地下车站变形缝设计讨论
摘 要 从解读《地铁设计规范》中与变形缝相关的条例入手，通过总结分析国内主要地铁城市变形缝设置常规做法，得出了从施工和设计两方面增大分缝距离的措施。
关键词 地铁车站 变形缝 分缝距离 施工措施
随着城市地铁建设的迅猛发展，地下结构的设计质量成为人们日益关心的问题，其中裂缝控制问题尤其突出。地下车站一般属于超长结构，由于围岩条件、结构形式与构造、构件施作顺序等的不同，地下结构内外部约束条件差异会比较大，因此，《地铁设计规范》( GB 50157 －2003) 规定地下结构应设置变形缝，车站主体结构变形缝应控制在 30 ～40 m，可以较好地释放混凝土干缩和温度变化引起的纵向应力。但对施工的工艺要求高，容易造成渗水等问题，且在断缝两端宜做成双柱或调整柱距，对车站建筑布置有一定影响。
1 相关《地铁设计规范》条例分析
《地铁设计规范》( GB 50157 － 2003) 对主体结构变形缝的设置作了以下规定:
( 1) 地下结构应设置温度变形缝。缝的间距可根据施工工艺、使用要求、围岩条件以及运营期间地铁内部温度相对于结构施工时的变化等，参照类似工程的经验确定。
( 2) 钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间应符合表1 规定。
( 3) 对下列情况，如有充分依据和可靠措施，伸缩缝最大间距可适当增大:
①混凝土浇筑采用后浇带分段施工;
②采用专门的预加应力措施;
③采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施。
上述规定容易引起岐义的地方在于: 必须设置温度变形缝; 作为强条规定的地铁规范中分缝的长度并无具体规定; 主要依靠工程经验。( 在地铁中如果分缝距离过长，就可能导致整体单体构筑物( 车站) 不设置温度变形缝) ; 认为在采取一定的措施后，分缝距离可以增加。
同时还必须计算温度变化及混凝土收缩对结构的影响。
2 各地的习惯作法
2． 1 北京地铁
地下结构设置变形缝受下列因素影响: 温度影响、材料影响、施工影响、地震影响、地基影响。严格意义上，对于行车结构的变形缝仅指纵向伸缩缝。规定如下:
采用明挖法施工的车站主体结构，一般情况下伸缩缝的间距不超过 80 m。当确有困难不能设缝时，最大长度不应超过 120 m，但须有施工技术措施( 从材料掺加剂、施工缝、后浇带、膨胀带、混凝土浇筑、温度控制等方面提出要求) ，并经过专家论证，且单侧纵向配筋率不能低于 0． 25%。
这种方法较好地释放混凝土收缩和温度变化在结构中产生的纵向应力，纵向分布钢筋的配置数量较少。
缺点在于:
( 1) 对施工的要求较高，否则在接缝处容易出现渗漏等问题。
( 2) 一般需要在断缝两侧作成双柱或调整柱距，影响车站的建筑布置。
2． 2 上海地铁
车站设置横向诱导缝，将可能产生的混凝土收缩温差裂缝产生在人为预留不影响结构基本受力特征的诱导缝处( 诱导缝处将钢筋断开一部分，使其强度较正常部位略低) ，而且裂缝宽度应控制在外贴防水层和楼板建筑装饰层允许拉伸的范围内，并且裂缝不贯穿整个截面，保证“裂而不漏”。
通常做法是: 诱导缝的间距宜为 24 m，如遇楼板开大孔、侧墙上有通道口、风道口等处不能设置时，缝距可适当放长，其中宜加设施工缝，并适当增加纵向分布筋。当缝设在 1/3 ～1/4 跨度处时，顶板纵梁两侧各 1 m 范围内钢筋全通，并且在该区域内应附加与原钢筋直径、间距相同的钢筋( 纵向长度为 6 m，缝两侧各 3 m) ( 见图 1) ，顶板其余部分、中板及侧墙的纵向钢筋通过总数的 1/3，以此减弱接缝处的结构强度。
底板的纵向钢筋均全通并设置榫槽，以防止底板产生竖向沉降差( 见图 2) 。
2． 3 广州地铁
地下结构应设置温度变形缝。缝的间距可根据施工工艺、使用要求、围岩条件以及运营期间地铁内部温度相对于结构施工的变化等，参照类似工程的经验确定。车站原则上不设或少设缝。只有在采取必要的工程措施，如设置后浇带、间隔跳开施工、用膨胀加强带、采用补偿收缩混凝土等，有效地减少混凝土温度应力和收缩应力，确保避免发生有害裂缝后，可以少设或不设伸缩缝。车站或隧道分缝长度超过规范要求时，纵向分布钢筋配筋率应适当加大。
