王會(huì)東

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018）

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)與城市交通的快速發(fā)展，超厚混凝土頂板施工技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，在地鐵車(chē)站施工中，普遍應(yīng)用超厚混凝土頂板施工技術(shù)。該施工技術(shù)需要保證連續(xù)澆筑，澆筑完成后，做好混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)，能夠在很大程度上避免發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。同時(shí)，隨著施工技術(shù)愈發(fā)成熟，可以有效提高施工效率，降低施工難度，縮短施工周期，進(jìn)而取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為同類(lèi)工程提供良好的借鑒，推進(jìn)建筑行業(yè)整體發(fā)展。

1 超厚混凝土施工的主要特點(diǎn)和技術(shù)措施

1.1 超厚混凝土的主要特點(diǎn)

超厚混凝土比一般混凝土結(jié)構(gòu)厚度大，施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑難度和施工量較大，尤其是在高層建筑和地鐵車(chē)站這類(lèi)特殊建筑工程中，由于施工環(huán)境相對(duì)苛刻，因此，對(duì)混凝土施工技術(shù)和構(gòu)造措施要求較高。為此，施工單位必須結(jié)合混凝土施工環(huán)境，做好材料配合比設(shè)計(jì)，確定混凝土結(jié)構(gòu)承壓力。操作流程要嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，澆筑完成后將養(yǎng)護(hù)工作落實(shí)到位，避免因溫差過(guò)大出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂及結(jié)構(gòu)變形的情況。由于超厚混凝土體積較大，表面產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也較大，如果沒(méi)有按照施工規(guī)范做好養(yǎng)護(hù)工作，打造良好的溫控環(huán)境，那么當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，混凝土的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)就較大?；炷翝仓瓿珊?，會(huì)因水泥的水化作用在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，這也是超厚混凝土施工的主要特點(diǎn)。水泥本身的導(dǎo)熱性較差，澆筑完成結(jié)塊時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)熱量不易散發(fā)，內(nèi)外溫差較大，會(huì)直接影響澆筑質(zhì)量。當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度高于外部溫度時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)發(fā)生膨脹，形成應(yīng)力；當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度小于外部溫度時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)塊會(huì)產(chǎn)生收縮。只要存在溫度差就有較大的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，這是應(yīng)用超厚混凝土施工技術(shù)最大的限制問(wèn)題，必須在施工實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，努力克服。

1.2 混凝土施工產(chǎn)生裂縫的主要原因

從超厚混凝土長(zhǎng)度、深度和寬度3 個(gè)視角，可以將混凝土施工裂縫劃分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫。其中，危害最大的是貫穿裂縫，可由細(xì)微裂縫發(fā)展而來(lái)，能切斷整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面，嚴(yán)重影響超厚混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全。深層裂縫是指切斷了一部分混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面的裂縫，其危害不及貫穿裂縫，但是，具有一定風(fēng)險(xiǎn)。表面裂縫是危害最小的一種裂縫，其最大寬度不超過(guò)0.2 ㎜，但在實(shí)際施工中也要加以重視，及時(shí)采取合適的措施進(jìn)行補(bǔ)救，以避免誘發(fā)嚴(yán)重影響?；炷廉a(chǎn)生裂縫的主要原因包括水泥水化熱、外界天氣變化、混凝土收縮3 種。水泥水化熱是指在混凝土結(jié)構(gòu)施工中因水泥材料性質(zhì)引發(fā)的水化反應(yīng)。以超厚混凝土頂板施工為例，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，厚度較大，水泥水化過(guò)程中會(huì)釋放一定熱量，如果熱量不能及時(shí)釋放，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高于外部溫度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫，造成結(jié)構(gòu)缺陷，影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能及耐久性。如果裂縫現(xiàn)象比較嚴(yán)重，還會(huì)影響施工安全。外界氣溫變化會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)溫度變化，因此，需要在混凝土施工中，控制外界環(huán)境溫度，以避免出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。如果遇到冷空氣侵襲，氣溫驟降，會(huì)加大混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)、外溫差，影響混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；若局部氣溫升高，混凝土內(nèi)部溫度較低，即使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度沒(méi)有及時(shí)散發(fā)，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，同樣會(huì)影響施工效果。在超厚混凝土施工中混凝土收縮引發(fā)裂縫是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。在混凝土澆筑過(guò)程中，約有80%的水分會(huì)隨著時(shí)間蒸發(fā)。如果水分蒸發(fā)過(guò)多，混凝土表面會(huì)產(chǎn)生收縮，此時(shí)若水分突然增加，那么在水分的作用下，混凝土?xí)謴?fù)到原來(lái)的體積，水分過(guò)多還會(huì)膨脹至大于原來(lái)的體積，進(jìn)而影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。因此，在施工中需要觀(guān)察混凝土結(jié)構(gòu)的硬化情況，保證剩余水分在20%左右。

