1、2 0 1 2年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 201 2 No 3 Ma r c h 预制混凝土衬砌管片常见质量问题与预防 高科社 , 刘 乾文 ( 1 西安市市政设施管理局 , 7 1 0 0 1 6 ; 2 西安市政道桥建设有限公司, 7 1 0 0 1 6 ) 摘要 : 管片作为地铁 隧道 的主要受力构件 , 其质量非常重要 , 是地铁 隧道结构安全性 、 耐久性 的主要保 障。为 了 有效预 防和规避 管片的质量问题 、 提高管片质量 , 对预制混凝土管 片在施 工过程 中常见的质量 问题进行
2、了分 析 , 并提 出了相 应的解决方案和规避措施。 关键词 : 管 片 ; 质量问题 ; 防治 Ab s t r a c t : As t h e ma i n b e a r i n g c o mp o n e n t s f o r s u b wa y t u n n e l l i n i n g ,s e g me n t s p r o d u c t i o n i s v e r y i mp o r t a n t , a n d i t S t h e k e y g u a r a n t e e o f s a f e t y a n d d u r a b i l
3、 i t y o f s u b w a y t u n n e l s t r u c t u r e I n o r d e r t o e ff e c t i v e l y p r e v e n t a n d a v o i d q u a l i t y p r o b l e ms o f s e g m e n t s a n d i m p r o v e t h e i r q u a l i t i e s , t h e c o m mo n q u a l i t y p r o b l e m s o f p r e c a s t c o n c r e t
4、e l i n i n g s e g m e n t s i n t u n n e l c o n s t ru c t i o n a r e a n a l y z e d , a n d s o me r e l a t e d s o l v i n g me o d s a n d e l u s i o n t a c t i c s a r e p r o p o s e d Ke y w o r d s : S e g me n t s ; Q u a l i t y p r o b l e m s ; P r e v e n t i o n 中图分类号 : T U 5 2
5、 5 9 文献标 识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 3 2 9 0 4 0前 言 地铁作 为城 市的交通枢纽 , 近年来 , 已在 我国 各大城市蓬勃发展。而管片作为地铁隧道 的主要受 力 构件 , 其质量是地铁隧道结构安全性 、 耐久性 的 主要保障。预制混凝土管片( 以下简称管片) 常见的 质量 问题主要有外观质量问题 、 尺寸偏差 问题和内 在质量问题。本文针对以上三方面问题分别进行分 析讨论 , 并提出了相应的解决方案和规避措施 。 1外 观质 量 问题 管片常见的外观质量问题 主要有 :蜂窝 、 麻 面、 气孔; 缺棱、 掉角、
