浅谈盾构管片生产中气泡和裂缝的防治

1、浅谈盾构管片生产中气泡和裂缝的防治浅谈盾构管片生产中气泡和裂缝的防治摘要】在地下工程盾构法施工中管片是隧道预制衬砌环的基本单元。但在管片生产过程中，尤其在脱模后表面存在较多的气泡和裂缝，不但影响管片的抗压和抗渗强度，同时也加大了后续的修补工作量。因此，在生产的每道工序中，尽量地杜绝气泡和裂缝，把它减少到最低限度是一项很重要的工作。本人根据自己的实际经验，结合杭州地铁一号线管片生产，总结了一些方法，并且在施工中收到了良好的效果，供大家参考。【关键词】盾构管片 气袍 裂缝1盾构法施工和管片的组成1.1盾构法施工地下工程是一个复杂的地下施工系统工程，它有多种施工工法，而盾构掘进法是从国外引进的目前最

2、先进的施工方法。目前在全国的各大城市的地铁施工中已有越来越多的标段开始使用盾构法施工。管片是隧道预制衬砌环的基本单元，它的质量直接影响到整个隧道的质量。管片生产中的一大难题就是脱模后管片表面存在较多的气泡和收缩裂缝，不但影响管片的抗压和抗渗强度，而且也造就了大量的修补工作。因此在管片的混凝土配比、搅拌、浇捣、养护过程中就应该尽量防治气泡和裂缝的产生。12管片的组成盾构法施工的隧道断面通常是圆形的，一般来说，净断面直径为314m，整个衬砌环由410块管片组成17个标准块，2个邻接块和1个封顶块。每环管片的宽度一般是12m(也有1.5m的）。管片的制作工艺和气泡、裂缝形成的原因21管片的制作工艺管

3、片是一种混凝土预制件，它的制作过程主要是：钢筋笼的制作；钢筋笼装入钢模具；浇注混凝土(振捣)；管片的初期养护；脱模；水养、喷淋养护。22气泡和裂缝形成的原因221气泡形成的原因(1)混凝土骨料间隙在搅拌时本身形成的气泡，受振捣棒的振动挤压作用，气泡聚集变大从混凝土表面排出，一部分在振捣过程中未排出的形成气泡，在对混凝土切割端面或者构件靠模的侧面最为明显，这部分就是我们常说的气泡。 (2)混凝土中结合水外的水分形成的气泡，也就是我们常说的坍落度的影响。混凝土的坍落度反映出混凝土的配合比。假如坍落度大的话，则混凝土中水的含量就多，反之就少。混凝土的坍落度根据具体的工艺和气温等条件的不同而不同，理论

4、上是除结合水外，水越少越好。对混凝土管片，常温下坍落度，一般为35cm为宜。而假如坍落度较小的话，在振捣过程中，则混凝土将凝固得很快而无法振捣，最终形成蜂窝，空洞。所以在混凝土预制件中，对混凝土的坍落度都有很严格的要求。（3）钢模自身结构的影响。制作管片的钢模具精度要求是非常高的，误差只有04mm，密封性很高，同时，大多数模具侧模有凹凸榫，混凝土在凝固时要产生热量，而原来混凝土里面的水分、气泡受振捣棒的挤压作用也要排出来，这些水分、气泡就集中在模具的侧板和管片侧面的凹凸榫处，结果气泡就占据了本来应该是混凝土所占据的位置，脱模后就表现为凹凸榫处气泡多；同样，在模具侧模没有凹凸榫的管片上就表现出气

5、泡少而分布均匀，在对管片进行钻心取样的切割面也可以看出，管片内部的气泡少，小而均匀。(4)施工工艺的影响。目前在国外管片的生产过程中，一般都采用振动台振捣，国内也有部分单位使用，振动台轻易控制振动的速度和频率，使混凝土变得均匀，也就减少了气泡的含量。在采用人工振捣生产过程中，由于人工操作的不稳定因素和工人操作的技术熟练程度的不同，对质量有一定的影响。工人操作时轻易使振动棒碰到钢模具和钢筋笼，也不轻易控制振捣的均匀性，也就轻易使气泡集中于局部位而形成较大的空洞。222裂缝形成的原因222裂缝形成的原因 管片裂缝产生的机理同大多数钢筋混凝土构件，主要有(1) 干燥收缩 如;混凝土期早期的干缩裂缝等

