地铁车站混凝土缺陷处理施工技术研究

王成东

摘要：作为地铁车站的主材料之一，混凝土应用面广，但施工难度大，在施工期间，经常出现开裂、渗漏水等缺陷，为进一步提高地铁车站混凝土施工的质量问题，文章将以某地铁车站为例，在了解该车站混凝土施工背景概况的基础上，深入研讨该车站混凝土施工缺陷防治的施工方法。

关键词：地铁车站，混凝土，缺陷处理，施工技术

1.某地铁车站混凝土施工背景概况

某地铁轨道交通工程，属于单跨双墙叠合结构，包括连续墙、内衬墙、侧墙、顶板、中板、底板均以混凝土施工，为便于工程进度控制，工程单位将地铁车站划分为7个施工段，在第一施工段底板、下衬墙、中板、上衬墙、顶板完工后，工程单位对该段的混凝土施工质量进行了全方位自检，得出下表1-1的检查结果：

基于上表，可看出该段混凝土存在严重的施工缺陷。针对这些缺陷，在现场进行了全方位调查，发现在顶板、站厅侧墙，以及顶板和侧墙的交界位置、靠近诱导缝位置等，都有裂缝存在，伴随程度不一的渗漏现象。

确定墙体和顶板等位置的宏观裂缝，属于受拉效应型裂缝，由等代温降荷载引起。混凝土结构在等代温度荷载用下，产生小偏拉应力场，而且车站混凝土结构的纵向长度比较大，因此随着等代温度荷载的加大，混凝土结构内部的拉应力随着增大，结构就会出现收缩变形，而混凝土抗拉强度不足抵抗拉应力影响，混凝土开始呈开裂迹象，当裂缝扩展成贯通裂缝时，就会出现板间渗漏现象。

2.案例地铁车站混凝土缺陷处理施工的技术建议

为避免本施工段出现混凝土缺陷，认为有必要在混凝土结构施工时，通过混凝土结构非线性分析，掌握混凝土预应力大小的分布情况，同时从结构模式、工艺手段和材料等方面入手，有效控制混凝土的拉应力，防止混凝土裂缝的出现。

2.1混凝土结构非线性分析

本工程混凝土结构有钢筋和混凝土两种材料，结构在承载之前，大量微裂缝出现在骨料与砂浆的交界位置；加载后，混凝土结构工作状态变得异常复杂，在低应力影响下，裂缝的非线性特征明显，钢筋和混凝土均有粘结滑移的交互效应现象，另外混凝土在浇筑后，水化热促使准温度场的形成，再加上持续的荷载作用和不均匀徐变，其结果造成混凝土严重开裂。现随机选取本地铁车站每个施工段1根规格相同的简支梁进行非线性分析，每根简支梁的跨度均为3.6567m，截面面积25.8c㎡，其上仅配置4根主筋，如下图2-1所示：

经试验，得出混凝土和钢筋的平均参数如下：

①混凝土：抗压强度24.5N/mm2、抗拉强度2.45N/mm2、弹性模量21.3GPa、应力峰值应变0.02。

②鋼筋：弹性模量191.4GPa、屈服强度413.5N/mm2。

2.2预应力混凝土施工技术

从本工程混凝土结构非线性分析结果中，提取本次混凝土施工的参数，期间为避免出现第一施工段的混凝土缺陷问题，需要采用预应力混凝土施工的技术手段，详细施工方法如下：

（1）混凝土施工。为选择最为适合本工程的聚丙烯纤维混凝土配合比，在施工前，按照水泥372kg、水205kg、砂620kg、石1153kg、减水剂2.6kg的标准，配合比设计了基准混凝土，然后分别加入300g、600g、1000g的纤维，形成编号PP1、PP2、PP3三种编号的聚丙烯纤维混凝土。这些混凝土在制作时候，混凝土投料顺序、搅拌方式、搅拌时间、搅拌频率等，对混凝土性能有着直接的影响，为保证混凝土制作的质量均匀，要求在制作混凝土时，按照以下流程搅拌混凝土：