6、飞边; 裂缝; 烂孔; 露 筋 ; 疏松夹杂; 孔洞; 塌孔、 孔洞移位。其中, 前 4种形式最为常见 , 也是在生产过程 中需控制的 重 点 。 1 1 蜂窝、 麻面、 气孔 1 1 1 出现 的部位 与形 式 管 片 的蜂 窝 、 麻 面及 气 孔 常 见 于管 片 的拼 接 面 上 、 管 片的止水槽 处 、 螺栓孑 L 的周边及 大弧面的中 上部 , 有 时内弧面也会 出现 , 封顶块 多于邻接块 和 标准块。蜂窝 、 麻面及气孔主要有两种表现形式 , 一 是密集而小的气孔 , 孔径在 1 m m 以内, 深度在 l m m 以内; 二是较分散 的大气孔 , 孔径在 2 mm以上 ,
7、最大 的可达 l O mm, 深度在 1 0 ml n以内。 1 1 2 危害 管片的蜂窝 、 麻面及气孑 L 的存在会影 响管片的 防水功能和外观 , 降低管片的耐久性。 1 1 3 原 因分析 ( 1 ) 施工原 因, 漏振或欠振。管片在浇筑时 , 弧形钢模两端与活动盖板形成封闭低凹槽 区域 , 混 凝土从 钢模 中间流入两端 , 在振捣棒振捣下 , 模板 两端混凝土最先得到振实 , 气泡和浆体上浮至弧形 管片中部 , 由于表面浮浆的存在 , 从而导致少振或 漏振 , 使此处混凝土气泡较多 、 较大。振捣棒在钢 筋骨架上振捣 , 钢筋骨架的颤动导致混凝土与钢模 接触面细微气泡集 中后形成较
8、大气泡。为避免弯 管发生变形移位的现象 , 弯管 四周也容易因为漏振 或欠振而出现气孔。此种原因形成的气孔常出现在 管片拼接 大弧面中部和螺栓孔 四周 , 气孔较大且 比 较集中。 ( 2 ) 脱模剂的因素 。混凝土接触面处的水气能 否顺利析出 , 很大程度上取决于脱模剂 的优劣。好 的脱模剂应 为中性 、 利于水气析出 , 并且具有性能 稳定、 表面张力大、 耐高温、 便于喷涂等特性 。若脱 模剂的引气性差 , 会在混凝土所有接触面上形成分 布均匀 、 疏稀的微小气孔 ; 若漏涂脱模剂 , 漏涂部位 会出现明显区域性的小气孑 L 。脱模剂必须严格按照 产品使用说 明书的要求正确使用 ,若使用
9、不 当, 也 会 影 响 接触 面 气 泡 的析 出 ,如 脱 模 剂 稀 释 比例 过 大 、涂刷后 的脱模剂未干燥成膜便浇筑混凝土等。 对于钢模的重点部位 、特殊部位应进行特殊处理 , 如钢模 凸出的止水槽 、 棱角 、 倒角等部位 , 对混凝土 中的水气具有阻排作用 , 所 以 , 对此处应 用浓度较 一 2 9 2 0 1 2年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 1 期 大的脱模剂进行涂刷 , 特别是止水槽处 的脱模剂涂 刷应作为控制重点 。 ( 3 ) 混凝土的原因。工人为了便于操作 , 拌制 混凝土时提高混凝土的坍落度 , 使混凝土水灰 比增 大 , 导致混凝土中水分过多 ,
10、 在混凝土硬化过程 中, 多余的水形成 自由水 ,留置于混凝土中形成气泡 ; 水灰比过小 , 混凝土过于粘稠 , 气泡难 以排出 ; 搅 拌 时 间过 长 , 料 中搅 入 较多 空 气 , 变得 粘 稠 , 在 混 凝 土振捣 时 , 气泡不易排 出; 原材料如水泥 的细 度过细 、 石子级配不合理 、 砂含泥量超标等 , 也会形 成气泡 ; 外加剂 中掺用不合格的引气剂 ; 混凝 土搅拌时间不够 , 和易性差 、 触变性差 ; 冬季混凝 土温度低 、 粘度大 、 流动性差 , 导致气泡不易排出。 混凝土原因引起的气泡一般表现为分布均匀 , 气孔 较大 、 较 多 。 1 1 4 解 决方
