考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术.pdf

隧 道 地 下工 程 考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术 陈 斌 ，刘 松 ，秦 明强 ，叶俊 能 ， 占 文 ( 1 宁波市轨道交通工程建设指 挥部 ， 浙江宁波3 1 5 0 1 2 ；2 中交武汉港湾工程设计研究院 有限公司长大桥梁建设施工技术交通行业重 点实验室 ，武汉4 3 0 0 4 0 ) 摘要 ： 依托 宁波轨道 交通 1号线二期建设工程 ， 分析本工程的服役环境和结构 特点 ， 针 对本工程 面临的耐 久性 问 题 ， 提 出以高性能混凝土技术 ， 自防水为主、 柔性 外包材料 为辅的防水技术相结合 的综合耐 久性 方案。基 于工程建 设地 区已有原材料和商品混凝土配合比 中单位用水量偏 高、 矿物掺 和料 用量 少等 问题 ， 提 出了本工程 高性 能混凝 土的配制要 求和技术指标 ， 并采 用 l i f e 3 6 5模型和碳化模 型分剐预测 氯盐和碳化 条件 下混 凝土 的寿命 ， 预 泖 1 结果均 可达到 1 0 0 a 。最后 以此 为基础提 出了高性 能混凝土在宁波轨道 交通 1号线二 期工程 中的质 量保证措 施和质 量控 制 要 点 。 关键词 ： 高性 能混凝 土；耐 久性 ；防水措施 ；质量控制 ；混凝土 配制 中图分类号 ： U 2 1 4 1 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 3 ) 0 40 0 8 1 0 6 Ap pl i c a t i o n Te c hn o l o g y o f Hi g h Pe r f o r ma n c e Co nc r e t e Ba s e d o n Dur a b i l i t y Re q ui r e me n t o f S t r uc t ur e CHEN Bi n。 ，L I U S o n g ，Q I N Mi n g q i a n g ，Y E J u n n e n g ， Z H A N We n ( 1 He a d q u a r t e r o f Ni n g b o Ra i l T r a n s i t P r o j e c t C o n s t r u c t i o n，Ni n g b o 3 1 5 0 1 2，C h i n a；2 C CC C Wu h a n Ha r b o r Eng i n e e r i ng De s i g n a n d Res e a r c h I n s t i t u t e Co ，Lt d，Ke y La b o f La r g e s p a n Br i dg e Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y ， Mi n i s t r y o f C o m mu n i c a t i o n ， Wu h a n 4 3 0 0 4 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e c o n s t r u c t i o n o f s e c o n d s t a g e p r o j e c t o f N i n g b o Ra i l T r a n s i t L i n e 1 w a s t a k e n a s a n e x a m p l e ，a n d t h e s e r v i c e e n v i r o n me n t a n d s t r u c t u r e f e a t u r e s o f t h i s p r o j e c t w e r e a n a l y z e d D i r e c t i n g a t t h e d u r a b i l i t y i s s u e s i n t h i s p r o j e c t ，a c o mp r e h e n s i v e d u r a b i l i t y s c h e me wa s p r o p o s e d ，wh i c h g i v e p r i o r i t y t o t h e h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e wi t h s e l