李佳晏 葉昌凱

摘要：隨著鐵路工程防火設(shè)計(jì)規(guī)范改版和啟用，在長(zhǎng)度≥5.0km的鐵路隧道設(shè)置消防救援系統(tǒng)，通過(guò)在隧道兩端洞口設(shè)置高位鋼筋混凝土水池解決隧道消防水源，已成為普遍做法。本文針對(duì)山區(qū)施工環(huán)境和復(fù)雜地質(zhì)條件，結(jié)合成昆鐵路擴(kuò)能改造米攀段隧道消防工程施工實(shí)踐，分析了消防水池裂縫形成的原因，并針對(duì)原因提出控制裂縫的解決措施。

關(guān)鍵詞：消防水池；裂縫；控制舉措

成昆鐵路米易至攀枝花段位于河谷階地、構(gòu)造剝蝕中高山兩個(gè)地貌單元區(qū)，沿線不良地質(zhì)主要有錯(cuò)落、巖堆、順層、巖溶及高地溫?zé)岷?、高地?yīng)力等，沿線特殊巖土主要是松軟土、膨脹性巖土及第三系昔格達(dá)（N2x）地層。隧道占鐵路線路總長(zhǎng)83.75%，容量超過(guò)300m3的高位水池共計(jì)16座。消防水池要求限制裂縫寬度為ωmax≤0.2mm。

一般情況下，裂縫寬度較小且不影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能、耐久性的情況下是允許的。對(duì)于山區(qū)地形鐵路隧道消防水池，受特殊地質(zhì)條件和施工環(huán)境限制，較一般民用建筑水池更易出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重者危及消防水源有效供給，對(duì)鐵路行車和旅客安全構(gòu)成較大隱患，裂縫控制更為重要。

一、產(chǎn)生裂縫的具體原因

鋼筋混凝土消防水池裂縫產(chǎn)生的原因主要有荷載裂縫、溫差裂縫、不良構(gòu)造裂縫、施工不當(dāng)?shù)取?/p>

（一）內(nèi)外荷載

池壁與底板在收縮過(guò)程中變形不一致，池壁變形會(huì)受底、頂板約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力超出其抗拉極限時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫。在地質(zhì)不良的山區(qū)施工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、施工機(jī)械和基坑回填方式不當(dāng)、施工后地層淺表滑移等外部附加荷載也會(huì)造成裂縫。

（二）溫度變化

水化熱溫升和環(huán)境之間的溫差本身容易導(dǎo)致在混凝土結(jié)構(gòu)表面形成拉應(yīng)力，加之攀西高原地區(qū)晝夜溫差大，山區(qū)野外環(huán)境更容易在混凝土內(nèi)部和表面形成較大的溫度梯度峰值，一旦溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗裂力，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

（三）不良構(gòu)造

消防水池構(gòu)造不合理會(huì)產(chǎn)生裂縫，如池壁薄、構(gòu)造鋼筋設(shè)置不合理；對(duì)于攀西大裂谷這樣的河谷階地地貌，如果設(shè)計(jì)選址正好位于地質(zhì)淺表滑裂面而未采取相應(yīng)設(shè)計(jì)措施，會(huì)在結(jié)構(gòu)上形成非正常集中應(yīng)力，結(jié)構(gòu)變形超過(guò)允許值而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂。

（四）施工不當(dāng)

山區(qū)鐵路施工條件不利，存在機(jī)械就位困難、混凝土長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)惹闆r，在混凝土攪拌、運(yùn)輸、支模、澆筑振搗、施工縫留設(shè)等過(guò)程中，技術(shù)措施如果不合理，會(huì)產(chǎn)生不同方向的裂縫。

二、從多個(gè)方面控制裂縫

下面主要就混凝土材料選擇、施工與養(yǎng)護(hù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三方面著手，降低混凝土溫升、減小混凝土收縮、改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小外部荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，從多方面控制裂縫。

（一）材料的選擇

在鋼筋混凝土水池裂縫控制舉措中，首先應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行選擇和控制，具體措施如下：

1、選擇低熱水泥品種

土木工程經(jīng)常使用的普通硅酸鹽水泥是由一定量的石膏，加硅酸鹽水泥熟料和6%～15%混合材料制成的[1]。這種水泥使用中會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，引起溫升。而在鋼筋混凝土消防水池材料中，選擇使用低熱礦渣硅酸鹽水泥有利于水池抗裂。

2、降低水泥用量

混凝土中的熱量主要由水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生，據(jù)相關(guān)研究顯示，單位水泥用量每增加或減少l0kg，溫度就會(huì)相應(yīng)升高或降低10℃[2]。所以，在水池修建中，適當(dāng)降低水泥的使用量可以減少溫升，減少裂縫產(chǎn)生。

3、控制水灰比

據(jù)相關(guān)研究表明，在水泥使用量不發(fā)生變化時(shí)，用水量增加10%，則混凝土強(qiáng)度會(huì)降低20%，其與鋼筋的粘結(jié)力也會(huì)降低10%左右，干縮會(huì)增加20%～30%[3]。所以，在混凝土澆筑中，既要降低水泥用量，又要使其強(qiáng)度不發(fā)生變化，需要減小用水量，合理控制水灰比。

