大型樞紐車站在強腐蝕環境中的設計與施工要點

李偉

摘 要：青島市紅島火車站體量大，結構復雜，為大型樞紐車站，其所處地質環境為強腐蝕環境，設計與施工的難度較大，耐久性不易保證。本文以其為背景，采用midas gen通用有限元設計軟件進行整體性設計，并充分結合專家意見，提出了大型樞紐車站在強腐蝕環境中的設計與施工要求，能夠滿足主體結構一百年使用的耐久性要求。

關鍵詞：地鐵車站 樞紐 強腐蝕性 控制因素

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-0-02

1 作用機理

Cl-離子對混凝土的腐蝕主要作用為4個方向：（1）Cl-作為去鈍化劑，破壞鋼筋表面的保護性鈍化膜，使水和氧氣滲透過去，鋼筋被氧化；（2）Cl-對局部鋼筋表面鈍化膜產生破壞，露出鐵基，與尚完好的鈍化膜區域構成腐蝕電池，造成局部坑蝕或均勻腐蝕；（3）Cl-使陽極去極化，加速腐蝕進程；（4）Cl-強化離子通路，降低陰陽極之間的電阻，加速化學腐蝕。

2 工程簡介

青島市地鐵8號線工程紅島火車站是一個集地鐵、高鐵、公交、市政為一體的大型交通樞紐站，它既是濟青高鐵、青連鐵路、青榮城際鐵路的匯聚站，又是青島地鐵8號線、10號線、12號線的換乘站，同時配備市政停車場，公交站，商業等各種配套措施，單層建筑面積達到10萬m2以上。

地鐵車站大里程端約315.5m位于濟青高鐵站房下方，該段地鐵車站結構與高鐵站房共建稱為共建段；車站小里程端約214m位于規劃高鐵紅島站北廣場下方，稱為非共建段。

根據地勘報告，紅島火車站所處地下水環境為強透水層地下水，對混凝土結構具有強腐蝕性；在干濕交替條件下，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性。鉆孔中地下水Cl-濃度大于20000mg/L，需對其進行專門的耐久性設計，如圖1所示。

為保證車站在強腐蝕性環境中的耐久性達到規定的設計使用年限，確保工程的使用壽命，從以下3個方面進行考慮。

車站主體結構按不設縫設計，僅在附屬及區間與車站結構變換處設置變形縫。車站10號線、8/12號線中板、底板僅設置橫向施工縫，不設置縱向施工縫，施工縫間距18～24m，側墻施工縫間距同底板。車站頂板、地下一層部分底板、車庫夾層板設置縱、橫向施工縫，施工縫間距30～40m，側墻施工縫間距同底板。墻體水平施工縫設置在高出底板表面不小于300mm的墻體上。板墻結合的水平施工縫，留在板墻接縫線以下150～300mm處。墻體有預留孔洞時，施工縫距孔洞邊緣不小于300mm。車站主體范圍不設置變形縫，為抵抗混凝土收縮和溫度變化的影響，結構施工采取設置后澆帶的措施。后澆帶寬度為1.0m，后澆帶遇梁、板、墻貫通設置，鋼筋全部貫通。后澆帶在兩側混凝土澆注45d后澆注，澆注前必須將帶內浮渣及雜物清理干凈，用水沖洗后再刷純水泥漿一道，采用微膨脹防水混凝土澆筑，并加強養護，其養護時間不少于28d。后澆帶處限制膨脹率≥0.025%（水中14d），且≥-0.02%（水中14d轉空氣中28d）。后澆帶澆注前及后澆帶達到設計強度前，應對后澆帶兩側結構合理支撐，保證施工安全。后澆帶應在月平均氣溫10℃～20℃的月份進行澆筑。

對車站主體結構進行MIDAS GEN有限元計算，由于車站主體范圍內未設置變形縫，且車站整體結構巨大，計算控制因素由傳統的水土荷載控制變為溫度控制，溫度造成的結構橫向受力很大，結構受力相對于普通車站變大，配筋相對于普通地鐵車站也增加很多。

在結構設計方面：（1）控制水膠比：C35混凝土的水膠比不應大于0.5，C50混凝土的水膠比不應大于0.36。（2）控制最大氯離子含量：混凝土中的最大氯離子含量應小于0.06%。（3）控制接觸外部水的防水混凝土氯離子擴散系數及電通量：氯離子擴散系數（28d期齡）<4×10-12m2/s，電通量指標（56d期齡）<1000庫侖。（4）控制混凝土中的含堿量：混凝土中的含堿量不超過3.0kg/m3。（5） 控制混凝土中膠凝材料：C35混凝土，混凝土中的膠凝材料總量不宜少于300kg/m3，最大用量不宜大于400kg/m3，C50混凝土中的膠凝材料總量不宜少于360kg/m3，最大用量不宜大于480kg/m3，且膠凝材料的抗蝕系數大于0.8。（6）在與地下水、土接觸的外部混凝土結構添加防腐阻銹劑和聚丙烯網狀纖維：減少混凝土的收縮裂縫，增加混凝土的防腐能力。（7）所有與地下水接觸的永久性鋼結構，均涂刷防腐涂層。

混凝土結構施工方面：（1）注意混凝土的澆筑及養護，降低混凝土入模溫度。分層施工，嚴格控制混凝土一次灌注量和分段灌注長度，防止混凝土收縮開裂。混凝土養護應根據環境條件做好夏季保濕，冬季保溫工作。（2）嚴格控制混凝土入模溫度，夏季高溫季節施工時，應利用夜間施工。（3）充分了解混凝土水化熱的高低，進行水化熱測定，為養護和保溫措施提供依據。（4）混凝土冬季施工時應做到以下幾點：（1）拌制混凝土所采用的骨料應該清潔，不得含有冰、雪、凍塊或其它易凍裂物質；（2）冬季澆筑的混凝土，其受凍臨界強度應符合下列規定：采用普通硅酸鹽水泥配制的混凝土，不應小于設計混凝土強度等級的30%。

在紅島火車站的設計及施工過程中，通過以上措施，能夠很好地確保結構的耐久性，保證車站的耐久性達到規定的設計使用100年年限。

參考文獻

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