6、。（2）温度差过大，如：管片升温降温速率过快 。（3）化学作用如:使用活性砂石料引起碱骨料反应。（4）使用不当 如;管片长时间堆放处于不合理的受力状态而开裂等。（5）原材料质量差 如:水泥安定性不合格。（6）施工工艺不当如:施工缝留置和处理不当而造成。（7）其他如:混凝土徐变造成开裂或裂缝扩张等裂缝缺陷指肉眼可见的宏观裂缝，其宽度在0.05mm 以上。混凝土干燥收缩引起的裂缝：混凝土在终凝前是由气相、固相、液相三相组成的假固体，其中尚有未水化的水泥颗粒，还需吸收周围水分，液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩水，引起收缩裂缝。混凝土收缩主要有塑性收缩、缩水收缩两种。塑性收缩发生在施工过程中，

7、混凝土浇筑后约4-5h，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现沁水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，而此时砼尚未硬化，称为塑性收缩。因此，掌握好收水时间，减少此阶段产生的裂缝，必须是一个有经验的管理人员和操作工才能做到的。而其中水量的多少与混凝土流动性有很大关系，且仅发生在混凝土浇筑初期。缩水收缩（也称干缩）混凝土硬结后，随着表面层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩。因混凝土表面水分损失快，内部水分损失慢，因此产生表面收缩大，内部收缩小，表面收缩变形受到内部砼的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面拉应力超过其抗拉极限强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化

8、后收缩主要就是缩水收缩。如配有钢筋，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。分布的影响。由于混凝土凝固、坍落度、自身重力、管片模具形状、上料、振捣等多种因素的影响，混凝土在管片模具内总不可能分布的那么均匀，而在不均匀的地方凝固速度就不可能相同，就会形成一定数量的小裂缝。温度变化引起的裂缝 混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遇到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时，即产生温度裂缝，引起温度裂缝的主要因素有：水化热。混凝土浇筑之后由于水泥水化放热集中，致使内部温度很高，而由于管片内部散热缓慢，内外温差太大，致

9、使表面出现裂缝。蒸气养护或冬季施工时措施不得当。采用蒸气养护或在冬季施工时所采取的技术措施不得当，升温降温速度过快，使混凝土骤冷骤热，结构内外温度不均，而出现裂缝。施工时环境温度过高。高温下的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力也随之下降，由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩而产生裂缝。砼中钢筋锈蚀引起的裂缝 由于砼的碳化作用，使钢筋发生锈蚀，或由于氯化物浸入，引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋发生锈蚀，其锈蚀物体积比原来体积增长约几倍，从而对周围砼产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥落，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，混凝土与钢筋的粘结减小，

10、以至于延钢筋方向原来由钢筋承受的拉应力完全由混凝土承担，在拉应力超过混凝土抗拉强度时，就产生拉应力，另外由于锈蚀，使钢筋有效断面积减小，结构承载力下降，将会诱发其它形式的裂缝。(1)大气温度的影响。由于白天和晚上的温差较大(尤其在夏天)，而温度对混凝土的凝固有很大影响。较大的温差也会使混凝土的凝固很不均匀，也就很轻易形成裂缝。(3)混凝土自身特性的影响。混凝土自身在凝固的时候，在内部也要产生一系列的物理化学变化，在这个过程中要释放出定的热量，假如热量快速地从管片的表面散发出来就轻易产生裂缝使用不当地铁管片在许多城市还是新事物，加上盾构隧道地质状况本身就很难把握，对管片生产厂来说，管片供应进度也

11、很难控制，就会造成部分型号管片长时间堆置，管片堆置时受力与管片设计模型不尽相同，不合理的受力就加速管片混凝土裂缝的产生砼原材料质量引起的裂缝 混凝土原材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。使用不合格水泥出现早期不规则的裂缝；砂石含泥量过大，使砼干燥时产生不规则的网状裂缝；在潮湿的地方，骨料中含有酸性硅化物质与水泥中的碱性物质发生水硅反应生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀和拉应力，构件就会产生爆裂状裂缝；拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时引起钢筋锈蚀，从而产生裂缝。施工工艺引起的裂缝 在管片制作施工过程中，由于施工工艺不合理，可能产生各种形式的裂缝。施工中，由于钢筋笼制作形状不好，导致局部钢

12、筋保护层厚度不够，致使管片混凝土出现前述1的裂缝；混凝土振捣不密实，出现蜂窝，麻面或空洞，导致钢筋锈蚀或形成其它荷载裂缝的起源点；混凝土搅拌，运输时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝；混凝土初期养护不好，致使其表面急剧干燥，使得混凝土与大气接触而出现不规则的收缩裂缝；增加水和水泥用量，或水灰比较大，导致砼凝结硬化时收缩量增加，砼表面出现不规则裂缝；混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象；使用外加剂过度提高混凝土早期强度，致使水泥水化热集中在早期的很短时间内，产生温度裂缝； 由于混凝土坍落度过大，表面出现水泥浮浆而产生龟