4、外加劑選擇

消防水池施工適宜摻加的外加劑是減水劑、緩凝劑。其中減水劑使用的目的是保證混凝土和易性的同時(shí)減少用水量，減少蒸發(fā)的水分在混凝土中形成的貫通毛細(xì)孔與空隙；而緩凝劑可以延長(zhǎng)初凝和終凝時(shí)間，減小混凝土從攪拌地到澆筑地的長(zhǎng)距離運(yùn)輸坍落度損失，有利于澆筑后的硬化過(guò)程中充分發(fā)揮混凝土自身強(qiáng)度潛力和材料松弛特性，增加混凝土早期抗裂性能。

（二）施工的研究

在工程施工中，施工水平往往會(huì)影響施工效果，特別是要結(jié)合工程實(shí)際情況，合理采用施工技術(shù)。

1、改善混凝土攪拌振搗

改進(jìn)混凝土的攪拌工藝，如采用二次投料凈漿裹石、適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間等方法可以減少水分與石子、水泥砂漿的集中程度，提高混凝土工作性能；通過(guò)分層、分塊澆筑促進(jìn)水化熱散失。同時(shí)，澆筑后初凝前對(duì)混凝土二次振搗能夠提高鋼筋和混凝土之間的握裹力，減少因地質(zhì)不良而產(chǎn)生的不均勻沉降裂縫，增加混凝土耐久性。

2、降低混凝土出機(jī)溫度

攀西高原屬干熱河谷氣候，日照時(shí)間長(zhǎng)，白天氣溫高，施工中應(yīng)重點(diǎn)控制混凝土溫升?；炷恋脑牧现?，石子比熱相對(duì)較小，但其所占比重較大，而水的比熱大，所占比重卻小得多。所以，對(duì)混凝土出機(jī)溫度影響最大的是水和石子，應(yīng)避免原材料和成品運(yùn)輸中陽(yáng)光直曬、拌合用水加冰、石子沖洗等措施降低溫度，控制混凝土溫升起點(diǎn)。

3、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)期溫度控制

針對(duì)攀西高原晝夜環(huán)境溫差大（約在15℃左右）的特點(diǎn)，應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)期間保溫措施，在外露混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫保濕材料，如草袋、鋸末、濕砂，還可輔以薄膜包覆的方法，使混凝土內(nèi)外溫差≤20℃。在模板拆除后應(yīng)立即回填，無(wú)法立即回填的，應(yīng)重新采取覆蓋保護(hù)措施。

4、做好構(gòu)造鋼筋及預(yù)埋件處理

消防水池除腋角斜筋外，還存在大量的預(yù)埋件。施工前需規(guī)劃好池壁施工縫，避開斜筋及其他易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位。穿池壁的管道及池壁對(duì)拉螺桿須宜采用方形止水環(huán)，并進(jìn)行雙面焊接。預(yù)埋件就位要仔細(xì)清理、可靠固定；基坑回填應(yīng)選用合理的機(jī)械分層夯實(shí)，防止振動(dòng)、撞擊發(fā)生預(yù)埋件變形錯(cuò)位引發(fā)裂縫。

（三）設(shè)計(jì)的探討

設(shè)計(jì)角度對(duì)鋼筋混凝土水池裂縫控制的舉措主要通過(guò)設(shè)置后澆帶、加強(qiáng)構(gòu)造，以及針對(duì)實(shí)際地質(zhì)條件采取構(gòu)造措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體如下：

1、后澆帶

遵循“數(shù)量適中、位置合理”的原則設(shè)置后澆帶，后澆帶在保留期間其溫差引起的變形及30%以上的收縮均可穩(wěn)定。后澆帶施工應(yīng)采用補(bǔ)償收縮混凝土，其限制膨脹率宜在2.5*10-4～3*10-4之間，限制干縮率≤3*10-4，28d抗壓強(qiáng)度最小應(yīng)≥25Mpa。

2、配筋構(gòu)造

構(gòu)造筋對(duì)混凝土構(gòu)造的抗裂有很大的作用，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)其重視不夠。在水池底板上不能采用分離式配筋，應(yīng)該使用上下兩層的連續(xù)式配筋方式，同時(shí)盡可能使用小直徑鋼筋并將其間距減小。水池構(gòu)造可以在空洞四周增加斜向鋼筋及鋼筋網(wǎng)片，變截面上使用局部處理等方法增配抗裂鋼筋。

3、做好不良地質(zhì)設(shè)計(jì)處理

消防水池設(shè)計(jì)定位前應(yīng)仔細(xì)分析地質(zhì)勘察報(bào)告，調(diào)查與相鄰工程的位置關(guān)系、地形地貌等。施工方在開挖過(guò)程中要注意核對(duì)地質(zhì)斷面，基坑開挖完成后及時(shí)會(huì)同勘察、設(shè)計(jì)等驗(yàn)槽，遇有不良地質(zhì)時(shí)應(yīng)對(duì)地基作夯、墊、換處理，針對(duì)淺表滑裂面、高地應(yīng)力采用抗滑樁及其他結(jié)構(gòu)穩(wěn)定措施，甚至變更設(shè)計(jì)位置。

三、結(jié)語(yǔ)：

綜上，鋼筋混凝土消防水池裂縫可以從材料、施工、設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行控制，只有合理的設(shè)計(jì)、合格的材料以及嚴(yán)格施工與養(yǎng)護(hù)才能有效減少水池裂縫，確保消防供水安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]焉永強(qiáng).鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)中的裂縫控制[J].科學(xué)中國(guó)人，2015（12）：82.

[2]陸根葦.大型鋼筋混凝土水池池壁非荷載因素下裂縫研究[D].西華大學(xué)，2017.