刘雪峰

 

[摘要]本文主要介绍了纤维混凝土在北京地铁10号线二期丰台站主体结构框架中的应用。丰台是地铁10号线最后开工的地铁车站，设计时为了满足工期的要求，将附属工程的出入口、风道及疏散口合并设计在车站内，因此车站宽度创了北京市在建地铁车站跨度之最（宽41.5m，局部宽52.1m，）,属于大体积混凝土，且混凝土节点配筋较密。为了避免主体结构混凝土开裂，增加其抗冲击能力和抗破坏能力，增加韧性和抗疲劳性能，经与设计沟通，施工单位采用了添加改性聚丙烯网状纤维混凝土，取得了很好的效果。

1、工程概况

地铁10号线丰台站位于丰台区孟家村平房区内，位于规划国铁丰台火车站东南角外，在负一层与国铁及规划地铁16号线丰台站换乘。

丰台站主体结构包括地下两层，局部存在夹层；主要为三柱四跨结构，中间向西侧局部凸出一跨负一层风道结构。主体结构南北向长224m，东西向主体宽39.1m，负一层高8.5m，负二层高约8.9m。顶板覆土约3m。

车站南起于右K41+722.185，北止于右K41+946.185，右线全长224.0m。基坑东西向宽41.5m，局部宽52.1m，南北向长226.4m，主体结构部分基坑深约19.65m，局部风道最深约21.65m，基坑面积约为10190m²，为明挖顺做车站。

站内大厅

底板厚1000mm，共分10个流水段，最宽段宽41.5，长26.7m，加之有返梁，单段混凝土的体积可达1200方，属于大体积混凝土，极易开裂。

经监理、建设、设计和施工单位共同协商决定，本工程主体结构采用添加改性聚丙烯网状纤维的纤维混凝土。

2、纤维混凝土的特性

纤维混凝土（fiber reinforced concrete）是纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称。水泥石、砂浆与混凝土的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维，可以克服这些缺点。

所用纤维按其材料性质可分为：①金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。②无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维）。③有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等），合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。

目前发展起来的纤维增强混凝土，应用最广泛的是指钢纤维增强混凝土、玻璃纤维增强混凝土和丙烯纤维增强混凝土。前者在国内已经制成高强纤维混凝土，抗压强度100-110MPa，抗弯强度也接近15MPa，抗冲击强度为普通混凝土的3.6-6.3倍。国家纤维混凝土学术委员会的专家们用直接拉伸试验得到了聚丙烯纤维混凝土应力—应变全曲线，杜拉纤维混凝土在掺量0.5--1.3kg/m时，抗拉强度比基准混凝土提高12-20%，极限拉伸应变提高37-49%，抗断裂能力提高33-68%。

2.1主要特点

（1）抗拉强度高，其抗拉极限强度可提高30～50%。

（2）可以减少裂缝，纤维在纤维混凝土中的主要作用是限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。

（3）与普通混凝土相比，韧性提高的幅度大。

（4）抗冲击强度较高，可提高2～10倍。

（5）收缩率可降低75%。

2.2纤维混凝土的应用范围

（1）重要的隧道、地铁、机场、高架路床、溢洪道以及防爆防震工程及大型地下停车场等；

（2）技术难度较高，抗裂、抗渗、耐磨、抗冲击、抗震要求高的结构性重要部位；

（3）地下室底板、梁板，预应力梁板、挡土墙、消防水池、后浇带等；

（4）转换层大体积混凝土抗裂工程等。

3.纤维混凝土原材料及配合比

3.1纤维混凝土原材料

本工程使用的纤维混凝土由北京北斗星混凝土有限公司生产，生产设备、工艺、组织实施与普通混凝土的生产一致。主要保证实现混凝土的塑形状态的性能，包括流变性、稳定性和触变性，确保混凝土的质量波动减少，性能全面提高。

混凝土的设计强度等级为C40和C50，选用北京金隅集团“琉璃河”牌水泥，强度等级为P.O42.5，水灰比0.38。砂石分别来自涞水和房山，其中碎石最大粒径为25mm。根据设计图纸的要求，为了避免主体混凝土开裂及边角部位的劈裂破损，增加主体结构混凝土的抗冲击能力和抗破坏能力，添加了改性聚丙烯网状纤维，其添加量为0.9kg/m3。

