李新

（中铁十四局集团第二工程有限公司，山东 泰安271000）

1 概述

自密实混凝土在施工应用中，不需振捣便能够实现与模板、钢筋之间的密实成型，有效避免了因振捣不足导致的混凝土蜂窝、麻面、空洞等质量缺陷，同时也避免了因过振引起的混凝土离析现象，造成混凝土骨料与水泥浆严重分离，跑浆、漏浆，强度不均，影响主体结构的整体承载力。

自密实混凝土不仅能够解决混凝土结构质量通病，提高施工质量，且能够显著降低施工噪音，保障文明施工，提高施工效率和进度，在市政工程项目施工中取得了显著成效。

2 工程概况

迎泽大街下穿火车站通道建设工程位于山西省太原市迎泽区，是太原市向东拓展的主通道之一。此次施工采用的是管幕结构法施工工艺，属于国内新兴暗挖工艺。本项目重难点为下穿火车站管幕段施工，工程采用新管幕法施工，在国内尚属首次。下穿通道通车后，太原火车站东、西广场将实现贯通连接，对于改善太原市交通路网、便利旅客出行将起到十分重要的作用。

首先完成南北通道40 根钢管的盾构施工，再将这些钢管小通道分别切割、焊接，彼此进行“穿针引线”，连成两个环环相扣的整体通道。之后，作业人员在通道内绑扎钢筋，整体浇灌混凝土，形成管幕结构。新管幕将永久成为下穿通道主体结构。最后，开挖管幕结构中间土体，进行路面施工，最终形成下穿隧道。

在盾构机钻进施工过程中，自密实混凝土主要应用于预埋孔口管侧墙及管幕段实体结构。南北通道工作井侧墙预埋孔口管净距为165～265mm，孔口管布置见图1。由于孔口管预埋于工作井侧墙中，使用普通混凝土浇筑没有操作平台，且预埋孔口管净间距过小，无法使用振捣棒进行振捣，必须利用混凝土自身的流动性和自浮力从底部开始浇筑，自下而上通过预埋孔口管之间的缝隙，将孔口管之间的空隙填充密实。

图1 孔口管布置示意图

3 自密实混凝土原材料选用及质量控制

自密实混凝土匀称性好，强度高，和易性优，特别是自流动性极佳。原材料直接影响自密实混凝土的强度、工作性能、耐久性等技术指标。

（1）水泥：自密度混凝土中胶凝材料比例较高，为降低混凝土的水化热，减少混凝土的收缩，应优先选择水化热较低的普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不得低于P.O42.5。

（2）掺合料：掺合料的使用可显著增强混凝土的经济性，同时可降低混凝土的水化热，防止养护期间结构表面开裂，提升混凝土的后期强度。本工程采用粉煤灰和矿粉双掺矿物掺合料，极大改善了混凝土抗氯离子渗透能力，降低混凝土孔隙率，细化孔径，提高混凝土对氯离子的扩散阻力，同时掺拌矿物掺合料也提高了混凝土的固化能力。

（3）细骨料：选用级配合理、质地均匀、吸水率低、空隙较小、碱活性合格且含泥量≤3.0%的洁净天然河砂。

（4）粗骨料：考虑混凝土的抗离析、泌水、无需振捣、对钢筋间隙通过性能的要求，必须选用最大粒径≤25mm 且不超过保护层厚度2/3 的级配良好的粗骨料，其中粗骨料针、片状颗粒含量要小。粗骨料松散堆积密度＞1500kg/m3，紧密空隙率＜40%；若粗骨料级配不均匀，自密实混凝土容易出现粘性不足，离析、泌水等质量缺陷。

（5）减水剂：配制自密实混凝土的关键是选用聚羧酸系高性能减水剂。该系列减水剂对水泥具有强烈的分散作用，能极大提高混凝土的流动性和扩展度，降低用水量，控制水胶比，提高混凝土强度。

混凝土用水：混凝土拌和用水和养护用水均要检验合格，符合要求。

4 自密实混凝土配制和性能

选用含泥量≤3.0%的清洁天然河砂，保证其优良的流动性；进行减水剂与水泥之间的相容性试验，选择与水泥相容性好的聚羧酸系高性能减水剂，经过试验确定减水剂的最佳用量，达到自密实混凝土的早强、抗渗等性能；通过掺和料的掺和比例和水胶比的调整，进行自密实混凝土强度等级试验，并最终确定自密实混凝土的理论配合比。

自密实混凝土因其较大的流动性，要求水泥浆有效的包裹骨料，对骨料的选择性极其严格。自密实混凝土的主要难点就是杜绝离析和泌水现象，保持良好的流动性能，无需振捣自流填满预留孔口管空隙。

根据C40 自密实混凝土基准配合比进行配合比优化和组合，分别对水胶比浮动±0.03 和砂率浮动±1%，计算并进行试拌试验，根据材料用量和拌合物性能得出最佳配合比。

表1 C40 自密实混凝土原材料

表2 试拌材料用量（kg/m3）

自密实混凝土的配合比要满足拌合物的施工性能要求，与同等级的普通混凝土相比，自密实混凝土要有较大的浆骨比，胶凝材料用量要大，一般保持在450-550kg/m3；砂率较大，最大可达50%，保持较好的流动性。自密实混凝土因流动性大，以扩展度作为和易性主要检测标准，一般认为自密实混凝土拌合物的扩展度500-700mm。确定各参数，参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）、《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2019）、《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T283-2012），根据设计文件要求通过试验室反复试配和配合比计算，取得满足施工要求的自密实混凝土配合比。

