轨道交通工程侧墙大体积混凝土裂缝控制技术——以北京市为例

文｜中铁十六局集团地铁工程有限公司 韦龙

大体积混凝土主要是指混凝土的结构以及尺寸达到了一定水平，并且需要采取针对性措施，此外应该对混凝土内部和外部温度差值做出妥善处理，对裂缝做出控制。导致城市轨道交通发生渗水和漏水现象的根本原因在于混凝土结构出现裂痕，在工程建设中应该及时采取科学化措施预防和补救，提升城市轨道交通建设的质量。

一、工程案例概况

目前我国交通运输事业发展较为迅速，城市轨道工程作为城市交通事业重要组成单元，具备较为复杂的大体积混凝土施工组织。与此同时，在项目工程建设过程当中存在较多控制点，由于外界环境变化以及内部施工技术原因，将会导致侧墙大体积混凝土出现裂痕。北京市轨道交通某在建地下车站，主体采用地下两层三跨箱型框架结构。车站总长338m，主体结构标准段总宽23.5m，负二层层高6.29m、负一层层高5.55m。侧墙厚度0.9m，采用C40 普通混凝土，施工方案中划分施工单元长度为21m。施工完成后，经现场工作人员检查发现，墙体上出现混凝土开裂现象。为了最大限度弥补已经出现混凝土裂缝问题，降低后期车站侧墙混凝土出现的开裂现象。拟通过优化混凝土配合比，对侧墙结构混凝土合理分段，并从浇筑、振捣以及养护混凝土，强化工程质量控制。

表1 C40 侧墙大体积混凝土配合比表（kg·m-3）

二、优化侧墙大体积混凝土制作材料的配合比

北京市地处亚热带季风气候区，夏季来临时，将会出现持续高温天气，而冬季来临，又将会出现持续低温天气，大体积混凝土的内部位置具有相对较高的温度，并且混凝土表面位置具有较快的散热速度，从而导致大体积混凝土的外表面与内部形成较大温差，并且基础的外约束应力会作用到侧墙结构中，此时需采取科学的方案设计混凝土配合比，降低混凝土水化热以及收缩。

对侧墙大体积混凝土配合比优化设计，拟采取以下几种控制措施：

第一，混凝土采用60d 后期强度作为配合比、强度评定的依据。

第二，水泥采用水化热较低的普通硅酸盐水泥，水胶比控制在0.4 以下。

第三，细集料采用优质级配合理、质地均匀坚固、细度适中、非活性的水洗中粗机制砂，在选择粗集料的时候要选择规格为5mm 到31.5mm 的高品质洗碎石，这种材料运用的主要目的是为了确保混凝土的稳定性能得以提升。

第四，矿物掺合料采用Ⅰ级粉煤灰，用以减少水泥用量，增加混凝土的和易性，提高混凝土后期强度，并通过S95 高炉矿渣粉的掺入，对控制混凝土水化热、保障工程所用的混凝土具有更加积极的影响。

第五，在选择使用外加剂的时候，建议使用性能较高的CC-AI 聚羧酸减水剂。这种产品具有很高的减水性能，与国家的相关要求以及行业标准相吻合。使用这种减水剂的主要作用是将水化的温度高峰值进行推迟，适当性的将水化反应作出推迟，合理的控制混凝土在早期使用当中的反应速度，进而达到对水温进行控制的目标。

第六， 混凝土的坍落度控制在160mm±20mm。

经过优化调整后，确定侧墙大体积混凝土配合比，详细如表1 所示。

三、侧墙施工流水段合理划分

混凝土在使用的过程中也会产生温度，并且其自身的体积也会发生一定程度的变化。若是混凝土遭受到外部力量与自身约束力时候，混凝土便会产生应力。通过计算侧墙混凝土结构内外约束应力及最大的抗裂安全系数，以确定侧墙施工流水段的合理划分。

1. 计算最大内约束应力

初秋时分，项目工程建设时环境的温度大约在23℃左右，混凝土自身的温度大约在25℃，工程中的混凝土最终的温度达到53℃，此时应该是浇筑混凝土之后的第二天。本工程侧墙采用外包柔性防水与围护桩相互结合，从而构筑成复合墙结构。项目工程人员需要综合分析与计算混凝土的降温系数，将取值数据作为0.56，这个时候便可以对混凝土内部的温度作出计算。

由于收到防水隔离层的影响，侧墙大体积混凝土在考虑的时候可以忽略围护桩的存在，当项目工程施工控制在理想状态下时，那么致使混凝土出现裂缝的主要原因是出现在侧墙中心区域的内约束应力，以及集中在侧墙的底部区域基础施工缝处的外应约束力。通过内外约束应力的计算，对导致侧墙开裂的主要影响因素展开分析。

带模进行为期四天的侧墙混凝土养护，混凝土最大内外温差出现在浇筑完成后的第五天，温度差异大约在8℃到9℃之间。经过实测量，二十八天弹性模量E（t）=3.45×104MPa，通过计算可知第五天时，其弹性模量约为19320MPa。

最大内约束应力计算结果如下：

最大的抗裂安全系数K 计算结果如下：

在公式之中:σ（t）所表示的含义为最大的内约束力，单位表示为MPa；α 所表示的含义为混凝土线膨胀系数，其数据取值为1.0×10-5；E（t）所表示的含义是混凝土的内部温度与外部温度之间的温度差所对应的龄期，单位表示为MPa；ΔT 所表示的含义为在完成混凝土浇筑工作之后，混凝土可能会出现的表面温度与内部温度之间的温度差异，单位表示为℃。