3.2纤维混凝土的配合比

     见下表：

纤维混凝土的配合比用表

4、纤维混凝土的浇筑与控制

4.1纤维混凝土的浇筑

纤维混凝土浇筑前，必须对钢筋设置、模板位置进行预检，确保预留、预埋、预检位置准确。由于地铁工程全线的机电设备繁多，模板位置必须预留准确，一旦预留出现问题，将带来后续无尽的麻烦。

浇筑时必须做好分层，分层厚度0.4m，使得混凝土重力作用得以充分发挥，并尽量不破坏混凝土的整体黏聚性.。

4.2纤维混凝土的质量控制措施

       混凝土浇筑前底部应先填以50mm厚与混凝土配合比相同的减半石子水泥砂浆，以防止柱底或墙根烂根。

4.3纤维混凝土的质量保证措施

（1）浇筑混凝土前，现场应坚持测试混凝土性能要求，不合格的混凝土不得浇筑。

（2）商品混凝土运至现场首先测试其坍落度是否正确，入模温度是否符合技术要求。

（3）混凝土拆模后，应及时将漏浆处清除干净，墙体接茬处应用磨光机打磨顺直，并实行挂牌上墙。

（4）混凝土一旦出现蜂窝、麻面、露筋、缝隙、夹层等质量问题，不得私自抹灰遮盖，必须及时上报并经技术部门同意后方可剔凿修补处理。

（5）泵送混凝土管道内的润管砂浆严禁集中打入模板内。

（6）混凝土施工前，板、墙、梁支撑加固必须经检查验收办完预检，钢筋办完隐检手续，墙柱钢筋绑好定位卡子。

（7）顶板混凝土浇筑完备后，第一边搓平后再做第二次搓平，这样可以防止顶板表面裂缝。

（8）混凝土一次下料不得过厚，以防振捣不实出现蜂窝麻面。

（9）合模和浇筑前认真检查垫块，避免钢筋紧贴模板造成露筋。

（10）施工缝处浇筑前清理干净，避免造成缝隙和夹渣层，模板表面清理干净，不得粘有干硬水泥沙浆等杂物，均匀涂刷脱模剂，保证混凝土成型后表面光洁、美观。

（11）浇灌混凝土时应注意保护钢筋位置,随时检查模板是否变形、移位，螺栓、拉线是否松动、脱落或出现涨模、漏浆等现象，并派专人修理。

（12）计算每层混凝土用量，估算初凝之前必须完成的混凝土用量，据此提出均匀供应混凝土的速度要求，不出或少出施工缝。

（13）严格控制拆模时间，夏天应达到1.2MPa，冬天达4MPa方可拆模，防止拆模过早导致混凝土缺棱掉角。冬季施工时，严禁在覆盖保温层上行走,强度不够时，应垫板进行操作。

4.4混凝土结构耐久性的保证措施

（1）混凝土浇捣

混凝土浇注、振捣是保证混凝土工程质量的关键性工序。混凝土施工中最常见的质量事故如蜂窝、麻面、孔洞、露筋，埋件和转角处多孔疏松，拆模时脱棱掉角、表面泛浆和多孔，使混凝土的密实性降低，从而降低了混凝土的耐久性。此类质量问题多是因振捣过度或振捣不足或漏振所致。混凝土施工中采用插入式振捣器，为避免超振、漏振、欠振现象发生，振捣时特别注意以下规定：①每一振点的振捣时间，保证混凝土振捣密实，即表面呈现浮浆和不再沉落为止；②采用插入式振捣器的移动间距，不大于作用半径的１倍；振捣器距模板不大于作用半径的1/2，并避免碰撞钢筋、模板、吊环、预埋件；为使上下层混凝土结合成整体，振动器插入下层混凝土50mm。

另外，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，可增强表面密实度，提高混凝土耐久性。

（2）混凝土养护

混凝土的养护是影响混凝土耐久性的又一重要因素。混凝土是一种疏松多孔的混合物，新拌混凝土中存在着大量均匀分布的毛细孔，其中充满水，使水泥进一步进行水化作用，使大孔变成小孔增加混凝土的密实度。因毛细孔是相通的，如外界环境湿度低，毛细孔水会向外蒸发，减少了供给水化的水量。如果环境湿度大或继续放在水中，则可通过毛细管向外补给水化用水，混凝土性能就能不断提高。在干旱多风天气，毛细孔水迅速蒸发，水泥不仅因缺水而停止水化作用，还会因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩。此时混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力很快使混凝土开裂，破坏混凝土结构，造成质量事故。因此混凝土浇捣完毕后必须及时养护。