2 超厚混凝土頂板受力狀態(tài)分析

2.1 施工過(guò)程對(duì)超厚混凝土頂板受力狀態(tài)的影響

地鐵車(chē)站施工，采用超厚混凝土頂板施工技術(shù)結(jié)構(gòu)形式主要以預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓蓋體系、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為主。本文的地鐵車(chē)站施工中，以預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為主，混凝土頂板受力情況需要考慮預(yù)應(yīng)力、混凝土養(yǎng)護(hù)、后澆帶等問(wèn)題。對(duì)于地鐵車(chē)站工程施工來(lái)說(shuō)，超厚混凝土頂板澆筑后，需要進(jìn)行頂部覆土等施工工序。施工過(guò)程中，需要考慮混凝土結(jié)構(gòu)性能、荷載效應(yīng)時(shí)變性、空間位置等多方面變化情況。如果豎向支撐構(gòu)件數(shù)量較少，頂板荷載承壓更大；若超厚混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則有可能開(kāi)裂。地鐵車(chē)站施工過(guò)程分為前、后兩個(gè)階段，通過(guò)建立有限元模型，考慮頂板支撐約束作用，在一定程度上可以保證受力符合施工要求，避免發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.2 長(zhǎng)期荷載對(duì)超厚混凝土頂板受力狀態(tài)的影響

混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期荷載主要包括混凝土自重和上層覆蓋長(zhǎng)期作用荷載。對(duì)于地鐵車(chē)站這種地下空間結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，必須在施工中考慮超厚混凝土結(jié)構(gòu)自重和覆土荷載。由于混凝土材料性能會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，混凝土頂板撓度變形問(wèn)題也愈發(fā)突出，需要重點(diǎn)分析混凝土徐變性能，通過(guò)ansys、matlab 的理論計(jì)算值進(jìn)行模擬與對(duì)比分析，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，推導(dǎo)超厚混凝土頂板重力分布解析表達(dá)式，以保證施工方案可行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M總結(jié)，徐變使混凝土應(yīng)力釋放，釋放應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，鋼筋配置數(shù)量越多，內(nèi)力重分布越明顯，混凝土強(qiáng)度越高。

2.3 考慮水化熱的超厚混凝土頂板早齡期受力狀態(tài)影響

由于超厚混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、寬度的幾何尺寸較大，當(dāng)受到自身結(jié)構(gòu)和外部荷載影響時(shí)，極易發(fā)生變形。在澆筑及硬化過(guò)程中，混凝土混合料中的水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱，超厚混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)、外存在溫差，如果混凝土內(nèi)部存在細(xì)微裂縫，且依舊沒(méi)有調(diào)整好水化熱，那么隨著裂縫擴(kuò)大會(huì)破壞工程結(jié)構(gòu)。針對(duì)本地鐵車(chē)站頂板施工規(guī)劃，還原施工具體過(guò)程，對(duì)其早齡期受力狀態(tài)進(jìn)行仿真分析，選擇對(duì)象頂板尺寸為96.0m×54.2m×0.6m的超厚混凝土頂板，在Midas 中選用實(shí)體單元對(duì)混凝土板進(jìn)行離散，將板底x 方向和y 方向上的中點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 96.0m×54.2m×0.6m 的超厚混凝土頂板空間模型示意圖

根據(jù)彈性模量分析混凝土頂板抵抗變形能力，采用雙指數(shù)式或雙曲線(xiàn)式分析方法，等式如下：

其中，E28為混凝土28d 彈性模量，α、β為與水泥類(lèi)型和養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)的系數(shù)。假定在混凝土周?chē)鷽](méi)有任何散熱條件和熱損耗的情況下，水泥水化熱全部轉(zhuǎn)化為混凝土溫升后的溫度值，混凝土結(jié)構(gòu)外部溫度控制在5℃～30℃，澆筑完成前3d，頂板最高溫度達(dá)到50.5℃，3～10d 頂板處于水化熱降溫階段，澆筑完成10d 后，頂板水化溫度和應(yīng)力均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 地鐵車(chē)站超厚混凝土頂板施工技術(shù)與施工質(zhì)量控制

3.1 主要技術(shù)構(gòu)造措施

本地鐵站臺(tái)基礎(chǔ)混凝土澆筑施工時(shí)，考慮到超長(zhǎng)、超厚混凝土施工管理難度較大，溫度變化會(huì)引發(fā)開(kāi)裂問(wèn)題，所以，應(yīng)特別注意應(yīng)力集中或薄弱部位的技術(shù)構(gòu)造措施和養(yǎng)護(hù)辦法。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，可以采用防裂網(wǎng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，采用豎向溫度凹槽做好相應(yīng)防護(hù)。另外，在拆除模板后，需檢查混凝土結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)裂縫，如果存在裂縫，則需使用細(xì)料混凝土及時(shí)進(jìn)行修復(fù)填充。