①确定混凝土编号，按照比例准备好石子、砂子、水泥、水、减水剂、纤维等材料。

②将全部石子、砂子和10%的拌合水，放入强制搅拌机中，搅拌30秒。

③将全部水泥加入搅拌机中，搅拌30秒。

④将全部合成纤维和减水剂，加入搅拌机中，搅拌60秒。

⑤将剩余90%拌合水，全部倒入搅拌机中，然后进行卸料。

按照以上流程制成的聚丙烯纤维混凝土，表现出良好的分散性和化学稳定性，正好弥补了普通混凝土所不具备的优点。

混凝土施工期间，考虑到现场混凝土施工面积大，有各种主客观因素的影响，为避免出现第一施工段混凝土开裂的情况，笔者认为有必要在断面底板、下衬墙、上衬墙、墙板等位置，布置振弦式应变计，以监测各个位置混凝土的抗裂防渗情况，其测点布置情况，如下图2-2所示：

在抗渗防裂的测试段，测试断面1与诱导缝保持1.2m的距离，测试结果显示该位置预应力状况非常复杂，很容易出现混凝土开裂问题；断面2主要针对顶板和上衬墙的裂缝问题，重点监测混凝土的应变态势；断面3主要针对底板、衬墙、顶板的温度收缩应变，尤其是两诱导缝的中间位置，其预应力影响最为明显，也属于监测的重点；断面4和断面5，由于顶板位置有计划设置预应力索，并且没有将该位置作为监测重点。监测结果要求在混凝土施工时，选用水化热比较小的水泥品种，以减少温度控制的难度，其中温度控制，在前几日最为重要，在混凝土表面温度下降后，根据温差的变化情况，考虑环境温度对混凝土内部的影响，以及时做好混凝土养护工作，同时在裂缝宽度控制的允许范围内，合理调节混凝土中纤维的含量，保证混凝土的抗裂能力保持在最佳状态，方可避免裂缝带来的渗漏影响。

（2）预应力筋布置施工。在混凝土施工的同时，预应力筋布置也是防治混凝土裂缝的重要举措。本工程预应力筋的布索位置选择，需结合温度收缩的影响状态，期间发现顶板和中板衬墙，在顶板衬墙拉应力和连续墙、底板约束的双重作用下，中间部位出现于纵轴垂直的裂缝，以及在诱导缝的周围，发现明显的斜向裂缝，并有明显的混凝土结构预应力损失情况。预应力损失情况估计时，既不能太高，也不能太低，太高时某些部位预应力不足，从而导致混凝土受拉；太高时混凝土会产生过大的反拱度；只有在找到预应力损失规律后，分时段计算各种损失的相互关系，才能够得出较为准确的预应力损失值。经反复估计，最终确定以下几方面的预应力损失原因：锚固变形、钢筋回缩、接缝压缩、预应力筋与孔道壁摩擦、预应力筋与台座存在温差、预应力筋松弛、混凝土收缩、混凝土徐变、螺旋式钢丝挤压混凝土。针对这些原因，我们在张拉时，混凝土强度必须达到100%，同时利用有限元建模分析锚固区域的应力状态，尽量采用分散型式锚固预应力筋，并检查预应力筋的应力集中程度，以及在布置预应力筋的时候，顶板区域以分散的模式布置，接近顶板与衬砌墙交接位置则要加大预应力筋布索的密度，按照这种方法，连续墙施加于衬墙的预应力，就会分散到诱导缝的中间，另外诱导缝钢筋用量增加后，以及利用纤维混凝土施工衬墙，即可有效控制衬墙混凝土的开裂。至于预应力索形的安排，要重点考虑张拉工作长度对混凝土正常施工的影响，本工程在一端进行张拉，以抛物线方式引至板顶面，各索张拉端越过中位，最后锚固于诱导缝的周围。按照这种预应力索形布置方式，其中部的总预应力荷载，相当于索端的1.5-4倍，有效抵消了混凝土收缩拉应力的作用。

3.结束语

文章通过研究，基本明确了案例地铁工程混凝土施工缺陷处理的方法，但考虑到不同地铁工程混凝土施工环境条件的差异性，要求以上方法在其他工程中应用时，结合具体工程的施工情况，予以因地制宜地参考借鉴，以保证这些方法的适用性。

参考文献

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