盾構(gòu)管片生產(chǎn)中氣泡和裂縫的防治

【摘 要】 在地下工程盾構(gòu)法施工中管片是最主要的襯砌工藝。但管片在生產(chǎn)過程中，尤其在脫模后表面存在較多的氣泡和收縮裂縫，不但影響管片的抗壓和抗?jié)B強度，也對后續(xù)的修補工作帶來很大的麻煩，因此盡量地杜絕氣泡和裂縫，把它減少到最低限度是一項很重要的工作。本人根據(jù)自己的實際經(jīng)驗，總結(jié)了一些方法，并且在施工中收到了良好的效果，供大家參考。
【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu) 管片氣袍 裂縫

1 盾構(gòu)法施工和管片的組成
1.1盾構(gòu)法施工
地下工程是一個復(fù)雜的地下施工系統(tǒng)工程，它有多種施工力．法，而盾構(gòu)掘進(jìn)法是從國外引進(jìn)的目前最先進(jìn)的施工方法。目前在中國的上海、廣州、深圳等大城市的地鐵施工中已有越來越多的標(biāo)段開始使用盾構(gòu)法施工。管片是盾構(gòu)法隧道中最主要的襯砌工藝，它的質(zhì)量直接影響到整個隧道的質(zhì)量。管片生產(chǎn)中的一大難題就是脫模后管片表面存在較多的氣泡和收縮裂縫，不但影響管片的抗壓和抗?jié)B強度，而且也造成大量的修補工作。因此在管片的脫模期就應(yīng)該盡量防治氣泡和裂縫的產(chǎn)生。
1．2管片的組成
盾構(gòu)法施工的隧道斷面是圓形的，一般來說，凈斷面直徑足5．6m，整個襯砌環(huán)由6塊管片組成3個標(biāo)準(zhǔn)塊，2個鄰接塊和1個封頂塊。每環(huán)管片的寬度一般是1．2m(也有1.5m的）。管片的制作工藝和氣泡、裂縫形成的原因
2．1管片的制作工藝
管片是一種混凝土預(yù)制件，它的制作過程主要是：鋼筋籠的制作；鋼筋籠裝入鋼模具；澆注混凝土(振搗)；管片的初期養(yǎng)護(hù)；脫模；噴水養(yǎng)護(hù)。
2．2氣泡和裂縫形成的原因
2．2．1 氣泡形成的原因
(1)鋼模自身結(jié)構(gòu)的影響。制作管片的鋼模具精度要求是非常高的，誤差只有0．4mm，密封性很高。混凝土在里面凝固時要產(chǎn)生熱量，而原來混凝土里面的水分受振搗棒的擠壓作用也要排出來，這些水分就集中在模具的側(cè)板和管片側(cè)面的結(jié)合處，結(jié)果氣泡就占據(jù)了本來應(yīng)該是混凝土所占據(jù)的位置，脫模后就形成了氣泡孔。
(2)混凝土坍落度的影響。混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。如果坍落度大的話，則混凝土中水的含量就多，反之就少。水的含量大了小了都不行，如果水多的話，混凝土在模具中凝固時就會有較多的氣泡集中在模具的側(cè)板上，脫模后就會在管片的側(cè)面上形成較多的氣泡；而如果坍落度較小的話，在振搗過程中，則混凝土將凝固得很快而無法振搗。所以在混凝土預(yù)制件中，對混凝土的坍落度都有很嚴(yán)格的要求。
(3)人工操作的影響。目前在國外管片的生產(chǎn)過程中，一般都采用振動臺振搗，國內(nèi)也有部分單位使用，振動臺容易控制振動的速度和頻率，使混凝土變得均勻，也就減少了氣泡的含量。在采用人工振搗生產(chǎn)過程中，由于人工操作的不穩(wěn)定因素和工人操作的技術(shù)熟練程度的不同，對質(zhì)量有一定的影響。工人操作時容易使振動棒碰到鋼模具和鋼筋籠，也不容易控制振搗的均勻性，也就容易使氣泡集中于局部位而形成較大的空洞。
2．2．2裂縫形成的原因
(1)混凝土分布的影響。由于混凝土凝固、坍落度、自身重力和振搗等多種因素的影響，混凝土在模具內(nèi)總不可能分布的那么均勻，而在不均勻的地方凝固速度就不可能相同，就會形成一定數(shù)量的小裂縫。
(1)大氣溫度的影響。由于白天和晚上的溫差較大(尤其在夏天)，而溫度對混凝土的凝固有很大影響。較大的溫差也會使混凝土的凝固很不均勻，也就很容易形成裂縫。
(3)混凝土自身特性的影響。混凝土自身在凝固的時候，在內(nèi)部也要產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，在這個過程中要釋放出—定的熱量，如果熱量快速地從管片的表面散發(fā)出來就容易產(chǎn)生裂縫。
3 消除氣泡、裂縫所采用的措施
針對以上對氣泡、裂縫產(chǎn)生原因的分析，就可以采取一系列的措施來盡量地減少氣泡和裂縫的產(chǎn)生。