3.2 混凝土澆筑方法

本地鐵車(chē)站超厚混凝土頂板局部厚度達(dá)3m，根據(jù)地勢(shì)特點(diǎn)，采用由南到北、斜向分層、薄層澆筑、一次到底的連續(xù)澆筑施工方法。混凝土從澆筑層下端開(kāi)始，逐漸上移，分配振搗，每批厚度控制在500 ㎜左右。第一次振搗時(shí)間與第二次振搗時(shí)間間隔在20～30min，以避免發(fā)生嚴(yán)重的水化熱現(xiàn)象，充分釋放水泥熱量。同時(shí)，為保證混凝土結(jié)構(gòu)澆筑和振搗質(zhì)量，需采用分段定點(diǎn)、一個(gè)坡度、薄層澆筑、循序漸進(jìn)、一次到頂?shù)臐仓椒ǎ员苊獬霈F(xiàn)裂縫。若振搗混凝土過(guò)程中筏板厚度過(guò)大，則利用振搗器在中層鋼筋處進(jìn)行振搗。超厚混凝土分層振搗如圖2 所示。

圖2 超厚混凝土分層振搗示意圖

3.3 混凝土動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)方法

（1）混凝土澆筑完成后，必須采用動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)的方法，對(duì)超厚混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，控制混凝土的內(nèi)外溫差，保證內(nèi)外溫度均衡。（2）底板養(yǎng)護(hù)時(shí)，可用長(zhǎng)刮尺刮平混凝土表面，反復(fù)用木抹子搓毛壓實(shí)，再將塑料薄膜或棉氈輕覆蓋在上方。通過(guò)測(cè)溫儀實(shí)時(shí)測(cè)溫，當(dāng)溫差大于25℃時(shí)，加蓋覆蓋物，以避免發(fā)生水化熱現(xiàn)象；當(dāng)溫差小于15℃時(shí)，減少覆蓋物，使混凝土結(jié)構(gòu)充分散熱。（3）筏板基礎(chǔ)側(cè)壁面混凝土養(yǎng)護(hù)，可采用較厚的棉氈覆蓋物發(fā)揮良好的保溫作用，在筏板旁側(cè)搭建防護(hù)棚進(jìn)行隔離保溫。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，需測(cè)量水分含量，若蒸發(fā)量大于80%，則需要噴灑少許水，以保證混凝土硬化效果。（4）對(duì)邊緣位置、棱角位置進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，同樣需覆蓋塑料薄膜或棉氈，保溫厚度應(yīng)是底板的2～3 倍，以避免溫差過(guò)大。（5）電梯井口位置的混凝土澆筑完成后，需要進(jìn)行注水操作，根據(jù)超厚混凝土厚度確定注水深度，以提高傳感器測(cè)溫的精確性。為避免天氣原因帶來(lái)的溫差影響，坑口位置澆筑完成后，要始終保持封閉狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)1 周后，可拆除電梯井內(nèi)的模板，閉合坑口，直到車(chē)站超厚混凝土保溫養(yǎng)護(hù)結(jié)束。（6）在混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，需要關(guān)注天氣變化，如果溫度突升或者驟降，需要根據(jù)溫度變化調(diào)整覆蓋物厚度，以減少溫差應(yīng)力，避免引發(fā)混凝土開(kāi)裂。在混凝土凝固時(shí)間的1/2～2/3 時(shí)，可以掀開(kāi)覆蓋物查看硬化情況，如果有細(xì)微裂縫，必須采用細(xì)料混凝土及時(shí)修復(fù)，并進(jìn)行二次抹平、覆蓋。

3.4 混凝土溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)

為避免超厚混凝土施工過(guò)程中出現(xiàn)裂縫，必須加強(qiáng)工程監(jiān)管，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)溫度。采用HC-TW80無(wú)線(xiàn)測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)、外部溫度，并在施工前模擬試驗(yàn)，比對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)，二次校驗(yàn)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傳感器，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?？赏ㄟ^(guò)以下公式計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)：

其中，G 表示儀器出廠(chǎng)系數(shù)，C 表示儀器自身的修正系數(shù)功能，R1 為讀數(shù)，R0 為讀數(shù)與頻數(shù)，K 為傳感器膨脹系數(shù)，T1 為實(shí)時(shí)溫度，T0 為初始溫度。在地鐵車(chē)站超厚混凝土頂板施工過(guò)程中，使用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)溫度，在很大程度上能避免出現(xiàn)裂縫。但在實(shí)際施工過(guò)程中，由于混凝土內(nèi)部含水量蒸發(fā)不可控，因此，傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)并一定準(zhǔn)確，而且在施工和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，混凝土彈性模量也會(huì)增加，或多或少會(huì)產(chǎn)生一些變形，影響傳感器的工作效能。但綜合對(duì)比各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度變化曲線(xiàn)圖仍然能夠發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)溫度值變化，并在此基礎(chǔ)上及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)辦法，以有效控制混凝土結(jié)構(gòu)溫度差，取得較好的養(yǎng)護(hù)效果。

綜上所述，某地鐵車(chē)站超厚混凝土實(shí)際澆筑施工、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，采用一次性澆筑施工方法，保證了現(xiàn)場(chǎng)施工的連續(xù)性。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照施工方案要求展開(kāi)工程操作，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)條件，將有限元分析方法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，有效控制溫度變化和應(yīng)力變化，提出有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)對(duì)策，保證了超厚混凝土的施工質(zhì)量，促使工程施工順利展開(kāi)，且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。