普通混凝土在浇筑后12h内即开始养护。在气温高于5℃时一般采用洒水或蓄水养护，即自然养护，如平均气温低于5℃，不得浇水。养护时间不能少于7d。对防水及高耐久性要求的混凝土要延长养护时间，不少于14d，且优于洒水养护。冬期施工时，应用阻燃岩棉被进行覆盖保温。

4.5防止大体积混凝土产生裂缝的措施

大体积混凝土产生裂缝的原因是很复杂的，而且往往是各种因素的综合。为防止混凝土产生裂缝，结合大体积混凝土裂缝的“抗放结合”理论，应采取诸如控制混凝土内外温差、延缓降温速度、减少混凝土的收缩等方面一系列技术措施。加入纤维固然能起到减少裂缝的作用，但是常规的措施不仅不能减少，还需进一步加强。

4.5.1施工方面采取的措施

（1）混凝土避免采用高水化热水泥，优先采用双渗技术（掺高效减水剂加优质粉煤灰或磨细矿渣），车站顶、地板、侧墙采用高性能补偿收缩防水混凝土。

（2）混凝土采用自然流淌（坡度控制在1：5以内）、分层浇筑，分层厚度为300mm左右。

（3）混凝土泌水处理和表面处理

混凝土在浇注、振捣过程中，上涌的泌水沿混凝土面排到后浇带的排水沟，通过沟内设置的集水坑抽出基坑，以提高混凝土质量，减少表面裂缝。浇注混凝土的收头处理也是减少表面裂缝的重要措施，因此，底板混凝土表层要求用振捣棒进行二次振捣，以确保混凝土表面的密实度。在混凝土浇筑后，先初步按标高用刮尺刮平，待第一层混凝土振捣完成20-30min并已浇注出一定面积后，在混凝土初凝前再进行第二次振捣，在振捣过程中严禁触及钢筋、模板，以免发生移位、跑模现象。

（4）二次振捣后，在初凝前用铁抹子将混凝土表面拍实搓压，保证表面的密实度，减缓混凝土表面失水速度。表面压实后稍待收水，及时覆盖保温保湿材料。

（5）控制混凝土出机温度小于30⁰C，在上层混凝土浇注前，使其尽可能多的散发热量，降低混凝土的温升值，缩小混凝土内外温差及温度应力。

4.5.2混凝土的养护

（1）混凝土的表面处理和养护工艺的实施是保证混凝土质量的重要环节，掺有膨胀剂的混凝土需要更充分的水化，本工程采用自然养护的方法。

（2）对已浇注完毕的混凝土，加以覆盖和洒水养护。浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态，并且用塑料布覆盖严密，并保持塑料布内有凝结水，严防混凝土裂纹的出现，冬期施工时应覆盖岩棉被。

（3）侧墙混凝土在拆模前洒水，拆模后立即覆盖塑料布，冬期施工时覆盖防火阻燃草帘和阻燃岩棉被。混凝土的养护期间派专人负责，养护期不少于14天。

4.6实施效果

经过各方努力，地铁10号线丰台站框架底板、顶板及外墙采用纤维混凝土拆模后，效果良好，外框架没有出现明显的外观裂缝，实践说明，纤维混凝土在丰台站的大体积浇筑应用是成功的，可以减少大体积混凝土水化热导致的开裂，并且大大提高了防水效果。

 

参考文献：

[1]黄承逵. 纤维混凝土结构[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[2]徐至钧. 纤维混凝土技术及应用[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

     [3]孙家瑛、李士恩. 聚丙乙烯纤维增强钢丝网混凝土薄板力学性能试验研究[J]. 混凝土与水泥制品，2002（4）

[4]朱江、宋芳. 纤维改性水泥基材料的热性能研究[J]. 河南科学，2002（6）

[5]李俊毅、陈发科. 聚合物纤维混凝土在渠道防渗中的应用[J]. 节水灌溉，2001（5）

 

                            （作者单位：北京城乡建设集团有限责任公司紫荆市政分公司）