f wa t e r p r o o f i n g t e c hn o l o g y s u pp l e me n t e d b y wa t e r p r o o f i ng t e c h n o l o g y o f fle x i b l e c o a t i ng ma t e r i a l s Al s o d i r e c t i n g a t s o me p r o b l e ms i n t h e e x i s t i n g r a w ma t e r i a l s a n d i n c o mme r c i a l c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n a t t h e p r o j e c t a r e a，s u c h a s h i g h w a t e r c o n t e n t a n d p o o r mi n e r a l a d m i x t u r e ， t h e r e q u i r e m e n t s a n d t e c h n i c a l i n d e x e s o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e u s e d f o r t h i s p r o j e c t w e r e p r o p o s e d I n a d d i t i o n，t he wo r k i n g l i f e o f t h e c o n c r e t e u n d e r c hl o r i n e s a l t a n d c a r b o n i z a t i o n e n v i r o n me n t wa s p r e d i c t e d b y u s i n g l i f e 3 6 5 mo d e l a n d c a r b o n i z a t i o n mo d e l r e s p e c t i v e l y，a n d t h e p r e d i c t i o n r e s u l t s h o ws t h a t t h e wo r k i n g l i f e o f t h e c o n c r e t e c a n g e t t o 1 0 0 y e a r s Fi n a l l y，t h e me a s u r e s a n d k e y po i n t o f q u a l i t y c o n t r o l for t h i s p r o j e c t a r e s u g g e s t e d b a s e d o n t h e s t u d y r e s u l t s Ke y wo r d s：h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e；d u r a b i l i t y； wa t e r p r o o f i n g me t h o d；q u a l i t y c o n t r o l ； c o nc r e t e p r e pa r a t i o n 钢筋 混凝 土 耐久性 的研 究多 集 中在大 气 和海洋 环 境 ， 对于地 下 结构 的研究 较少 。地铁 结 构 多 是 由车 站 和区间隧道结构组成的典型地下混凝土结构 ， 与大气 环境下的工业与民用建筑相比， 地铁结构所处的环境 更为复杂， 结构内部与大气环境接触 ， 结构外部与岩土 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 2 3 ；修 回日期 ： 2 0 1 21 1 2 9 基金项 目： 宁波市重大科技攻 关项 目( N o 2 0 1 0 C 5 0 0 ) 作者简介 ：陈斌 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 教授 级 高级 工程 师 ， 博 士后 ， E - m a i l C h e n b i n n b 1 6 3 c o m 。 铁道标准 设计R A I L W AY S T A ND A R D DE S I G N 2 0 1 3 ( D ) 介 质环 境紧 密相 连 ， 岩 土介 质 的不 匀 质 性 、 非 线 性 、 流 变性等特点使得结构应力状况复杂多变 ， 并且地下水 中通常含有不同程度 的侵蚀性介 质， 对地铁混凝土耐 久性是一个严峻的考验。 