13、裂。3减少气泡、裂缝针对以上对气泡、裂缝产生原因的分析，就可以采取一系列的措施来尽量地减少气泡和裂缝的产生。31气泡的防治由于钢模自身的结构是无法改变的，所以只有从坍落度和人工操作两方面考虑。311严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剂。由于坍落度对混凝土凝固后的强度和气泡的产生都有影响，所以在配制混凝土时要严格控制坍落度。尤其在夏天时，混凝土从搅拌站运输到管片生产场地要花费一定的时间，而在此过程中，混凝土要一定程度的凝固，造成坍落度的损失。因此要对原管片混凝土外加剂做适当调整，配合时加入一定数量的缓凝剂，适当延长混凝土的初凝时间，我厂使用的HPC聚羧酸高性能减水

14、剂，它具有如下特点：(1)在不增加用水量的情况下能够极大地改善混凝土的工作性；(2)在夏天可增加缓凝、改善工作性；(3)可在终凝后加速固化；(4)极大地增加早期和后期强度；(5)降低收缩，减少徐变性能；(6)不含氯离子。由于HPC聚羧酸高性能减水剂具有以上性能，所以它能有效地防止混凝土坍落度的损失和改善混凝土的凝固，不但能在一定程度上减少气泡，也能减少裂缝的产生。312加强人工操作混凝土在钢模内的振捣有振动台振捣和人工振捣两种。振动台振捣的效果要好些，可以使混凝土更均匀。人工振捣时振动棒轻易碰到模具和钢筋笼，而且靠近管片侧模的地方不轻易振到，所以工人的操作熟练程度是一个很重要的因素。这就只能靠

15、加强工人的操作培训，提高他们的技术熟练程度来改善振动效果。32裂缝的防治321严格控制坍落度如上所述，坍落度是混凝土的一个很重要的技术指标，因此应严格控制坍落度。而适当地添加一些添加剂是控制坍落度的有效方法)。在整个振捣过程中保持均匀的坍落度是很重要的，可以使各个部位的混凝土分布均匀，则混凝土就可以均匀地凝固，相应地就减少了裂缝的产生。322尽量地减少大气温度的影响由于在夏天施工时大气的温度很高，混凝土坍落度的损失就大，为了消除气温所带来的不良影响，可以采取如下措施：(1)在混凝土中加冰，可以在一定的时间内使混凝土保持较低的温度，不致使坍落度损失较多；(2)在一天中气温较低的时间内浇注，如上午

16、10：30以前或下午3：00以后，在这个时间段内气温不是很高。可以使混凝土较好地凝固；(3)加强管片的初期养护，管片浇注完毕后到脱模之前的养护属于初期养护。在这个阶段内混凝土凝固时要放出大量的热，因此必须要洒水保湿养护，以确保混凝土均匀地凝固，也就不致出现较多的裂缝，此种工艺由于工期较长，成本降不下来，很少采用;同样，在冬天，管片刚开模后要加强对成品管片的保温，让管片保持缓慢降温，防止因降温过快开裂。323蒸汽养护一些单位脱模之前采用蒸汽养护。蒸汽养护能够加快混凝土硬化，确保水泥充分水化，使管片的强度能尽早达到脱模时的设计要求强度，防止管片出现收缩裂纹。混凝土振动成型2小时后，将用于蒸汽养护的

17、帆布罩在模具上，在养护罩上预留的小孔中插入温度计。通入蒸汽，因布置于模具底部的蒸汽管路布满小孔，蒸汽会从每个小孔中均匀地喷出来，使整个模具均匀地升高温度，升温时升温速度在每小时15度20度，最高养护温度50度60度，恒温34小时。经过以上的措施处理后，管片上的裂缝和气泡得到了较大的控制。4气泡、裂缝缺陷的处理虽然采取了一定的措施，但也不能保证管片上绝对地没有气泡和裂缝，总还是有少量的气泡和裂缝存在，必须采取一定的修补措施。41气泡缺陷的修补4.1.1先把管片缺棱掉角或气孔处的基层混凝土用漆刷清理干净，使层面无尘、无松散颗粒、油污等。4.1.2在应用BARRA EMULSLON57乳液前，要将砼基层预湿，用水充分浸透空隙。4.1.3以1：2的比例将乳液和水拌成稀释液，再用稀释液作为搅拌用水用于拌制水泥净浆或水泥砂浆混合物。用抹刀将修补剂抹到经过处理的破损砼基层或气孔上。4.1.4待修补面干燥固化后用细铁砂纸处理修补面，使修补处和管片整体平整、光滑成一体