摘 要：伴随着我国工程建设可持续发展战略的不断拓展，城市轨道混凝土工程的耐久性设计与应用研究逐步得到了关注。本文基于上海市城市轨道交通地下工程混凝土结构设计和环境调查来论证该工程混凝土耐久性设计的方法和措施，从而可以为上海市城市轨道交通工程混凝土耐久性设计提供可参考的依据，为推进地下混凝土结构耐久性设计与应用实践于上海市轨道交通工程基础性保障的实现。
关键词：城市轨道工程；混凝土工程；耐久性设计；环境条件
基于上海市城市轨道交通地下工程混凝土结构设计和环境调查来论证该工程混凝土耐久性设计的方法和措施是本文的基本目的。笔者浅尝辄止，以上海市城市轨道建设工程实例举证，就上海市城市轨道交通工程地下混凝土结构的耐久性控制现状及重要性著以阐述，重点针对混凝土耐久性控制技术进行分析与研究。
1、上海市城市轨道交通工程耐久性控制现状及重要性
1.1耐久性控制的现状
上海整个市区范围的地下水位埋深均在0.3m～1.5m之间，微承压水和承压水头的埋深则分别为3.0m～8.0m和3.0m～10.0m，呈现幅度和周期不尽相同的变化。上海市一号线和二号线城市轨道交通工程的车站和盾构区间埋深普遍达到了10m～20m，部分地段埋深将近达到30m左右，由此导致车站和盾构区间外表面承压水压力过大，引起地下水中含有害离子的渗透速率加快。上海市地处沿海地带，地下水水质较为复杂，Cl-（氯离子）和SO42-（硫酸根离子）的含量要明显高于部分沿河城市的地下水Cl-（氯离子）和SO42-（硫酸根离子）含量。因此，上海市的城市轨道交通工程混凝土施工更需要关注和控制地下水对砼构件的腐蚀影响。另外，上海市属于亚热带海洋性季风气候，城市地表的极低温度可以达到零下9.4℃，月平均温度最低可达到4.1℃，稍高于微冻地区的气温标准，因此，混凝土施工受到冻融循环作用的影响几乎可以忽略。上海城市轨道交通工程在其试运营期间温度处于25℃～28℃之间，空气湿度则为40%～80%，站台和站厅内CO2含量较高（一般运营期为0.15%左右）且相对湿度变化较大，盾构区间和站厅交界位置CO2的含量较低且相对湿度稳定。因此，车站内的混凝土构件由碳化作用造成的影响比较大。以一号线工程为例，车站运营10a，混凝土构件表面碳化5mm～10mm。另外，混凝土构件中的钢筋在杂散电流的侵腐作用下也会受损。如列车采用1500V直流电源进行供电，牵引供电的接触网 和受流器引起的杂散电流比较小，一般低于10mA～100mA的电流混凝土构件钢筋受弥留腐蚀作用影响可以忽略，但于部分特殊构造位置和排流网局部仍会存在杂散电流局部腐蚀的质量隐患。从一号线和二号线在建项目中调查发现，车站中部分地下连续墙、内衬侧墙和底板等混凝土构件存在裂缝和渗水问题，盾构管片的接缝位置也有不同程度的渗水情况，这些情况多出在比较特殊的干湿交替环境下。
1.3耐久性控制的重要性
钢筋混凝土结构一直以来都被看作是一种耐久性良好的结构型式，因此应用范围比较广泛。但是，钢筋混混凝土结构在其应用150年间，很多结构失效问题会直接导致钢筋混凝土结构的使用寿命急剧缩短，而导致结构失效问题的原因很多，其中结构设计强度不足造成结构承受荷载不利变化情况普遍，而钢筋混凝土结构的耐久性问题也是其中一种比较常见的问题。从国内外大量工程实践中发现，因钢筋混凝土结构耐久性病害造成的工程损失是无法想象的，因此针对钢筋混凝土结构耐久性这样棘手的问题势必需要展开认真的研究，既要对在建项目进行科学合理的耐久性评估和服役期限预测并选用正确的方法进行处理，又要对拟建项目进行相关耐久性的设计工作，明确揭示可能影响到钢筋混凝土结构使用寿命的各项因素，从设计和施工两个方面提高质量水平。
2、在施工过程中耐久性控制的关键技术
城市轨道交通工程地下混凝土结构一般选用强度等级至少为42.5的硅酸盐水泥，预制的盾构管片构件和其他车站砼构件均需采用抗裂缝且防渗的专项技术措施。由于地下混凝土结构长处特殊环境之下，还应采取相应的防腐蚀措施，在每个节点施工完毕以后要实时进行监控与测量。
3.1混凝土原材料的选用