11、案 ( 1 ) 对于人工插入 式振捣 , 应加强 管片中部混 凝土的振捣和收棒操作 , 应做到混凝土表面无 明显 下 沉 、 无 气泡 冒出 和有 浮浆 析 出 3项 指标 均要 满 足 为判定原则 ; 严禁振捣棒触击钢筋骨架 ; 提高弯管 、 注浆孔安装质量 , 加强弯管处混凝土的振捣。对于 台式振捣钢模 , 应合理控制振捣频率和时间。 ( 2 ) 正确使用脱模剂。脱模剂分水性和油性两 种 , 一般选用水性脱模剂。多作试 验 , 选用性能稳 定, 质量可靠的脱模剂。脱模剂选定后 , 要严格按照 使用说明要求进行操作 ,应加强控制喷涂过程 , 做 到不漏涂 、 不流 、 不 淌 , 同时加强对
12、重点部位 , 如止 水槽处、 手孑 L 处 、 管片收边处等部位 的涂刷。对于水 性脱模剂一定要在干燥成膜后浇筑混凝土。 ( 3 ) 对于混凝 土的原 因 , 应加 大混凝 土生产过 程 的控制 , 严 格执行混凝土生产配合 比, 加大坍落 度 的检测频次 ,严格控制搅拌时间及原 材料的检 验 。加大 对 混凝 土 配合 比试 配 的检测 力 度 , 重 点 控 制混凝土的坍落度和粘聚性 。 1 2 缺棱 、 掉角及飞边 1 2 1 表现 形式 缺棱 、掉角 及 飞边 现 象 主要 表 现 在 内弧 面 、 外 弧面 棱 角缺 块及 内弧 面 飞边 ( 长 而 连续 的 内弧棱 角 缺失 )
13、。 1 2 2 危 害 缺棱 、掉角及飞边现象会影 响管片的外观 、 结 构尺寸及拼接安装。 1 2 3 形 成原 因 ( 1 ) 钢模拼接 面留有混凝土残渣等杂 物 , 组模 时合缝不严 , 形成漏浆现象 , 管片脱模时 , 漏浆处混 一 3 0 一 。 凝 土 的剥落 导致 管片 内弧 面飞边 。 ( 2 ) 组模时 , 钢模端板 的紧固螺栓未上紧 , 在浇 筑混凝土时 , 模板移位 ( 即胀模 ) 形成混凝 土漏浆 , 管片脱模时, 漏浆处混凝土的剥落导致管片 内弧面 飞边 。 ( 3 ) 模具顶部卷边 ( 毛刺) 。脱模时, 卷边处易导 致混凝土粘皮现象 , 使管片外弧面棱角缺块。 (
14、 4 ) 瞬 间偏 心起 吊脱模 , 使 管 片一 侧 脱离 模 具 , 而另一侧挤压在模具上 , 导致管片侧棱受压脱落 。 ( 5 ) 倒运过程碰撞脱落。管片在出入养护池和 进 出堆场的过程中 , 由于操作 因素 , 可能造成管片 的碰撞 , 导致管片缺棱 、 掉角现象 。此种情况一般发 生在管片 内弧面棱角部位 , 是管片缺棱 、 掉角的主 要 原 因 , 也是 质量 控制 的重 点 。 1 2 4解决 方案 ( 1 ) 加强混凝土浇筑前模具 的检查 , 重点检查 模具拼缝是否严密 , 紧固螺栓是否上紧等。 ( 2 ) 若发现钢模顶部四周卷边或钢模发生变形 , 应及 时进行 维修 。 (
15、3 ) 对 于四周粘皮现象 , 可用浓度较大 的脱模 剂涂刷或刷中性脱模油 , 同时 , 应加强混 凝土的收 面工作。收面时, 钢模 四周要用木模拍打, 使混凝土 表面达到密实 。 ( 4 ) 加强起 吊工和信号工的操作培训 。起 吊时, 确保吊具重心和管片重心在一条铅垂线上 , 做到匀 速 、 垂直起 吊。 ( 5 ) 制定管片 吊装、 堆放管理制度 时, 从 吊运 的 各个环节来规避管片的碰撞 问题 , 如在管片间设置 橡胶缓冲垫 、 严格控制管片堆放的行距和前后 间距 等。 1 3 裂 缝 1 3 1 表现形式及分类 管片裂缝一般发生在管片 的外弧面和 四周 的 拼接面上 , 内弧面一般
16、很少出现裂缝。外弧面的裂 缝一般表现为两种形式 : 一是无规则 的龟裂 , 缝 长 1 0 3 0 m m, 缝宽 0 1 m m 以内 ; 二是平行于短边 的规 则裂缝 , 位于管片两端 , 缝长 3 0 - 8 0 mm, 缝宽 0 1 m m 以内。拼接面的裂缝一般发 生在 拼接面端 板的 中 部 , 为间断型连续缝 , 总长可达 3 0 8 0 e ra, 中间缝宽 最大可至 0 2 m m, 向两侧发展逐渐消失 , 缝两侧颜色 不一致。按管片裂缝产生的原因分为温差裂缝 、 干 缩裂缝和结构受力裂缝 。 1 3 2 危 害 裂缝的产生会影响管片的防水功能和外观 , 降 低管片的耐久性
