八達嶺長城站長壽命混凝土質量控制實施方案

李常青

（北京中鐵誠業工程建設監理有限公司，北京 100070）

0 前言

八達嶺長城站屬于地下火車站，位于新八達嶺隧道內，地處八達嶺長城景區核心位置，是新建北京至張家口鐵路工程的標志性工程，為了提高結構安全余量和運營安全度、減少后期運營維護費用、推動行業技術進步，八達嶺長城站站臺層及車站兩端大跨過渡段隧道襯砌混凝土結構采用長壽命耐久性混凝土。

隧道襯砌混凝土結構的耐久性主要受混凝土的密實度、表面裂紋以及周邊的腐蝕環境等因素的影響，采用中低熱水泥、Ⅰ級粉煤灰、多級配整形骨料、優化配合比、控制入模溫度以及進行保濕保溫養護等措施[1]，生產出高填充性、低水化熱、低收縮率和高密實性的襯砌混凝土[2]，形成長壽命耐久性混凝土結構體系。

1 長壽命耐久性混凝土的技術要求

要使混凝土結構的壽命長，具有耐久性，要注意以下5點：1） 選用合適的原材料，優化配合比，制備高密實、高抗裂性、耐久性長壽命混凝土。2） 通過穩定混凝土工作性能，合理分層、分窗布料，控制好每次澆筑高度，加強振搗，保證混凝土均勻、密實。3） 采取及時不間斷保溫保濕養護，控制混凝土碳化速率，保證混凝土強度及耐久性。4） 采取混凝土密實性的快速檢測方法對實體結構混凝土的質量進行檢測，并采用預埋監測元器件長期監測實體結構健康狀態。5） 通過以上措施施工出低收縮、不開裂、抗碳化性能優異、高填充性的耐久性長壽命混凝土。

2 長壽命耐久性混凝土的性能要求

混凝土的性能包括拌和物性能、硬化體性能、有害物質含量和結構實體性能。混凝土拌和物性能、混凝土硬化體性能和有害物質含量應滿足相關規定，見表1。結構實體性能即混凝土抗壓強度采用90 d齡期進行評定。

表1 混凝土性能與檢測方法

3 材料措施

混凝土的材料措施包括選用中低熱型水泥、Ⅰ級粉煤灰、整形骨料和補償收縮材料等?；炷猎牧铣龖翔F建設[2010]255號文《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB 10005—2010）的規定外，還應滿足以下要求。

采用中低水化熱的硅酸鹽水泥，要求水泥的3 d抗壓強度≤22 MPa，3 d水化熱不應大于251 J/g，7 d水化熱不應大于293 J/g。

粉煤灰應選用顏色均勻、不含有油污等雜質的C50及以上產品，且與水泥和水混合時不得有明顯的刺激性氣體放出，性能應滿足有關規定要求。

細骨料應選用級配合理、質地堅固、吸水率低和空隙率小的潔凈天然河砂，細度模數應為2.2～2.6，含泥量應小于2.0%。

粗骨料選用粒形較好、級配合理的粗骨料，粗骨料應由5.0 mm～31.5 mm的3級或以上多級配骨料整形混配而成，針片狀顆粒含量應小于20%，測試針片狀顆粒含量所用的針、片狀規準儀見表2。

表2 針、片狀規準儀的孔寬和間距要求

補償收縮材料為抑制混凝土溫度收縮、干燥收縮引起的開裂，在混凝土配合比中摻入一定數量的石粉作為補償收縮材料。外加劑選用低R7、保坍性能較好的外加劑，1 h坍落度損失不應大于20 mm；外加劑應與膠凝材料具有良好的適應性，確保混凝土拌和物不離析、不泌水，表面無明顯氣泡上浮現象。

4 生產措施

4.1 施工準備

施工單位編制《長壽命耐久性混凝土實施方案》報建設單位批準后實施，包括但不限于拌合站建設方案、原材料全項檢測措施、理論配合比選定及施工配合比驗證，原材料存放場地、拌制、運輸、澆筑、養護措施及季節性施工措施、安全環保措施等。