近年来地铁在运营过程中亦出现过不少因耐久性 引起的问题 ： 如上海打浦路隧道因渗漏而封闭大修 ， 北 京地铁隧道 内部水管 因腐蚀而穿孔 ， 香港地铁 因杂散 电流腐蚀引起煤气管穿孔泄漏等 ， 这些都表 明地铁混 凝土耐久性问题是一个十分重要而迫切需要加以解决 81 隧 道 地 下 工 程 陈斌， 刘 松， 秦明强， 等一考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术 的 问题 。 目前 ， 国内外工程 为保证所建混凝土结构的耐久 性 ， 一 般多 采用 以高性 能混 凝 土 技 术 为 核 心 的综 合 耐 久 性技 术方 案 。然 而 我 国 目前 混凝 土工 程超 长 寿命 服 役 的相关技术规范以及高性能混凝土的设计 、 生产 、 施 工 技术 在工 程 应用 方 面 尚不 健 全 ， 甚 至 部 分 领 域 为 空 白 ， 因此结合宁波轨道交通 1号线二期工程的具体 需 要 ， 研究 本 工程 混凝 土结 构 耐 久 性 策 略 和 高 性 能 混 凝 土 的应 用技 术就 显 得极 为迫 切 和重要 。 1 宁波 轨道 交 通 1号 线 二期 工 程 结构 特 点 及 耐久 性 设计 背 景 1 1 结构 特点 宁 波 市 轨 道 交 通 1 号 线 二 期 工 程 全 长 约 2 5 4 3 9 k m， 设 车 站 9座 ， 其 中地 下 站 1座 ， 高 架 站 8 座， 另设 3座 高架 预 留车 站 ， 工 程设 计 使 用 寿命 为 l O O a 。本工 程结 构 形 式 复 杂 多样 ， 主 要 有 板 、 梁 、 柱 形 式的车站结构 、 盾构形式的地下区问结构 、 桥梁形式 的 高架 区间结构 、 岛式及侧式高架 车站结构 以及 明挖 隧 道结构 、 钻爆法施工的暗挖隧道结构。 1 2 环境 特点 宁波市 轨道 交通 1号线 二期 工程 混凝 土结 构 服役 环 境严 酷 。地 下结 构长 期处 于潮 湿 和地 下水 流经 的环 境中 ， 不仅遭受地下水的压力渗透作用 ， 还受到水 中氯 离子( c r) ， 硫酸根离子 ( S O ) 的侵蚀 ， 同时长期的干 湿 交替 也会 加 速混凝 土性 能 的劣 化 、 高 架 区 间会 穿 越 酸雨率达 9 0 的工业区 ， 对高架区域 的桥梁混凝土构 件存在着酸雨等侵蚀 ， 同时高浓度 的二氧化碳 ( C O ： ) 气体会加速隧道和地下区间混凝 土的中性化 ， 加 大了 本 工 程后 期运 营期 间 的维 护难 度 。 1 3面 临 的耐 久性 问题 ( 1 ) 规 范 的不统 一 。 随着 我 国对 混凝 土结 构 耐 久 性问题的重视 ， 逐渐 出台了 混凝土结构 耐久 性设计 规 范 ( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) ， 铁 路混 凝 土结 构 耐久 性 设计规范 ( T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0 ) ， 公路工程混凝土结构 防腐蚀 技术规范( J T G T B 0 7 一 O 1 2 o 0 6 ) 等 ， 这些规 范对有关定义 、 环境作用 等级的划分 以及相关参数 的 规定都不尽相同 ， 本工程 耐久性设计 主要 依据 铁路 混凝土结构耐久性设 计规范( T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0 ) ， 同 时参考 混凝土结构耐久性设计规范 ( G B T 5 0 4 7 6 2 0 0 8 ) 。 ( 2 ) 腐蚀介质 多样。主要 的腐 蚀介质有 ： 地下水 或土中富含 Mg 、 S O 一 等盐类 的侵蚀 ， c 1 一 引起的钢筋 锈蚀 以及碱骨料反应导致 的混凝土性能劣化 ； 大气 中 的 C O ， 等酸性气体引起 的混凝土 中性化 ； 酸雨对 高架 区间混凝土的侵蚀 。本工程采用接触线网的铺轨方式 可 不考 虑 杂散 电流 引起 的钢 筋锈 蚀 。 ( 3 ) 结构形式和施工工艺复杂多样 ， 施工路线长。 相 比桥梁工程 ， 本工程涉及 的结构形式和施工工艺较 多 ， 施 工路 线 长 ， 加 大 了 耐 久性 设 计 的难 度 ， 同 时对 本 工 程采 用 的原 材料 及 混 凝 土 的质 量 要 求 较 高 ， 不 仅 需 具备 良好的施工性能和力学性能 ， 还要有优 良的抗渗 和抗 裂性 能 。 ( 4 ) 渗 漏导 致 的干 湿 循环 问题 。 由 于地 下 车 站 和 区间是处于压力水 的作用下 ， 一旦发生渗漏则 易形成 干湿循环 ， 导致腐蚀介质浓度的不断累积， 加大钢筋混 凝 土性能 劣 化 的风险 。 2 宁 波地铁 1号 线二 期 工程混 凝 土耐 久性 设计 2 1 环 境 类别及 作 用等 级 的划分 刮 环境类别和作用等级 的准确划分 ， 是耐久性设计 的 根本 。本 工程 依据 不 同的施 工 区域 和施 工工 艺将 本 工程 划分 为 地下 车 站 、 地 下 区 间 、 育 王 岭 隧 道 、 高 架 区 间 、 高架车站 5个 区域 ， 依据 铁路混凝土结构耐久性 设计规范( T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0) 和 混凝土结构 耐久性 设计规范 ( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) 分别对 5个不同区域 的不同结构进行环境类别及作用等级的划分和耐久性 的设 计 。 地 下 车 站 主要 有 地 下 连续 墙 、 顶 板 、 底 板 、 内衬 侧 墙 以及 室 内的梁 板 柱结 构 组 成 ， 考虑 到 与介 质 的接 触 部 位 ， 又分 为迎 水 土面 ， 背水 土 面 。 由于 本工 程地 下 车 站埋 深较 深 ， 连续 墙 、 底板 、 侧墙 、 顶 板均 处 于水 位 以 下 ， 其迎水 土 面属 于贫氧环 境， 按 T B 1 0 0 0 5 -2 0 1 0 ， 如不发生渗漏 ， 则可只考虑碳 化作用 ； 对于其背水 土 面 ， 如发生渗漏 ， 则需考虑干湿交替作用导致的侵蚀介 质 离 子浓 度 的累积 。 盾构 区 间结构 主 要 由盾 构 管 片 和 连 接通 道 组 成 。 管 片 的外 弧面 和 连接 通 道 的迎 水 土 面 长 期 浸 没 于 水 或土 中 ， 可按 碳化 环境 处 理 ； 管 片 的 内弧面 和连 接通 道 的背 水 土面 如无 渗漏 ， 则 只 需 要考 虑碳 化 作 用 ， 但 是 按 照 宁波地 铁 1 号 线一 期 和 国内其他 地铁 工 程施 工 的 经验 ， 管片和连接通道渗漏现象普遍 ， 因此本工程管片 的 内弧 面和 连接 通 道 的 背 水 土 面 除考 虑 了碳 化 作 用 外 ， 还考虑了因渗漏产生的干湿交替作用。 育王岭隧道则只需考虑碳化作用 ； 高架车站分为 桩基 、 承台、 框架柱和室内梁板柱结构 ， 除承台处于水 位变动区 ， 需考虑水 中氯离子和酸性水的作用外 ， 其他 结构均只考虑碳化作用 ； 高架 区间分为桩基 、 承 台、 墩 柱 、 箱梁和道床结构， 由于道床 、 墩柱暴露于酸雨的侵 蚀作用下 ， 因此需要考虑化学腐蚀作用 ， 承台和桩基需 要考虑其服役水 土 中的氯离子含量 ， 其他结构可按碳 化环境考虑。 8 2 铁道标准设 计R A I LW AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 3 ( 0 4 ) 陈 斌 ， 刘 松 ， 秦 明强 ， 等一考虑 耐久 性条件下的高性能混凝土 的应用技术 2 2 混 凝土 结构 耐久 性设计 技 术路线 和 基本 方案 宁波地铁 1号线二 期工程 的整体 耐久性要求很 高 ， 所 处环 境 较为恶 劣 ， 昆 凝 土结 构 的耐久 性很 难通 过 单一措施保证 ， 因此必须根据具体的环境条件和设计 要求 ， 有 机组 合若 干技 术措施 ， 以保证 整体 耐久 性达 到 设计 要求 。 改 善钢 筋混凝 土 结构耐 久性 需采 取基 本措 施 和辅 助措 施 。基本措 施是 从 材 质本 身 的性 能 出发 ， 提 高 混凝 土 材料 本身 的密 实性 ， 即 采用 高性 能 混 凝 土 。某 些部位还可复合采用保护涂层或阻锈剂等辅助措施 ， 有效提高混凝土结构 的使用 寿命 。因此 宁波地铁 1号线二期工程混凝土结构耐久性方案的设计遵循 的 基本方案是 ： 第一， 混凝土结构耐久性基本措施是采用 高性能混凝土 ， 开展酸雨区混凝土专项性能研究 ， 同时 在大体积混凝土施工过程 中采取温控措施预防有害热 裂缝的产生 ， 如侧墙 、 底板 、 承台等。依据混凝 土构 件 所处 结构 部位 及使 用环 境条 件 ， 如 管 片 内弧 面 渗漏 ， 则采用必要 的补充防腐措施 ， 如混凝土外保护涂层等。 在 保证 施工 质量 和原 材 料 品质 的 前 提下 ， 混凝 土结 构 的耐久性将可以达到设计要求 。