17、, 严重的会影 响管片的结构性能。 高科社 , 刘乾文 预制混凝土衬 砌管片常见质量问题与预防 1 3 3产生 原 因 ( 1 ) 温差裂缝 。管片拼接 面裂缝和外弧面端部 平行裂缝主要属于温差裂缝。管片拼接面裂缝产生 的原 因是 管 片 在蒸 汽 养 护 时 , 蒸 汽 直 接 吹在 钢 模 的 端板上 ,使钢模在较短 时间内 ,温度急剧 上升至 1 0 0 ( 2 以上 。 由于钢模和混凝土的线膨胀系数相差较 大 , 钢模 的膨胀牵扯初凝的混凝土 , 使 混凝 土表面 出现了裂缝 , 在温度降低 的情况下 , 此裂缝又收缩 , 形成重叠 。由于构件内有钢筋骨架 的约束 , 此裂缝 仅在保护
18、层的表皮发展 , 可通过调整蒸 汽管道解决 此问题 ; 管片端部平行裂缝是 由于管片降温过快形 成的 , 常发生在冬季施工过程 中, 工人急于脱模生 产 , 停汽后不久便打开蒸养罩 , 使管片温度 由 6 0 急剧下降至环境温度 , 外弧面端部 的混凝土 由于处 于临界端 , 温差影响最大 , 混凝 土表面的急剧收缩 便产生温差裂缝。 ( 2 ) 干缩裂缝。混凝土浇筑后 , 表面覆盖养护不 到位或未进行覆盖和养护 , 使混凝土表面受到外界 环境 的影响 , 水分散失导致混凝土 内外硬化时间及 强度变化不一致 , 便会产生干缩裂缝 。外弧面 的龟 裂属 于此 类 裂缝 。 ( 3 ) 结构受力裂
19、缝 。此类裂缝较常在管片堆放 过程 中形成 , 如管片竖 向堆放时 , 由于堆放 高度较 高 , 且 上下垫 木不在一条铅垂线上 , 使管 片存在竖 向剪切应力而产生裂缝 ; 当水平放置时 , 超过 5层 , 且底层管片的垫木距 离较近 , 使底层管 片内弧面中 部形成 向上的弯折裂缝 。 l - 3 - 4 解 决方 案 : ( 1 ) 温差裂缝的解决方案主要有 : 管 片蒸 养 前 , 一定要静停不少 于 2 h , 使混凝土达到终凝 ; 蒸 养时 , 升温速度不宜超过 1 5 l , 降温速度不宜超过 2 0 l l , 恒温不 宜超过 6 0 E E ; 避免蒸汽直接吹在 钢模上 ;
20、使用耐高温 、 摩擦阻力小 的脱模剂 , 从而 减小混凝土与钢模间的粘结力 ; 管片出养护罩时 的温度与室外温差控制在 2 O 以内; 管片温度高 于室外 温度 2 0 时 ,必须在蒸养罩 内进行 匀速降 温 , 并确保管片上 的塑料薄膜覆盖完好 。 ( 2 ) 管片收面后用塑料薄膜及 时覆盖 , 脱模 后 的管片及时入池养护 。 ( 3 ) 管片竖 向放置或水平放置 时 , 应将垫木 上 下放置在一条铅垂线上。垂直放 置时, 高度不宜超 过 4层 ; 水平放置时 , 高度不宜超过 5层。 1 4 烂孔 1 4 1 表现形式和分类 根据烂孔形成的原因可分为粘皮烂孔 、 挤压烂 孔 两种 。粘
21、皮烂 孔表 现形 式为 孔 四周 混凝 土粘 皮脱 落 ,深度可至 l O m m,一般存在于拼接面的螺栓孑 L 处 ;挤压烂孔一般出现在螺栓孔的一侧 ,大小 3 0 - 5 0 ram, 深度 可深 至钢 筋 , 成 凹锥 形状 。 1 4 2 危害 烂孔会影响管片的外观 、 结构和耐久性。 1 4 - 3 原因分 析 ( 1 ) 粘皮烂孔 : 由于锥形垫圈未清理干净 、 安装 不到位或已变形 , 形成孔周围不规则或粘皮现象。 ( 2 ) 挤压 烂 孔 : 管 片在 起 吊时 , 由于混 凝 土 的强 度较低 ( 一般在 2 0 MP a 左右) ,孔一侧受到吊具挤 压 , 使该侧混凝土的保