施工选择品质合格和经济使用的高性能原材料，且在施工中严格控制原材料质量的波动。通常，城市轨道交通工程混凝土施工均采用强度等级至少在42.5以上的硅酸盐水泥（如表1-1），掺合材料则选用品种良好的粉煤灰、矿渣和微硅粉等具有活性的矿物搀和材料（如表1-2、1-3），细集料选用细度模数为2.3～2.9且颗粒级配为II区的中粗砂（如表1-4），粗集料则选用粒径为5mm～25mm且颗粒级配良好，外加剂则选用聚羧酸高效减水剂，根据施工环境可选择性加入聚丙烯等有机类纤维材料。而高性能混凝土在施工当中需注意很多细节，如注意控制钢筋混凝土构件的保护层厚度，保护层的垫块一般选用塑料保护层定位夹或定型的纤维砂浆块等，混凝土的浇捣施工必须严格密实；如浇筑大体积混凝土构件
则应该在气温低的条件下进行，可从施工角度控制混凝土入模的温度，一般于夜间施工居多；再如混凝土构件的养生，在浇捣完毕后立即对成型的构件进行遮覆保水，避免混凝土构件失水过快。
品种 | 比表面积
（m2/kg） | CL-含量
（%） | 性 | 标准稠度
（%） | 3天抗压强度
（Mpa） | 机械原理模型 28天抗压强度
（Mpa） |
P.042.5 叶轮加工 | 370 | 0.018 | 合格 | 27.8 | 25.4 | 48.5 |
P.II52.5 | 380 | 0.016 | 合格 | 26.1 | 34.3 | 58.4 |
| | | | | | |
表1-1硅酸盐水泥的性能指标
密度
（g/cm3） | 比表面积
（m2/kg） | 流动度比
（%） | 烧失量
（%） | 7天抗压强度比
（%） | 28天抗压强度比
（%） 太阳能热水器控制器 | 含水率
（%） | 氯离子含量
（%） |
2.82 | 426 | 100 | 0.03 | 78 | 98 | 0 | 0.02 |
| | | | | | | 打棉机 |
表1-2矿渣的性能指标
细度45μm方孔筛筛余
（%） | 需水量比
（%） | 烧失量
（%） | 碱含量
（%） | 氯离子含量
（%） |
电子台历5.3 | 101 | 1.8 | 1.07 | / |
| | | | |
表1-3粉煤灰的性能指标
砂名称 | 细度模数 | 空隙率
（%） | 用水量
（kg/m3） | 砂率
（%） | 坍落度/扩展度
（mm） | 28天强度
（Mpa） |
人工砂 | 3.5 | 43 | 170 | 糖炒栗子机47 | 离析 | 43.1 |
天然细砂 | 1.9 | 47 | 170 | 38 | 175/310 | 44.1 |
人工砂（掺15%细砂） | 3.3 | 42 | 170 | 43 | 200/420 | 45.1 |
人工砂（掺20%细砂） | 3.2 | 40 | 170 | 43 | 210/450 | 46.1 |
人工砂（掺30%细砂） | 3.1 | 41 | 170 | 43 | 200/390 | 47.1 |
| | | | | | |
图1-4细集料的物理性能及其配制混凝土构件的性能与强度
3.2防腐蚀措施的应用
施工环境和经济性可允许的条件下，采用防水卷材和有机涂料施工，必然要考虑到涂层的渗透性，从而为施工当中可能会出现的早期裂缝问题进行封闭处理以提高混凝土构件的抗渗水性能和抗裂性能。另外，在施工风井侧面涂刷抗碳化防水涂层以规避碳化和冷凝水的不良影响。
3.3混凝土构件的质量监测
（1）原材料的性能监测。施工中提取混凝土试件进行材料性能检测和同条件下的模式试验，建立并完善针对钢筋混凝土结构施工长期的在线监测机制。
（2）杂散电流的腐蚀监测。
应用长效铜/硫酸铜电极进行杂散电流的腐蚀监测，并辅以智能排流调解系统，从而形成腐蚀监测和防治的同步结合。
（3）裂缝和渗水监测。
定期对钢筋混凝土构件是否存在裂缝和渗水问题进行监测，观察已出现裂缝的发展体征并描述。
4、结束语
综上所述，城市轨道交通工程混凝土施工的耐久性能主要受碳化、腐蚀、杂散电流、裂缝和渗漏水等问题影响。鉴于这些问题我们在设计中应该遵循“以防为主”的基本原则，施工中也要将重点工作放在“预先设防”和“兼顾经济”两个方面。笔者通过撰写此文，旨在促进交流学习，共同进步。
参考文献
[1] 汪秀嶂,韩延飞;城市轨道交通工程邻近施工安全风险评估技术[J];山西建筑;2011,(23).
[2] 俞海勇,鞠丽艳;上海城市轨道交通工程混凝土结构耐久性设计与实践[J];地下工程与隧道;2009,(S1).
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