第二 ， 对地铁结构进 行 专项 防水 设计 。宁波地 铁 1 号 线二 期工 程耐 久性 方案的设计还考虑了当地 的实际情况 ， 如原材料的可 用性 、 施工应用的可行性和经济合理性 。针对 本工程 的实 际情 况 ， 提 出 的耐久 性技 术路 线如 图 1 所 示 。 耐久性设计总体 目标 设计方案基本原则及依据 基本措施 H防水设计 附加措施 精细化施_T 图 1 宁波地铁 1号线二期工程耐久性方案技术路线 2 3 高 性能 混凝 土性 能要 求 地铁建设 中的混凝土一般是 由施工单位向商 品混 凝 土 公 司 ( 商 混 站 ) 购 买 。混 凝 土配 合 比设 计 是 确定 生产 技术参 数 的重 要 依 据 ， 是 混凝 土质 量 控 制 的 最 重 要 环 节 。高性 能7 昆 凝 土 的配合 比设 计 与普 通混凝 土 相 比， 更 加注 重 耐久 性 等 指标 。而商 品混 凝 土 公 司 在 混 凝 土 配合 比设 计 时 ， 通 常是 以强度 为评 判标 准 ， 对 混凝 土的抗裂性能、 抗氯离子渗透性 能和抗碳化性能等方 面考虑较少， 对于相应的测试实验也重视不够。 目前地铁工程用商品混凝土的配合 比设计普遍存 在 以下 问题 ： ( 1 ) 用水 量 偏 大 ， 为 保证 混 凝 土 的工 作 性 能 并 节 约 成本 ， 混 凝土 的用 水量 普遍 偏高 。 以 C 3 0 P 8混 凝 土 铁道标准没计R A I L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 3( 0 4) 隧 道地 下 工 程 配合 比为例 ， 用水 量大 多在 1 7 0 k g m 左 右 ， 有 些 甚 至 超过 1 8 5 k g m ， 高用水量会增 大混 凝土 内部 的孔 隙 率 ， 对耐 久性 不利 ； ( 2 ) 水胶 比偏大 ， 高用水量 同时也会 带来高水胶 比。如 C 3 0 、 P 8等级混凝土 的水胶 比一般为 0 3 8 0 4 7 ， 普遍在 0 4 0以上， 大水胶 比对混凝土抗渗性能 尤 为不 利 ； ( 3 ) 胶 凝 材料 用 量 差 别 较 大 、 矿 物 掺 和 料 比例 偏 小 。C 3 0 、 P 8混 凝 土 的 胶 凝 材 料 用 量 一 般 在 3 5 0 4 5 0 k g m ， 不 同商 混 站 设 计 的 胶 凝 材 料 量 有 较 大 差 异 ； 在矿物掺和料选择上普遍采用粉煤灰， 部分采用粉 煤灰和抗裂防水剂复掺或粉煤灰和矿粉复掺 ， 但掺量 普遍偏低 ， 对混凝土抗裂性能影响较大 。 刘松 、 屠柳青等人总结了在严酷条件下 ， 保证混凝 土耐久性 时混凝 土用原材 料 的要 求 和技 术指 标 。 针对以上商品混凝土的问题 ， 笔者结合宁波地铁 1号 线一 期工 程 的建设 经 验 ， 着 重 强调 对 本 工 程 混凝 土耐 久性 影 响 比较 突 出的几个 要 求 。 ( 1 )防 水 混 凝 土 最 低 水 泥 用 量 不 宜 低 于 2 6 0 k g m ， 积极 推广 矿 物掺 和料 在 商 品混 凝 土 中 的应 用 ， 不同结构部位混凝土胶材总量及 比例如表 1所示 。 表 1 宁波地铁 1号线二期工程不同结构 部位 混凝 土胶 材总量及 比例 ( 2 ) 车站和区间主体结构混凝土用水量不宜大于 1 6 0 k g m 。预 制 混 凝 土 衬 砌 管 片 用 水 量 不 宜 大 于 1 5 0 k g m 。 ( 3 ) 为 防止 碱 骨 料 反 应 发 生 ， 混 凝 土 中 总碱 含 量 不应 超过 3 0 k g m 。 ( 4 ) 钢筋 混凝 土 中氯离 子 含 量不 应 超过 胶 凝 材料 总 量 的 0 1 0 ， 预应力 钢筋 混 凝 土 中氯 离 子含 量 不应 超 过胶凝 材 料总量 的 0 0 6 。 ( 5 ) 在混凝土试配阶段 ， 除进行抗压强度 、 抗渗等 常 规测试 外 ， 还应 进行 电通 量 和抗碳 化等 耐久 性试验 ， 检 测混凝 土 5 6 d的 电通 量或 氯 离子 扩 散 系数 ， 电通 量 指标不宜超过1 0 0 0 C， 氯离子扩算系数需满足本工程 高性能混凝土施工指南 中所提出的标准。 ( 6 ) 通过限制混凝土早期强度的发展有效控制早 期热开裂 。要求 2 4 h抗压强度不大于 1 2 M P a ， 对抗裂 要求较高 的构件 ， 不宜高于 1 0 MP a ( 有预应力张拉 的 构件除外 ) 。 