22、护层脱落。 1 4 4 解决方案 ( 1 ) 提高管片起 吊强度 , 使混凝土强度达到 2 0 MP a以上 。 ( 2 ) 改变吊具受力方式 , 使管片螺栓孑 L 孑 L 口侧 壁混凝土不受压力 。 ( 3 ) 加大浇筑混凝土前锥形垫 圈的检查 , 对变 形 的垫 圈及 时更换 。 2尺寸偏 差 问题 2 1 表 现形 式 管片 的尺寸偏差主要表现在宽度和半弧长 的 偏 差 上 ,管 片 的生产 尺寸 一般都较 设计 的大 0 l m m;由于多数存在正偏差 ,导致管片拼装 累计偏 差 , 进而使管片无法拼装 。管片 的生产尺寸偏差容 易被人们忽视 , 只有在三环拼装时才能发现 , 应引 起
23、 高度重视。 2 2 危 害 管片的尺寸偏差会影 响管片的拼装精度 、 耐久 性 , 甚至影响管片结构受力从而导致废环。 2 3 原 因分析 ( 1 ) 生产时 , 由于相邻模 具接触面清理不干净 导致合模不严 ; ( 2 ) 端板与侧板连接螺栓未拧 紧 , 导致混凝土 胀模 ; ( 3 ) 钢模长期使用变形等。 2 4 解决方案 ( 1 ) 加强混凝土浇筑前模具 的检查工作 , 具体 检查 内容如下 : 组模前必须认真清理模具 , 特别 是模具合缝面 的清理 ; 组模后应认真检查模具 四 周的密封胶条是否压紧顺直 , 对于有缺陷或长度尺 寸有偏差的密封胶条必须及时更换 , 检查模具四周 校验
24、刻痕是否对齐 2 1 ; 模具四周合缝是否严密 , 侧 板及端板的紧锚螺栓是否上紧 ;检查钢模弧度 、 宽度、 夹角和腔高等是否满足规范要求 。 一 3】一 2 0 1 2年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 1 期 ( 2 ) 加 强 钢 模 的 检 测 力 度 , 采 用模 振 和 台 式 振 捣 的钢模 每生产 1 0 0次( 环 ) 必须进行系统检验圆; 对 于插入式振捣 的钢模每生产 2 0 0环应进行系统 检验 , 以防止钢模 变 形 。 ( 3 ) 加强成 品管片尺寸的检验工作 , 若发现异 常应 及 时进行 三环 拼装试 验 。 3内在 质量 问题 影 响管片结构受力性能
25、和耐久性能 的内在质 量因素, 主要有混凝土的抗压强度 、 抗渗性能 、 钢筋 骨架 的制作质量等。 3 1 混凝土强度不合格 3 1 1 表现形 式 ( 1 ) 管片成 品脱模后 , 整体外 观颜 色发 白或发 暗, 与正常不一致 ; ( 2 ) 管 片混凝 土脱模后 , 局部表 面颜色与周边颜色相差较大或夹杂; ( 3 ) 混凝土 2 8 d 标养试块抗压强度不合格 ; ( 4 )管片实体检测及 同 条件养护试块抗压强度不合格 ; ( 5 )管片混凝土抗 渗试验不合格。 3 1 2 危 害 混凝土强度不合格会 影响管片结构受力性能 及结构安全 。 3 1 3 原因分析 ( 1 ) 生产过程
26、中的配合 比控制不严格 ; ( 2 ) 水泥 、 粉煤 灰质量不稳定 ; ( 3 ) 搅拌 时间不够 , 料未拌 匀 , 或搅拌机内存在死角料 ; ( 4 )砂石级配不合理 ; ( 5 ) 骨料不合格 , 如砂 中含泥量过大、 含有杂物 、 石子压 碎指标不合格等 ; ( 6 ) 混凝 土后期养护不到位 , 要求 水养 7 d , 喷淋养护 7 d , 但 由于加大生产导致提前出 池等。其 中, 原材料 的质量、 搅拌时间、 振捣方式、 后 期养护等是影 响混凝土强度 的主要因素。 3 1 4 解决方 案 ( 1 ) 把好原材料 关 , 合理选 择砂石 级配标 准 ; ( 2 ) 有效控制搅拌
