝土中掺加缓凝型减水剂,除有以上效果外,还可以推迟初凝时间,减缓浇筑速度和强度,以利于散热,减少混凝土表面温度梯度。另外在混凝土水化速度减慢的同时其表面强度已开始相应增大,可增强其抗裂能力,减少表面出现裂缝的可能性。
4. 2 选择较低温度时段浇筑混凝土
混凝土浇筑时环境温度高, 使混凝土的起始温度随之增高,产生水化反应速度加快,温度升高随之增快,内约束应力增大,从而增大开裂的可能性。较低的环境温度下浇筑混凝土,能有效地降低混凝土拌合物的浇筑温度,有利于降低中心温度与环境温度之差,大大减小开裂的可能性。因此建议主体结构全部采用商品混凝土，应严格控制混凝土的入模温度，夏季高温季节施工时，应尽量利用夜间施工，采取措施降低混凝土的入模温度（视环境温度尽量降低至 25℃以下为最好）。冬季施工时应注意保温、防冻措施。
4. 3 采用切实可行的施工工艺
现大体积混凝土浇注时多采用泵送方式，根据泵送大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法。这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。混凝土采取快速薄层连续浇筑,由于散热面积大,降温快,使水泥水化热在热最剧烈的浇筑阶段散发出来, 可使内部温度分布比较均匀,利于减少内外温差,抑制表面裂缝。根据混凝土泵送时自然形成坡度的实际情况，在每个浇筑带的前后布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实，第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。随着浇筑的推进，振动器也相应跟上，以确保整个高度上混凝土的质量。由于大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚，故浇筑结束后须在初凝前用铁滚筒碾压数遍，打磨压实，以闭合混凝土的收水裂缝。
对于地铁车站的大体积混凝土浇注首先应合理地分区分块，建议车站分段浇注长度取 25m~30m 为宜，对于区间隧道二次衬砌台车长度宜采用 8m～10m，应避免出现使用10m 以上台车。另外，应合理安排施工工序。
4. 4 混凝土的早期养护
混凝土浇注后，必须加强保温养护。混凝土浇灌完毕后,在一个相当长的时间内保持适当的温度和足够的湿度,满足混凝土的良好硬化条件, 创造满足这种硬化条件所采取的措施,称为混凝土的养护。混凝土养护有三个要素分别为介质的温度、湿度及养护延续时间。
大体积混凝土的温度裂缝主要是由内外温差过大引起。混凝土浇注后，为了防止混凝土冷却时降温过快，造成过大的温差，就需要在冷却过程中采用保温养护，控制散热过程并防止混凝土表面温度的骤然变化，采用信息化施工，每 隔 2h 量 测 一 次 温 度 ，根 据 量 测 的温度指导养护和拆模。
新浇混凝土中所含水分完全可满足水泥水化的要求，但由于蒸发等原因常常引起水分过度损失，从而推迟或防碍水泥的水化，表面混凝土最容易受到这种不利影响。混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增 长。
一般在混凝土浇注完毕后 12h～18h 内应开始养护，连续养护时间不少于 14d 或设计龄期，尤其应注意侧墙的养护，侧墙混凝土裂缝明显较顶底板高。
另外，混凝土在达到一定强度后，应尽快回填土，土是混凝土最好的养护材料之一，目前这是混凝土保温保湿养护的最有效方法，对预防裂缝是非常有益的。
5 结语
以上对地铁施工浇注大体积混凝土预防结构裂缝的措施进行了初 步 探 讨 ， 建 议 车 站 分 段 一 次 浇 注 长 度 以25m~30m 之内为宜，对于区间隧道二次衬砌台车应尽量使用 10m 以下台车。在具体施工中我们还需多观察、多比较，出现裂缝后多总结，综合多种预防处理措施，混凝土结构的有害裂缝是完全可以避免的。“百年大计，质量为先”，一定要把西安地铁建设成为人民满意的放心工程。
【参考文献】
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