8 3 一一一一一一一一一 隧 道地 下 工 程 陈 斌， 刘 松， 秦明强， 等一考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术 3混凝 土 结构 的寿 命预 测 氯盐 和混 凝 土 中性化 是影 响地 下 车站 和 区间 的主 要因素。基于 F i c k第 二定律 ， 不 考虑混 凝 土开 裂影 响 ， 采 用 L i f e 3 6 5 ( 2 0版 ) 模 型分 别 预 测 本工 程 的侧 墙 和管片结构满足 l O O a 设计使用寿命条件下 的最大表 面允许 氯 离子 浓度 ， 表 2为本 工 程 侧 墙 和 管 片 保 护 层 厚度 和耐 久 性 参 数 ， 表 3为 考 虑保 护层 厚 度 8 的标 准差下 ， 在满足 l O O a设计使用寿命 时， 混凝土构件最 大允许 的表 面氯离 子 浓度 。 表 2 设计保护层厚度及 混凝土耐久性参数 表 3 L i f e 3 6 5( R e v 2 0) 模型预测 结果 注 ： 混 凝 土 保 护 层 厚 度 为 结 构 的 迎 水 土 面 ， 计 算 时 按 设 计 值 的 9 2 取值 。 图 2和 图 3分 别 为侧墙 和 管 片混凝 土 氯离 子侵 蚀 时 间变化 曲线 。从 L i f e 3 6 5 ( 2 0版 ) 计 算 结果 看 ， 侧 墙 最大 允许 表 面氯 离 子 浓 度 为 2 6 4 k g m ， 则 侧 墙 部 位 因氯 离子 引起 钢 筋 锈 蚀 的临 界 水 土 体 氯 离子 浓 度 为 2 6 4 0 m g L 。侧墙如无渗漏 ， 按碳化腐蚀考虑 ； 如发生 渗漏 ， 参考地勘资料 ， 工程勘察资料显示 ： 侧墙所处部 位孔 隙 潜 水 最 大 氯 离 子 浓 度 为 1 1 0 0 m g L， 由于 干 湿 交替 ， 氯 离子 浓 度会 累积 ， 因此 ， 需 及 时 堵 漏 ， 确保 l O O a的设计使用寿命 。管片最 大允 许表面氯离 子浓 度为 2 8 3 k g m ， 则 管 片 部 位 因氯 离 子 引 起 钢 筋 锈蚀 的 临界 水 土 体 氯 离 子 浓 度 为 2 8 3 0 mg L 。管 片 如 无 渗漏 ， 按碳化腐蚀考虑 ； 如发生渗漏 ， 参考地勘资料 ， 管 片 所处 部 位 孑 L 隙潜 水 最 大 氯 离 子 浓 度 为 4 4 0 0 m g L， 因 此 ， 管片 安装 时 ， 需设 置 止水 带 ， 发生 渗漏 时 ， 应及 时 堵漏 ， 并在渗漏周边部位涂覆涂层隔离氯离子。 萎 1 5 嶷1 o 寝0 s 。 保 护层 厚度 m m 时间 年 图 2 侧 墙混凝土氯 离子侵蚀 随时 间变化 曲线 本工程采用 既有建筑物 结构检测与评定标 准 ( D G T J 0 8 8 0 4 2 0 0 5 ) 规范 中推荐 的模 型进行碳 化 寿命预测 。计算时， 地 下工程 的温度取值为 2 5 ； 1 5 0 保 护 层厚 厦 mm 时 l司 年 图 3 管片混凝土氯离子侵蚀 随时 间变化 曲线 根据 所处 碳化 环境 的 差别 ， 地 铁 车站 及 区 间 中 C O ，中 的浓度值保守地取为 0 0 50 1 0 mg m ； 环境相对湿 度取 7 0 ； 保 护 层 厚 度 以设 计 提 供 的 资料 为 准 ， 其 结 果如 表 4所示 。 表 4 本工 程地 下主体 结构碳化寿命预测参数 的取值 及结果 计算参数取值 位 度 m m 级 MP a 内衬侧墙( 背土 水面) 地下 室内立柱 车站 室内梁 室内板 、 内衬 4 0 3 5 3 5 3 5 。 5 0 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 7 0 7 0 7 0 7 0 _ 7 0 3 5 4 0 4 0 3 5 。 5 O 06 O 5 0 5 0 9 4 5 盾构管片的内弧面 4高性能混凝土的质量保证措施 混凝 土 耐久 性是 一项 系统 工程 ， 需 在原 材料 选择 ， 配合 比配制 ， 模板 ， 昆凝土浇筑振捣 ， 养护等各环节严 格控 制 。为 保证 整个 设 计 的 系统 性 、 完整 性 、 规 范性 、 科学性和可行性 ， 必然需要一个 完善的整体思路和框 架 。因此在 建设 过程 中 ， 本工 程 遵 循 了 以建立 符 合 本工程的混凝土质量标准体系和耐久性方案设计的思 想 ， 具体 流 程如 图 4所示 。 