27、时间 , 搅拌时间不易小于 9 0 s ; ( 3 ) 加大计量系统校验 , 每半月一次 , 每盘操作时 , 计量 系统必须清零 ; ( 4 ) J I 强坍落度的控制和监测 , 混凝 土坍落度控制不宜大于 7 0 mm 2 ; ( 5 ) 加强管片 的振 捣 , 做 到不漏振 、 不过振 ; ( 6 ) 加强管片的后期养护 , 不具备喷淋条件 , 必须水养 1 4 d , 水养 时 , 水应超过 管片 顶面 2 0 e m。 3 2 钢筋骨架制作不合格 3 2 1 表现形式 ( 1 ) 受力主筋翘 曲, 偏离受力位置 , 特别是主筋 不在箍 筋角部 ; ( 2 ) 箍筋弯钩不规范 , 未弯成
28、 1 3 5 。 , 平直长度 不够 ; ( 3 ) 虚焊 、 漏 焊 、 脱焊 ; ( 4 ) 焊点 “ 咬 肉” 、 烧 伤 ; ( 5 ) 钢筋骨架整体变形 ; ( 6 ) 钢筋拉钩脱 一 3 2一 落 等 。 3 2 2危 害 钢筋骨架制作不合格会影 响管 片结构受 力性 能和结构安全 。 3 2 _ 3原 因分析 ( 1 ) 原材料 不合格 , 如钢筋月 芽肋不 直或钢筋 的含碳量超过规范允许值 , 导致钢材软硬不一 ; ( 2 ) 制作不规范 , 对于翘 曲钢筋未校正 ; ( 3 ) 吊运及堆放 不规范 , 多层起 吊, 超层堆放 , 使钢筋骨架变形 ; ( 4 ) 下料尺寸计算有
29、误 。 3 2 4 解决方案 ( 1 ) 加大原材料 的进场把关 , 在保证常规 的物 理性能检测外 , 还要进行化学性能和外规质量的检 测 , 如月芽筋纵横肋 的大小 、 纵肋 的垂 直度等 ; ( 2 ) 加强钢筋工 的技术交底 , 加强钢筋下料尺寸检测 和 工人施焊技能的培i J i I ; ( 3 ) 水平堆放不易超过 4层 , 吊运 时,吊点应置于钢筋骨架中部一次 吊运 2块 , 防止钢筋骨架变形 , 严禁碰撞 ; ( 4 ) 加大钢筋骨架的 检查 力度 。 4 混 凝土 管片 重大质 量缺 陷的判定 和处 理 对于一般性质量缺陷, 如非贯穿性裂缝 、 缺棱 、 掉角 、 飞边、 粘
30、皮 、 蜂窝 、 麻面 、 气泡、 烂孔等 , 不影响 结构受力性能的, 应及时进行修补 。修补材料 的抗 压 、 抗拉强度应不低于母体材料的强度。修补后 , 修 补处颜色应与母体色调一致 , 光滑平整 。对于存在 影响结构受力性能的缺陷 , 如强度不足 、 尺寸偏差 、 贯穿性裂缝 、 露筋 、 大面积夹杂、 漏振 、 螺栓孔移位 、 塌孔等现象 , 经修复后基本满足设计要求 的可作为 负环使用 , 若经修复不能满 足设计要求 的则应作为 废环 处理 。 5结 语 预制混凝土衬砌管片是一种质量要求较高 的 混凝土构件 , 其质量直接关系到地铁 隧道整体的使 用安全。实践证明 : 通过以上措施
31、 , 可以有效控制管 片在生产过程 中常见 的质量 问题 , 使管片质量得到 稳步提高。 参 考 文 献 : 1 】 预制混凝土衬砌管片( G B f I 7 2 0 8 2 2 0 0 8 ) 【 S 【 2 】 地铁盾构隧道预制混凝土管片( D B J 6 1 - 4 7 2 0 0 8 ) S 】 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 2 1 2 作者简 介 : 高科社( 1 9 7 2 一 ) , 男 , 工程师 。 通讯地 址 : 西安市市政 设施 管理 局北 二环 西段 联 系 电 话 : 1 3 9 9 1 9 7 9 5 9 6 E - ma i l : k s g a o1 6 3 c o rn