从上述各地的作法中，可以得出如下结论:
( 1) 地铁一般属超长结构，目前工程界已经认识到控制此类结构纵向应力的必要性;
( 2) 如何控制分歧较大，做法也不统一;
( 3) 如果设置变形缝，极易引起缝两端的轨道结构产生过大的差异沉降而危及行车安全。在这种情况下，设计必须验算结构的纵向内力和变形，并采取可靠对策。在采取一定的措施后，对分缝的间距都增加了。
3 增大分缝距离辅助措施
3． 1 施工措施
( 1) 控制分段长度
控制分段长度的目的在于: 把结构分为许多小段，可有效地减小前期的温度应力。
各地地铁对施工段的长度控制:
深圳地铁: 8 ～12 m;
上海地铁诱导缝间距: 24 m;
广州地铁: 16 ～24 m;
北京地铁: 在伸缩之间增加 1 ～2 道施工缝。
( 2) 设置后浇带
一般在结构受力较小的位置设置结构后浇带。后浇带的作法是一种扩大伸缩缝间距的有效措施，其目的就是把大部分的约束应力释放，然后用强度稍高的混凝土来填充后浇带，抵抗残余的收缩应力。混凝土开裂基本上可分为 3 个活动期: 混凝土入槽后。在 1 ～ 2 d 内达到温度峰值。然后根据不同的降温速度逐渐降至周围温度，此间混凝土还进行一部分收缩: 往后 3 ～6 个月完成大部分收缩( 约60% ～ 80% ) ，1 年左右收缩基本完成。
( 3) 控制混凝土入模温度、加强养护和洞口遮挡
混凝土入模温度不应高于 320 ℃，不应低于50 ℃ 。混凝土中心温度与表面温度的温差不大于200 ℃ 。夏季施工时应尽可能在夜间浇筑混凝土。
( 4) 及时回填。
3． 2 设计措施
( 1) 采用高性能混凝土
研究掺合料、外加剂及配合比参数对大体积混凝土水化温升和抗裂性的影响，从水化热和抗裂性角度进行大体积混凝土的制备，努力使内外温差控制在10 ～15 ℃; 采用具有减缩或缓膨功能的新型减水剂进行地铁主体工程混凝土的制备，提高混凝土的抗渗和抗裂性。
( 2) 设置膨胀加强带
通过调整膨胀剂的掺量，可使混凝土获得不同的预压应力。根据水平法向应力曲线，在最大收缩应力一处给予较大的膨胀应力，而在两侧给予较小的膨胀应力，使结构的收缩应力得到大小适宜的补偿( 见图 3) 。
( 3) 配筋加强
由于各地地铁均不同程度的加大了分缝的间距甚至在车站本体取消了温度伸缩缝。故对车站纵向配筋均有一定程度的提高。
北京地铁: 单侧纵向配筋率不能低于 0．25%( HRB335) 。
上海地铁: 上、下侧应配置细而密的分布筋，其每侧配筋率为 0． 25%，钢筋间距宜≤150 mm。顶板与侧墙交角处，板和侧墙两侧各 3 m 的范围内每侧纵向分布筋可按 0． 3%分布。间距≤150 mm。
广州地铁: 车站结构各部位的纵向分布钢筋的配筋率应不小于 0． 5%( 双面) 。
( 4) 温度应力的计算
①混凝土的收缩按降温 100 ℃考虑;
②混凝土的徐变按降温 150 ℃考虑;
③温度作用: 按温差 200 ℃考虑。
通过分别对 40 m、80 m、143． 75 m 长的车站模型分析温度变化的影响( 按最不利温差 － 450 ℃考虑) ，得到图 4 结果。从分析结果来看，车站产生的弯矩和应力随车站的长度增长和温度的深高而增大，但增长变化速率趋缓。
4 结束语
为减少裂缝的产生，地下车站应设置变形缝。只有在采取必要的工程措施，如设置后浇带、间隔跳开施工、用膨胀加强带、采用补偿收缩混凝土等，有效地减少混凝土的温度应力和收缩应力，确保避免发生有害裂缝后，可以少设或不设伸缩缝。
参考文献
1 王铁梦． 工程结构裂缝控制［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2000
2 张雄． 混凝土结构裂缝防治技术［M］． 北京: 化学工业出版社，2007
3 韩素芳，耿维恕． 钢筋混凝土结构裂缝控制指南 ( 第二版) ［M］． 北京: 化学工业出版社，2006
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