浅谈石林隧道仰拱混凝土二次振捣施工技术

摘　要：隧道施工中，混凝土性能不仅关系到施工质量，而且很大程度上决定了施工成本。本文结合石林隧道仰拱施作实例，引入二次振捣这种简单高效的工艺来实现混凝土性能的改善，主要介绍仰拱二次振捣施工技术，并对其机理进行分析。

关键词：混凝土性能、仰拱、二次振捣

1 工程概况
　　1.1工程简介
　　石林隧道位于弥勒～石林板桥之间，设计为单洞双线隧道，线路为“人”字坡，进口里程为DK651+225，出口里程为DK669+443，全长18218m。隧道最大埋深250m，最小埋深6m。进、出口均采用斜切式洞门。
　　石林隧道测区属滇东南高原石林期剥夷面岩溶地貌。地表峰丘洼地、石林、及孤峰平原发育，无大的水系及迳流，地表水以大气降水为主，地下水以岩溶水为主，岩溶发育，含水充沛。
　　1.2仰拱设计概况
　　以石林隧道Ⅲ级围岩A型复合式衬砌仰拱施工过程的混凝土二次振捣阐明混凝土二次振捣施工技术。
　　仰拱采用C30混凝土，设计厚度为50cm，每延米浇筑量为6.14m?，每次仰拱施工长度为6m，每次设计共浇筑36.84 m?。仰拱防水纵向采用中埋式钢边橡胶止水带+遇水膨胀止水条，环向采用中埋式橡胶止水。
2 仰拱二次振捣施工技术
　　2.3二次振捣施工技术
　　2.3.1  二次振捣的时间选择
　　混凝土的二次振捣，是指在混凝土浇筑后的适当时间，重新对混凝土进行振捣。
　　混凝土二次振捣能否取得预期效果的关键是确定合理的振捣时间。如果距离初次振捣时间间隔过短，则效果不明显；如果时间间隔过长，特别是在混凝土初凝后，超出了重塑时间范围，则会破坏混凝土结构，影响混凝土质量。
　　在石林隧道现场施工实际中，仰拱浇筑混凝土坍落度设计为120mm～160mm，水胶比设计为0.45，入模温度在一般在20～30℃。大量实验表明，石林隧道仰拱混凝土的初凝时间一般在3～4小时。                
　　因此，选择在仰拱混凝浇筑完成后2h进行振捣。
　　2.3.2  振捣方法
　　①严格遵循“垂直插入、快插、慢拔、三不靠”的振捣原则。
　　②控制好振捣时间，一般以20～30s为宜，以混凝土开始泛浆为准。
　　③前后间距一般以30cm～50cm，防止漏振，Ⅲ级以上围岩振捣中配合铁钎捣实。
　　④一般情况，振捣器作用部位长度为混凝土层厚度的80%，Ⅲ级围岩混土厚度为50cm，因此，选择作用部位长度为40cm的振捣器。
　　2.3.3 二次振捣的注意事项
　　①气温：混凝土的凝结时间与气温变化密切相关，气温升高则凝结变快，二次振捣的时间就应提前，反之就要推后。另外，还应注意昼夜温差，对振捣时间适时调整。
　　②水泥品种：掺有混合材料的水泥一般较纯熟料水泥凝结时间长，例如矿渣酸盐水泥较普通硅酸盐水泥凝结时间长。
　　③混凝土强度等级：在其它条件相同的前提下，强度等级高的混凝土凝结时间短。
　　④坍落度：一般情况，凝结时间随坍落度增加而有一定的延长。但是在隧道温度较高时，混凝土的凝结时间受坍落度的影响很小。
　　⑤水灰比：二次振捣对小水灰比的混凝土增强效果好，对水灰比大的混凝土增强效果较差。
　　⑥在确定混凝土初凝时间时，考虑到一般施工工地不可能配备混凝土贯入阻力仪，可以要求试验室在测定混凝土凝结时间时，同时测定混凝土的坍落度，以坍落度值间接判定混凝土初凝时间。
3 二次振捣的优点及机理分析
　　3.1 二次振捣对混凝土拌和物密实度以及整体均匀性的提高。
　　混凝土在振捣作用下会趋于液化，具有一定的流动性，在振捣成型及其随后的静停过程中，很少能实现相对稳定的状态，粗骨料在自重作用下仍有下沉，水分和气泡上升，这种物理现象会一直持续到混凝土失去塑性（初凝之前止），其结果会造成粗细颗粒上下分布不均匀的现象。粗大颗粒在混凝土凝结前的下沉，就使得下部的密实度大于上部。所以混凝土的下部强度总是大于上部。而且随着外分层的发展，还会出现内分层，即粗骨料周围区域密实度发展不均匀。外分层与内分层的共同特点都是在骨料的下部形成充水区，充水区中也含有一部分气体，随着水分蒸发后，就会成为空穴，降低混凝土的强度。间隔一定时间进行的二次振捣，可以使本来已经接近凝结的混凝土经振捣液化，重新恢复塑性，将由于内分层被封闭在粗骨料下部的水囊内的水和气泡释放出来，进而使得这个充水区被水泥浆体所填塞。
　　3.2 二次振捣能加速水泥颗粒的水化
　　混凝土拌和时，水泥颗粒表面的矿物成份就会立即与水发生反应，生成相应的水化产物，水化产物很快溶解于水，水泥颗粒又暴露出新的表面再与水反应生成水化产物，这个过程反复进行，就使得水泥颗粒被层层剥落，直至颗粒完全与水发生反应水化就结束了。但是，在整个水化期间的水化速度不是均匀的。开始阶段水化速度快，水化产物的生成速度要大于其溶解扩散速度，这样很快就会使水泥颗粒周围的溶液达到饱和或过饱和状态，进而析出以水化硅酸钙凝胶为主的半渗透膜层，包裹在水泥颗粒的表面，一定程度上阻止了外部水分向内的渗透以及内部水分向外的扩散，减缓了水泥的水化速度。而且膜层内部水分引起的水化反应使膜层向内增厚，经由膜层向外扩散的水化物聚集于膜层外侧又使膜层向外增厚，这时水化反应就更慢了。此时若给以二次振捣，就可以人为加速膜层破裂，使得外部低浓度的溶液能够再次进入，与尚未水化的水泥核接触，加速水化反应的速度，直到新生成的凝胶体重新修补破裂的膜层为止。
     3.3 二次振捣能加强水泥石同粗骨料以及钢筋间的界面强度
　　由于自重引起的下沉，使得其下部形成充水区，同时一部分水分也会沿着粗骨料的侧面向上运动，使得粗骨料的侧面出现水分上迁的通道，这些通道的存在严重降低了混凝土中浆体与粗骨料同的界面强度，。如果在水泥凝结前给以二次振捣，就会使得粗骨料和钢筋周围的水膜和微孔被粘稠的浆体所填充，随着粗骨料和钢筋周围水泥颗粒浓度的增加，水泥水化生成的水化硅酸钙凝胶的数量也会增多，水化硅酸钙凝胶的比表面积很大，表面能很高，大大加强了界面强度。
4结束语
　　实践表明控制好混凝土二次振捣时间，二次振捣既可以提高混凝土强度约10%-15%，又可以在保持强度不变的前提下节约水泥用量15%左右。这样不仅保证了施工质量，而且可以通过优化配合比来节约施工成本，从而取得良好的社会效益和经济效益。
参考文献:
[1] 《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
[2] 《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
[3] 新建铁路云桂线施工图《石林隧道设计图》（第二册）。