1、浅谈预制混凝土衬砌管片常见质量问题与预防摘 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1 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
2、和规避措施。2 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、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。2.1 蜂窝、麻面、气孔2.1.1 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，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1mm以内，深度在lmm以内；二是较分散的大气孔，孔径在2mm以上，最大的可达lOmm，深度在10mm以内。2.1.2 危害管片的蜂窝、麻面及气孔的存在会影响管片的防水功能和
3、外观，降低管片的耐久性。2.1.3 原因分析(1)施工原因，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，在附着式气振下，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，使此处混凝土气泡较多、较大。 施工人员没有严格按照操作规程要求，振动时间不够，导致欠振。(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
4、出现明显区域性的小气孔。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，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
5、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。2.1.4 解决方案(1) 对于附着式气振钢模，应合理控制振捣时间，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。(2)正确使用脱模剂。脱模剂分水性和油性两种，一般选用油性脱模剂。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
6、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，同时加强对重点部位，如止水槽处、管片收边处等部位的涂刷。(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。2.2 缺棱、掉角及飞边2.2.1 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)。2.2.2 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。2.2.3 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，
7、形成漏浆现象，管片脱模时，漏浆处混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。(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。2.2.4 解决方
8、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。(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。2.3 裂缝2.3.1 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
9、的拼接面上，内弧面一般很少出现裂缝。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1030mm，缝宽0.1mm 以内；二是平行于短边的规则裂缝，位于管片两端，缝长30-80mm，缝宽0.1mm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3080cm，中间缝宽最大可至02mm，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。2.3.2 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，严重的会影响管片的结构性能。2.3.3 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
10、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。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50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
11、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6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。(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2h，使混凝土达到终凝； 蒸养时，升温速度不宜超过15h，降温速度不宜超过20h，恒温不宜超过60； 避免蒸汽直接吹在钢模上； 使用耐高温、摩
12、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2O以内； 管片温度高于室外温度20时，必须在蒸养罩（蒸养室）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6层。2.4 烂孔2.4.1 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。粘皮烂孔表现形式为孔四周混凝土粘皮脱落，深度可至lOmm，一般存在于拼接面的螺栓孔处；挤压烂孔一般出现在螺栓孔的一侧，大小30-5
13、0cm，深度可深至钢筋，成凹锥形状。2.4.2 危害烂孔会影响管片的外观、结构和耐久性。2.4.3 原因分析(1)粘皮烂孔：由于橡胶垫圈未清理干净、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20MPa左右)，孔一侧受到吊具挤压，使该侧混凝土的保护层脱落。2.4.4 解决方案(1)提高管片起吊强度，使混凝土强度达到20MPa以上。(2)改变吊具受力方式，使管片螺栓孔孔口侧壁混凝土不受压力。(3)加大浇筑混凝土前橡胶垫圈的检查，对变形的垫圈及时更换。3 尺寸偏差问题3.1 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
14、产尺寸一般都较设计的大0lmm；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，应引起高度重视。3.2 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。3.3 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。3.4 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
15、偏差的密封胶条必须及时更换，检查模具四周校验刻痕是否对齐；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。(2)加强钢模的检测力度，钢模每生产100次(环)必须进行系统检验，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。4 内在质量问题影响管片结构受力性能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。4.1 混凝土强度不合格(1)表现形式管片成品脱模后，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
16、8d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。(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)原因分析生产过程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7d，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。(4)解决方案把好原材料关，合理选择砂石级配标准；(2)有效控制
17、搅拌时间，搅拌时间不易小于90s；(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)加强坍落度的控制和监测，混凝土坍落度控制不宜大于70mm；(5)加强管片的振捣，做到不欠振、不过振；(6)加强管片的后期养护，水养必须不少于7天，水养时，水应超过管片顶面20cm。4.2 钢筋骨架制作不合格(1)表现形式受力主筋翘曲，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；(3)虚焊、漏焊、脱焊；(4)焊点“咬肉”、烧伤；(5)钢筋骨架整体变形等。(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)原因分析a.原材料不合格，如钢筋月芽肋不直或钢筋的含碳量
18、超过规范允许值，导致钢材软硬不一；b.制作不规范，对于翘曲钢筋未校正；c.吊运及堆放不规范，多层起吊，超层堆放，使钢筋骨架变形； d.下料尺寸计算有误。(4)解决方案a.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；b.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训；c.水平堆放不易超过5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；d.加大钢筋骨架的检查力度。5 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、粘皮、蜂窝、麻面、气泡
19、、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、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。6 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，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(GB/T 220822008)2预制混凝土衬砌管片生产工艺技术规程(JC/T 2030-2010)