4.2 拌和站建設要求

根據批準的《長壽命耐久性混凝土實施方案》進行混凝土拌和站建設，要求拌和機組一用一備，粉料罐（水泥、粉煤灰、石粉）設置合格倉和待檢倉各3個，粗骨料設置合格倉和待檢倉各3個，細骨料設置合格倉和待檢倉各1個，拌和站建成后報請建設單位組織監理單位進行驗收，經驗收合格后才可以使用。

4.3 原材料檢測及配合比要求

原材料進場后，施工單位應按照國家鐵路局現行標準《鐵路工程結構混凝土強度檢測規程》（TB10426）的有關規定進行試驗檢測，試驗檢測合格后通知駐拌和站監理工程師見證取樣，全項見證取樣外委到國家鐵路產品質量監督檢驗中心（北京鐵科院）檢測，材料檢測合格報驗簽字后才可以使用。配合比經多次試驗優化后報監理單位試驗室驗證審批，驗證合格批準后才可以使用。

4.4 混凝土的施工管理

混凝土生產前由現場監理工程師按照以下程序進行檢測驗收：初支噴射混凝土質量驗收合格→斷面輪廓線掃描驗收合格→預應力錨桿、錨索驗收合格、錨桿頭處理完畢驗收合格→縱、環向排水盲管鋪設及驗收合格→各種預埋管路及檢測設施鋪設完畢并驗收合格→土工布、防水板及縱、環向止水帶、止水條鋪設完畢并驗收合格→鋼筋安裝及驗收合格→檢查模板端頭的安裝就位情況、測量開挖輪廓線與模板間的凈距是否符合設計要求，模板臺車安裝就位、調試并驗收合格后，由現場監理工程師簽發混凝土澆筑令。

拌和站接到混凝土澆筑令后，通知駐拌和站監理工程師進行開盤前檢查確認，其檢查內容為原材料各項指標是否合格、檢查施工配合比是否設置準確，檢查機械設備及運輸車輛是否滿足要求，滿足要求簽發開盤令同意開機生產，不滿足要求嚴禁生產混凝土。

采取有效措施防止水泥、礦物摻和料受潮，水泥的入機溫度不應高于55 ℃。

細骨料進場后應堆放一定的時間，待砂堆不同位置的含水率偏差不超過1%時才可以正式使用。

控制混凝土的運輸時間，混凝土攪拌至入模的運輸時間間隔不得超過2.5 h。

在施工過程中，如更換主要原材料的品種及規格，應重新選定混凝土配合比，并對混凝土拌和物的各種性能指標重新進行檢驗。

4.5 混凝土施工過程檢驗要求

混凝土坍落度、擴展度、混凝土擴展時間T400、混凝土溫度等的檢驗要求符合國家鐵路局現行標準《鐵路工程結構混凝土強度檢測規程》（TB10426）的規定?；炷?0 d抗壓強度每班次取樣檢驗一次，每100 m3混凝土取樣檢驗一次；混凝土90 d抗滲等級每5000 m3混凝土取樣檢驗一次，襯砌、仰拱、底板每500 m取樣檢驗一次；混凝土芯部溫度、表面溫度每2模襯砌監測一次；帶模養護時，模板內空氣相對濕度每模襯砌12 h檢測一次。

5 澆筑措施

控制混凝土的運輸時間，混凝土攪拌至入模的時間間隔不超過2.5 h。

混凝土出機后嚴禁加水，澆筑前混凝土出現坍落度損失時，可采用二次攪拌方式調整混凝土的工作性能。

優化布置澆筑窗口，采用分層分窗澆筑，混凝土入模采用分倉下料系統，自由傾落高度不超過2.0 m，泵送混凝土從已灌筑段接頭處向未灌筑方向自下而上、分層對稱澆灌，防止偏壓使模板變形。

為了提高混凝土的密實性，采用附著式振搗器與人工振搗相結合，遵循“平板振動器振搗為主、插入式振搗棒振搗為輔”的原則，在模板臺車上合理布置平板振動器并采用智能化控制系統，避免漏振、過振，保證混凝土的振搗效果。

混凝土標準養護試件及同條件養護試件留置數量按1 d、3 d、7 d、28 d、56 d、90 d、120 d、240 d和360 d的數量留置，標準養護試件和同條件養護試件數量相同，目的是進行標養試件和同條件養護試件抗壓強度對比。