高性能混凝 土质量保证措施 t t 凝 土 工 程 质 量 标 准 体 系l l 耐 久 性 方 案 设 计 上 一 土 一 L I _ 一 土 _ 一 上 土 一 上 酸 高 高 雨 性 性 大 高 区 能 能 体 性 混 混 混 积 能 凝 凝 凝 混 混 结 环 寿 土 土 土 凝 凝 构 境 命 专 选 基 土 土 要 特 预 项 材 准 温 施 求 占 测 研 标 配 控 工 标 指 究 准 准 南 比 图 4 鬲 性 能 混凝 土质 量 保 证 措 施 ( 1 ) 建立符合本工程混凝 土质量标准体 系。该体 系是在了解工程背景 、 建设 和运营环境 以及结构设计 要求的基础上进行 酸雨区混凝土专项研究， 并制定 宁波地铁 1号线二期高性能混凝土用原材料选材标 准 、 宁波地铁 1号线二期高性能混凝土配合 比及配 制要求 、 宁波地铁 1号线二期大体积混凝 土温度控 制标准 、 宁波地铁 1 号线二期混凝土耐久性专项技 术规程、 宁波地铁 1 号线二期高性能混凝土施工指 8 4 铁道 标准没 计R A I LW AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 3( 0 4) 加 陈 斌 ， 刘 松 ， 秦明强 ， 等一考虑耐久性条件下 的高性能 混凝 土的应用技术 南 等 。通 过 对 材 料性 能 的 试 验 研 究 ， 建 立 混 凝 土 结 构 耐久性 设 计 的数据 和 依 据 ， 并 预 测 混凝 土 结 构 的实 际使 用性 能 。 ( 2 )耐久性方案设计 ， 在充分考虑各种 可变 因素 对钢筋混凝土结构使用寿命 的影响 ， 如环境温度 、 混凝 土 内应力 、 裂缝等， 以建立使用寿命 预测系统 ， 为耐久 性方案的设计提供指导和依据 。再以使用寿命预测系 统为基础 ， 制定有针对性的耐久性解决方案。 5 防水设 计 本工程 以结构 自防水为主 ， 其 中地下结 构抗渗等 级 如表 5所 示 。 防水 混 凝 土允 许 裂 缝 宽 度 如 表 6所 示 ， 且 为不 贯 通 裂 缝 。施 工 缝 ( 包 括 后 浇 带 ) 、 变 形 缝 ( 诱 导缝 ) 、 桩 头 等 细 部 构 造 的 防 水 为 重点 ， 并 在 结 构 迎水面设置柔性全包防水层加强防水 。根据 地下工 程防水设计规范 ( G B 5 0 1 0 8 -2 0 0 8 ) 的规 定 ， 宁波轨 道 交通 1号线二 期 工 程地 下 工 程 防 水设 计 标 准 如 下 ： ( 1 )地下车站 和机 电设备 集 中区段的防水等级为一 级 ， 不 允许 渗水 ， 结 构表 面 无 湿 渍 ； ( 2 )区间 隧 道及 连 接通道 等 附属 的隧 道结 构 防水 等 级 应 为二 级 ， 顶部 不 允许滴 漏 ， 其他 不允 许 漏 水 ， 结 构 表 面 可有 少 量 湿 渍 ， 总湿 渍面 积不 大于 总 防 水 面积 的 2 e ， 任 意 1 0 0 m 防 水面 积上 的湿 渍不 超 过 3处 ， 单 个 湿 渍 的最 大 面 积不 大于 0 2 I T I ； ( 3 )隧道工程中漏水的平均渗漏量不大 于 0 0 5 L m d ， 任意 1 0 0 m 防水面积渗漏量不大于 0 1 5 L m d。 表 5 防水混凝土的抗渗等级 结 构埋置 深度 m 设计抗渗等级 一 级 防 水 等 级 王 磊 钢筋 混凝 土管 片0 2 由于 现 场 混凝 土 的 浇 筑 、 振捣 、 养护 质 量 ， 混 凝 土 的早期和后期收缩 ， 以及运营过程 中列车的振动荷载、 温度 变化 对混 凝土 结 构 的影 响 ， 混凝 土 结 构 自防 水无 法从根本上满足地下工程的防水和耐久性要 求， 可能 带来混凝土结构的开裂， 导致渗 、 漏水 。为此， 利用沥 青类 、 合成树脂类 、 橡胶类等柔性 防水 材料设置 防水 层 ， 以对结 构 自防水 不 足之处 的补 充 和完善 。 铁道标准设 计R A I L WAY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 3 ( 0 4 ) 隧 道 地 下工 程 宁波 轨道交 通 1号线 二 期 工 程 主要 以高 架 为 主 ， 以盾构 法 隧道 的 防水措 施 为 例 ， 主要 采 取 管 片混 凝 土 结构 自防水 、 接缝防水 以及 螺栓孔密封相结合 的综合 防水方 案 ， 如 图 5所 示 。 遇水膨胀橡胶片 遇水膨胀橡胶片 一 f a ) 管片环缝密封 防水 ( b ) 管片纵缝接缝防水 一匿 ( c ) 弹性密封垫和遇水膨胀 ( d ) 螺栓孔密封 防水构造 挡水条设置方法 图 5盾构 法隧道 防水 设计 ( 单位 ： mm) 相对其他工法结构 ， 盾构法隧道 的防水措施较为 单一 ， 防水措施有 ： ( 1 )盾构管片接缝靠近管 片外 弧面一侧设置遇水膨胀橡胶片挡水条( 图 6 a ) ； ( 2 )预 留凹槽 内设置 三元 乙丙橡 胶 弹性 密封 垫 ( 图 6 b ) ； ( 3 ) 管 片 内弧侧预 留嵌 缝 凹槽 ， 标 准 段 管 片纵 缝 ( 图 7 a ) 、 环缝 ( 图7 b ) 部位采用 聚合物水泥 ( 或 聚合物水泥砂 浆) 进行嵌缝 ， 嵌缝范 围： 顶拱 4 5 。 