混凝土的约束力抗裂安全系数处于最小值的时候，是在第五天，由于K（5）=2.24＞＞1.15，数据结果表明，侧墙大体积混凝土开裂的原因并非是内约束应力。

2. 计算最大外约束应力

计算混凝土综合降温差时，要考虑各阶段的干燥收缩与降温收缩的结果，通过查看施工标准手册，可确定16m 和21m 的侧墙大体积混凝土，当浇筑混凝土出现最大约束力的时候，集中在第三天时间。

（1）21m 侧墙混凝土的最大外约束应力计算结果如下：

其抗裂安全系数的结算结果如下：

在公式中，σ（t）所表示的含义是混凝土的龄期是第t 天的时候，因为受到综合降温差的影响，受外约束力影响而产生拉应力，其单位表示为MPa。

通过上述计算过程展开计算，结果可知混凝土的外约束力抗裂安全系数最小值是1.06<1.15，由上述结果表明，当侧墙混凝土的施工分段长度为21m 时，在混凝土浇筑的第三天，单一的外约束应力将会导致出现开裂现象，具有较大的风险。

（2）16m 侧墙混凝土的最大外约束应力计算结果如下：

其抗裂安全系数的结算结果如下：

由上述计算结果得知，若是侧墙混凝土施工的长度为16m 的时候，外约束应力抗裂安全系数的最小值为1.15≥1.15，通过结果判断可知，倘若混凝土出现单一约束力，是可以相对降低侧墙开裂风险。若是长度为21m，那么便可以有效提升安全系数。

四、混凝土施工及养护控制措施

严格控制到场混凝土坍落度，严禁施工人员加水调整，对超出坍落度允许偏差的混凝土进行退场处理。采用天泵进行混凝土浇筑，当模中被均匀注入混凝土的时候，那么便应该进行分层浇筑和振捣，但是需要控制厚度低于400mm。在相邻的两层浇筑之间，其时间间隔需要控制在1.5 小时之内，保证上层混凝土与下层混凝土两者之间高效结合，保障不会出现施工缝。垂直控制其自由下落高度不超过2m。

混凝土振捣采用插入式振捣器，浇筑前需另准备一个备用振捣器，以免振捣器出现问题。插入式振捣器使用时要快插慢拔，即插入时要快，拔出要慢，在振捣中，将振动棒上下略微抽动，以使上振下捣密实均匀。在展开振捣活动的时候，应该将振捣器的位置做出规范，一般情况下在下层混凝土的5 厘米处，这样便可以强化上层混凝土与下层混凝土两者之间的结合力度。振捣器在移动的时候，其前后移动的幅度不能够超过振捣作用的半径1.5 倍距离，普遍情况下为30 厘米到40 厘米之间，需要根据现场情况作出实际调查。每次将振捣器插入之后，进行的振捣时间需要控制在20 秒到30 秒，停止的时间节点为混凝土中没有出现任何气泡、也没有出现较为明显的下沉现象，甚至开始出现泛浆的现象。采用振捣器进行振捣的时间要做好严格的控制，时间不能够太久，若是持续的时间较长，将会导致水泥浆与砂产生分离，混合物中的石子也开始下沉，与此同时也会在混凝土的表层位置出现砂层，降低混凝土的质量。

严格控制大体积混凝土温度，夏季不大于28℃，冬季不低于不小于5℃，当混凝土入模浇筑的时候，其温度要做好合理控制，不能超过50℃，混凝土的表层温度与其内部温度之间所形成的温度差异要维系在25℃以内，并且还应该要控制器浇筑体降温的实际速度也不能够超过2℃，另外对于混凝土所处环境的温度也有所要求，温度之间的差异应该控制在20℃之内。

为保证混凝土有良好的硬化条件，防止早期干缩产生裂纹，在灌注后12h 内，即时对混凝土进行养护，防水混凝土养护不少于14d。为了利于混凝土保水养护，需在混凝土表面覆盖塑料薄膜，防止养护期间下雨造成混凝土表面温度的突降。

为了更进一步的对大体积混凝土在工程施工中的水化热大小情况予以了解，清楚掌握深度不同的温度场变化情况，探究在项目工程施工过程中的早期与中期之间的温度差异变化规律，实现在施工过程中有的放矢的控制施工质量，在侧墙上、中、下部埋设测温点，在浇筑过程及养护过程中进行温度变化的测定。在底板混凝土的中间位置以及距离地板上表面9 厘米的位置提前设置测温孔，在这两处位置对大体积混凝土的表面温度以及中间温度进行监测。在位于露天位置、不容易被破坏的位置、距离混凝土表面1.5 米高度的位置安排三个温度测量计，主要目的是检测大气中的温度，将三个温度测量计的数据取平均值。在混凝土浇筑完成的1 天到3 天之间，每三个小时测量一次温度。在混凝土浇筑完成的4 天到15 天之间，每五个小时测量一次温度。在混凝土建筑完成的15 天到30天之间，每十个小时测量一次温度。借助于计算机技术实时管理测温数据。

结语

城市发展离不开公共基础设施的强力支持，城市交通系统发展水平，将会在很大程度上促进人口流动，加快经济发展步伐。轨道交通作为当下热门交通工程，得到人们广泛青睐。本文简要的分析了北京市交通轨道系统中某车站的侧墙大体积混凝土的优化设计以及配比情况，希望能够为相关研究人员提供参考。