6 養護措施

混凝土拆模后，立即采用自具有式養護膜進行保濕，保濕養護膜具有貼需要在拆模后3 h內完成。保濕養護膜粘貼完成后采用充氣式帆布進行保溫，保濕、保溫養護的時間不少于14 d。

6.1 自具有式保濕養護膜

養護階段是保證長壽命混凝土耐久性的重要階段，針對現有噴淋養護方式養護頻率不夠，容易形成干濕交替的缺點，長壽命耐久性混凝土拆模后，立即采用自具有式保濕養護膜進行保濕養護（如圖1所示），保濕養護的時間不少于14 d。

6.2 充氣式帆布襯砌保溫氣囊進行保溫

為了防止混凝土表面溫差裂紋的產生，采用預埋混凝土溫度傳感器進行溫度監測、充氣式帆布襯砌保溫氣囊（如圖2所示）進行溫度調節，有效控制了襯砌混凝土芯部溫度與表面溫度、表面溫度與環境溫度之間的溫差。通過襯砌混凝土芯部溫度和表面溫度監測，采集到混凝土內外溫差在3 d后下降至15 ℃，以此確定了充氣式帆布襯砌保溫氣囊養護的拆除時間。

圖1 自具有式保濕養護膜

圖2 充氣式帆布保溫氣囊養護

7 監測措施

主要采用混凝土密實性的快速檢測方法對實體結構混凝土的質量進行檢測，并采用預埋監測元器件對實體結構健康狀態的關鍵參數進行長期監測。

7.1 采用氣體滲透系數測試儀快速評價實體混凝土質量

采用Torrent混凝土滲透性測試儀對混凝土質量進行快速檢測。

7.2 采用預埋監測元器件長期監測實體結構健康狀態的關鍵參數

采用CO2濃度傳感器、溫濕度傳感器長期監測混凝土服役環境參數，采用Corro-Watch監測傳感器監測鋼筋銹蝕狀態，并搭建耐久性無損監測系統平臺。

7.2.1 外掛式CO2、溫濕度無線傳感器

用于監測不同部位混凝土所處環境中CO2的濃度和溫濕度。具體傳感器型號根據地下車站環境中的CO2濃度預測上限以及環境溫濕度預測值，確定其測試量程、工作溫度和工作濕度。

CO2溫濕度無線傳感器安裝于二襯混凝土左右邊墻，距地面以上1.5 m處，沿隧道長度方向平均間隔30 m設置一個測點，共設置6個傳感器。

7.2.2 埋入式鋼筋銹蝕傳感器

采用Corro-Watch鋼筋銹蝕傳感器監測不同位置處鋼筋的銹蝕狀態。鋼筋銹蝕傳感器安裝于二襯混凝土左右邊墻，距地面以上1.5 m處，沿隧道長度方向平均間隔30 m設置1個測點，共設置6個鋼筋銹蝕傳感器。

8 檢驗措施

混凝土原材料進場后，施工、監理單位應對原材料的品種、規格、數量以及質量證明文件等進行檢查驗收，并按國家鐵路局現行標準《鐵路工程結構混凝土強度檢測規程》（TB10426）的規定取樣及復檢，經檢驗合格后的原材料才可以進行生產混凝土。

施工過程中混凝土質量檢驗要求應該符合相關規定，見表3。

表3 混凝土施工過程檢驗要求

施工后應該按照要求（見表4）對實體結構混凝土性能進行檢驗。

表4 實體混凝土質量抽檢要求

9 結論

在施工過程中從材料措施、生產措施、澆筑措施、養護措施、監測措施和檢驗措施等方面進行管理，對各種原材料及配合比的主要技術參數進行控制，優化模板臺車的澆筑窗口，采用振搗智能化控制系統，提高混凝土的密實性，通過與普通混凝土試驗檢測數據對比顯示，長壽命耐久性混凝土強度穩定增長，有效地提升京張高鐵八達嶺長城地下車站隧道襯砌混凝土的施工質量。

根據混凝土水化過程中的溫度變化，采用保溫保濕養護措施，動態調整混凝土表面的溫度和濕度，減少混凝土表面的裂紋，耐久性指標檢測顯示較普通混凝土有了較大提升，有效延長了隧道襯砌混凝土結構的使用壽命。