3．1 氣泡的防治
由于鋼模自身的結(jié)構(gòu)是無法改變的，所以只有從坍落度和人工操作兩方面考慮。
3．1．1嚴(yán)格控制坍落度
混凝土的成分主要有水、水泥、砂子、石子和一定量的外加劑。由于坍落度對混凝土凝固后的強度和氣泡的產(chǎn)生都有影響，所以在配制混凝土?xí)r要嚴(yán)洛控制坍落度。尤其在夏天時，混凝土從攪拌站運輸?shù)焦芷a(chǎn)場地要花費一定的時間，而在此過程中，混凝土要一定程度的凝固，造成坍落度的損失。因此要在混凝土配合時加入一定數(shù)量的緩凝劑，目前比較好的緩凝劑是Sikament NN/R (是—種緩凝高效減水劑)。它具有下列優(yōu)點：
(1)在不增加用水量的情況下能夠極大地改善混凝土的工作性；
(2)在夏天可增加緩凝、改善工作性；
(3)可在終凝后加速固化；
(4)極大地增加早期和后期強度；
(5)可在溫度較高時用作商品混凝土泵送劑；
(6)降低收縮，減少徐變性能；
(7)不含氯離子。
由于Sikament NN／R具有以上性能，所以它能有效地防止混凝土坍落度的損失和改善混凝土的凝固，不但能在一定程度上減少氣泡，也能減少裂縫的產(chǎn)生。
3．1．2加強人工操作
混凝土在鋼模內(nèi)的振搗有振動臺振搗和人工振搗兩種。振動臺振搗的效果要好—些，可以使混凝土更均勻。但振動臺的成本高，還是有一些預(yù)制廠采用人工振搗的方法。人工振搗時振動棒容易碰到鋼模具和鋼筋籠，而且靠近管片外弧的地方不容易振到，所以工人的操作熟練程度是一個很重要的因素。這就只能靠加強工人的操作培訓(xùn)，提高他們的技術(shù)熟練程度來改善振動效果。
3．2 裂縫的防治
3．2．1嚴(yán)格控制坍落度
如上所述，坍落度是混凝土的一個很重要的技術(shù)指標(biāo)，因此應(yīng)嚴(yán)格控制坍落度。而適當(dāng)?shù)靥砑右恍┨砑觿┦强刂铺涠鹊挠行Х椒?見3．1．1節(jié))。在整個振搗過程中保持均勻的坍落度是很重要的，可以使各個部位的混凝土分布均勻，則混凝土就可以均勻地凝固，相應(yīng)地就減少了裂縫的產(chǎn)生。
3．2．2 盡量地減少大氣溫度的影響
由于在夏天施工時大氣的溫度很高，混凝土坍落度的損失就大，為了消除氣溫所帶來的不良影響，可以采取如下措施：
(1)在混凝土中加冰，可以在一定的時間內(nèi)使混凝土保持較低的溫度，不致使坍落度損失較多；
(2)在一天中氣溫較低的時間內(nèi)澆注，如上午10：30以前或下午3：00以后，在這個時間段內(nèi)氣溫不是很高。可以使混凝土較好地凝固；
(3)加強管片的初期養(yǎng)護(hù)，管片澆注完畢后到脫模之前的養(yǎng)護(hù)屬于初期養(yǎng)護(hù)。在這個階段內(nèi)混凝土凝固時要放出大量的熱，因此必須要灑水養(yǎng)護(hù)，以確保混凝土均勻地凝固，也就不致出現(xiàn)較多的裂縫。
3．2．3蒸汽養(yǎng)護(hù)
一些單位脫模之前采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)能夠加快混凝土硬化，確保水泥充分水化，使管片的強度能盡早達(dá)到脫模時的設(shè)計要求強度，防止管片出現(xiàn)收縮裂紋。混凝土振動成型2小時后，將用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的帆布套在模具上，下部同地面接觸的地方用力木壓實，在帆布套上預(yù)留的小孔中插入溫度計。通入蒸汽，因布置于模具底部的蒸汽管路布滿小孔，蒸汽會從每個小孔中均勻地噴出來，使整個模具均勻地升高溫度，升溫時升溫速度在每小時15度~20度，最高養(yǎng)護(hù)溫度50度-60度，恒溫3-4小時。
經(jīng)過以上的措施處理后，管片上的裂縫和氣泡得到了較大的控制。
4 氣泡、裂縫缺陷的處理
雖然采取了一定的措施，但也不能保證管片上絕對地沒有氣泡和裂縫，總還是有少量的氣泡和裂縫存在，必須采取一定的修補措施。
4．1 氣泡缺陷的修補
氣泡的存在直接影響管片的防水性能，因此必須加以修補。實踐證明采用Sikadur 121這種材料較好，它具有強度高、凝固快的特點。
4．2 裂縫、缺角和掉邊缺陷的修補
裂縫、缺角和掉邊屬于混凝土制件中較大的缺陷，直接影響管片的強度。實踐證明采用Sikadur752
和Baramorta L這兩種材料較好。它們修補后的強度很高，完全能滿足管片的強度要求。