范 围的环 、 纵缝 ； 底 拱 9 0 。 范围内的环、 纵缝 ； 变形缝 ( 图7 c ) 采用双组分聚 硫密封胶环缝整环嵌缝 ； 洞 口两侧 2 0环的环 、 纵缝全 部采用双组分聚硫密封胶进行嵌缝。 遇水膨胀橡胶片 _ 寸 要薹圈 I 2 5 l ( a ) 遇水膨胀挡水条断面 ( b ) 三元乙丙橡胶弹性密封垫断面 图 6遇水膨胀挡水条 、 弹性 密封垫防水设计 ( 单位 ： mm) ( a ) 纵缝嵌缝防水 ( b ) 环缝嵌缝 防水 ( C ) 变形缝嵌缝 防水 图 7盾构法隧道嵌缝防水 6 结语 根据 工程调 研和 环境条件 分析 ， 影 响宁波地 铁 1号线二期工程结构混凝土耐久性的首要因素是混凝 土的 c 1 一 渗透 、 中性化速度 、 早期温度裂缝 以及 酸雨 。 8 5 隧 道地 下 工 程 陈 斌， 刘 松， 秦明强， 等一考虑耐久性条件下的高性能混凝土的应用技术 针 对 这一 具 体情 况 ， 并 考 虑 当地 的实 际情 况 ， 如 原材 料 的可用性 、 工艺设备的可行性以及经济上的合理性 ， 地 铁 1号线二期工程采取 以高性能混凝土技术 ， 自防水 为主、 柔性外包材料为辅的防水技术相结合 的综合耐 久性策略和方案 ， 在混凝土配制过程中， 以提高混凝土 的抗裂性能为核心。通过符合现阶段工程实际情况 和 技 术 水平 的施工 措施 和 质 量 保 证 措 施 ， 确 保 了高 性 能 混凝土的质量符合耐久性设计 的要求 。 参 考文 献 ： 1 邵莹 盐渍 环境地铁混凝 土结构耐久 性设计 J 铁道 标准设 计 ， 2 0 1 2( 9)： 5 76 1 2 中华 人民共 和国住 房和城 乡建设部 GB T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 混 凝土 结构 耐久性设 计规范 S 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 3 中华人 民共 和国铁 道部 T B 1 0 0 0 5 2 0 1 0 铁 路混凝 土结构 耐久 性设计 规范 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 1 0 4 刘松 ， 屠柳青 ， 等 荆岳长江公路大桥混凝 土耐 久性设计研究 J 中国港湾建设 ， 2 0 l 1 ， 1 ( 4 ) ： 4 9 5 1 5 薛吉 岗 客运专线铁路混凝土 的耐久性指标及施工质量控 制措施 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 8 91 0 3 6 刘松 ， 等 马来西亚槟城第 二跨海 大桥 主塔 承台混凝 土温 度裂缝 控制技术 C 第三届 两岸 四地 高性能 混凝 土 国际研 讨会 论文 集 北京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 1 2 ： 5 1 55 2 1 7 王春梅 低渗透性地层浅埋隧道 防排水控制措施研究 J 铁道标 准设计 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 8 1 8 4 8 刘松 ， 屠柳青 ， 等 马来西 亚槟城第二跨海大桥混凝土 耐久性设计 研究 J 公路 ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 7 5 7 8 9 同济 大学 ， 等 D G T J 0 8 8 O 4 2 O 0 5 ， 既有建 筑物结 构检 测与评 定标 准 S 上海 ： 上海市建设和交通委员会 ， 2 0 0 5 1 O 李宏安 ， 赵 德海 北京 地铁 l O号 线 区间隧道 盾构施 工质 量控制 要点 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 7 6 7 8 1 1 吕宝伟 深圳地铁 7号线工程结构 自防水设计探讨 J 铁道标 准 设计 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 9 69 9