表3 拌和物性能

表4 C40 自密实混凝土配合比试配结果

表5 综合各项指标要求，确定理论配合比为（kg/m3）

C40 自密实混凝土配合比应用于孔口管浇筑前，施工现场配备自密实混凝土配合比验证模型。模型为仅底部相通的两个独立柱体，由一侧灌注，利用自密实混凝土的自重和大扩展度自下而上顶至另一柱顶，不经振捣，验证自密实混凝土的工作性能能否满足施工需求。通过试验可知，自密实混凝土塌落扩展度、间隙通过性均在要求范围内，能够满足施工要求，合格率达到100%，试验结果证明：C40 自密实混凝土配合比合格。

5 自密实混凝土制拌、运输、浇筑

5.1 自密实混凝土的生产过程控制

自密实混凝土搅拌生产时，宜先向搅拌机投入细骨料和胶凝材料搅拌均匀，再加入所需用水量和外加剂，待砂浆搅拌充分后再投入粗骨料，直至搅拌均匀为止。自密实混凝土搅拌时间应略长于普通混凝土，搅拌时间大于120s，但不宜超过180s。出厂前必须对自密实混凝土拌合物进行开盘鉴定，检测其工作性能，和易性合格才能出厂。

5.2 自密实混凝土的运输过程控制

混凝土运输车内应清洗干净，排净积水，并做好防晒、防寒措施；运输途中，搅拌车应保持3r/min～5r/min 的匀速转动；自密实混凝土从投料搅拌到开始浇筑，时间不宜超过90min。本工程根据运距选择的搅拌站运时为60min 左右；运输过程中禁止加水，如浇筑时混凝土工作性能不理想，可由试验人员使用减水剂在不改变水胶比的情况对混凝土状态进行微调，调整不过来直接退回，禁止直接使用浇筑；自密实混凝土的供应要连贯有序，保证施工的连续性。

图2 自密实混凝土配合比验证试验

5.3 自密实混凝土的浇筑过程控制

自密实混凝土浇筑过程中应保持连续对称泵送，必要时降低泵送速度，确保混凝土自密实成型；尽量减少泵送过程对自密实混凝土高流动性的影响，使其和易性不变；浇筑过程设专人盯控混凝土，确保混凝土质量均匀稳定，发现问题及时调整；分层浇筑时要严格控制施工缝，尽量不破坏混凝土的整体粘聚性。

孔口管自密实混凝土浇筑前，要高度重视浇筑前的检查工作。现场采用1 台48m 汽车式输送泵进行供料，泵车布置在给排水工作井上面。开浇前，先将泵车输送管路展开，冲洗干净保持湿润，并保证能达到浇筑的最近、远两点处，输送泵浇筑过程中在近、远两端交替对称浇筑，防止孔口管扭曲变形。先将孔口管底部浇完，再通过自密实混凝土的自重和优良的流动性挤压填充满孔口管之间的空隙，由下而上自管底升顶密实筑满至孔口管顶。混凝土顶升过程要严格控制浇筑速度，保证顶升和停筑过程，停筑时间不宜过长，防止混凝土在孔口管间隙中初凝；自密实混凝土泵送和浇筑过程要保持其连续性，减少分层，保持混凝土流动性；孔口管顶浇筑完毕30min 后，应观察管顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，补浇管顶混凝土。

5.4 自密实混凝土的养护和验收

自密实混凝土浇筑完成后，做好混凝土养护工作。孔口管浇筑期间外界温度较低，在混凝土浇筑及二次抹面压实后或模板拆除后，立即进行覆盖保温，在表面覆一层塑料薄膜或者土工布全断面覆盖，减少表层混凝土的热量扩散，降低内外温差。由于在夏季施工，气温高蒸发快，必须加强混凝土的保湿养护工作。混凝土终凝后，现场派专人定时往混凝土表面洒水养护，缓慢降温，降低温度应力。中午高温时避免阳光直晒，以免产生急剧的温度变化。

图3 预埋孔口管浇筑整体效果图

预埋孔口管自密实混凝土养护24h 后拆模，进行揭板试验。预埋孔口管表面混凝土无灌注空洞，与底部普通混凝土侧墙粘结情况良好，无分层现象。28d 龄期后，对现场自密实混凝土进行回弹试验，对标准养护和同条件养护试块进行抗压和抗渗试验，试验结果证明预埋孔口管自密实混凝土的力学性能、收缩性能和耐久性能均达到设计和规范要求，对本工程具有很好的适应性。

6 结论

太原火车站下穿工程作为国内首例以新管幕法下穿火车站的隧道工程，密集孔口管预埋施工空间极其陕小，无法使用振捣器作业，且配筋分布密集，常规混凝土施工质量无法保证。采用自密实混凝土施工，通过自密实混凝土的自重和极高的流动性能，直接由底部顶升挤压填满孔口管空隙和钢筋间隙，密实成型，过程中无需进行人工振捣，施工迅速、方便。拆模后，混凝土表面平整、光滑，无蜂窝或麻面，施工质量良好，取得了良好的经济效益和社会效益，验证了自密实混凝土的适用性和可靠性，也为类似密集孔口管预埋工程提供了一定的借鉴参考。