行业要闻

 

摘 要: 混凝土裂缝是一个普遍存在而又难以解决的工程实际问题，地下工程由于受到地质条件等众多因素影响而出现混凝土裂缝现象更为突出。本文结合某地铁车站工程实际，重点分析了地下车站混凝土结构出现裂缝的原因，并提出了相应的预防和控制措施，对混凝土的应用和工程的质量都有实际意义。

关键词: 地铁车站 裂缝 分析 控制

 

      随着我国城市轨道交通建设的蓬勃发展，越来越多的城市开始新建城市地下轨道交通工程。由于各地区土层地质情况、施工工艺和设计出发点不同，地下交通设施建成后，甚至在建造过程中不同程度的出现了混凝土开裂和渗漏现象。因此，如何保证地下交通设施建设完成后不直接影本身的使用功能，是整个工程的难点与重点。

      为了有效预防和控制混凝土开裂和渗漏，应通过分析混凝土开裂和渗漏产生的原因，有针对性地进行预防和处理，并针对渗漏的特点，采取切实可行的措施，才能取得较好的效果。本文正式基于这一目的，通过地铁车站建设过程中的具体事例，为今后地铁车站建设提供必要的经验。

 

      某地铁车站位于冲积平原区，地层主要由砂土、砾砂、圆砾层组成，采用 Φ1000@ 1200mm 钻孔灌注桩作为车站围护结构; 因为濒临某江河旁，受大气和江河的补给，地下土层具有一定的孔隙潜水和孔隙微承压水，因此采用 Φ850@ 600mm 的三轴搅拌桩作为车站止水帷幕。车站设计为地下二层的岛式站台车站，标准段内净宽 17. 7m，采用明挖顺作法施工，沿基坑竖向设置 3 道( 端头井 4 道) 支撑，第一道均为钢筋砼支撑，其余为钢管支撑，基坑开挖深度约为 15. 51 ～ 17. 87m。其中，该地铁车站 3 轴 ～22 轴长约 161m，设计共划分为 5 个结构段，设 4条诱导缝，具体详见表 1。

      车站在分段浇筑拆模后发现墙体有裂缝现象，初期出现的裂缝很细，但并未出现湿渍或渗漏水; 随着时间的发展，墙体裂缝继续扩大，裂缝大部分为竖向断续裂缝，甚至达到贯穿的情况，且部分裂缝为两侧侧墙对称出现，墙体部分裂缝有出现渗漏水的现象。本文在每个结构段选取一条裂缝进行观察分析，在每条裂缝上粘贴石膏饼，连续观测 10d，裂缝宽度变化记录如表 2。

      混凝土收温差影响的因素包括混凝土内外温差、昼夜温差、日照下混凝土阴阳面的温差等，尤其是处在季节变化阶段，昼夜温差及空气湿度差别均较大，会增加表层混凝土与内部的温差梯度，从而出现不同程度的开裂。通过以往有关试验分析知^［1］，预防混凝土的收缩裂缝最为现实亦最有效的手段是控制( 降低) 混凝土的温降幅度，采取技术措施降低温降应变和干缩应变的约束度。表 3 和图 1 分别为混凝土 1 ～5 结构段施工情况和天气温度统计，从图表中我们可以看到，结构段 3 在开始浇筑到最后拆模，平均日温差都在 10 度左右，此时混凝土一直处于温降阶段，混凝土内部产生冷缩变形，但是由于此时的混凝土的可塑性已大大减小，冷缩变形受到限制，混凝土内部势必产生拉应力，此时在混凝土中产生裂缝。

      本工程侧墙出现裂缝时，主体结构尚在施工，整个结构体系尚未稳定，尤其是基坑内降水井未封井，坑外水位容易受周边江河湖泊的影响发生变化，水文条件的变化可能使已浇筑完成的混凝土结构产生开裂。此外，本车站地处砂层，且采用钻孔灌注桩作为围护结构，主体结构侧墙采用整体浇筑，具有明显的刚性，因此墙体受周边地层的影响，会产生不均匀的应力变化，导致混凝土内部差生拉应力，从而导致裂缝的产生。

      由于混凝土侧墙的裂缝与其墙体长度有着密切的关系，对于距离较长的车站，常见的方法是设置若干条施工缝和诱导缝。本车站 3 ～22 轴长度约为 161m，共分为 5 个结构段，平均长度 35m，局部浇筑长度达到 40m，从表 2 中可知，车站分段长度越大，裂缝产生后发展的速度越快，分段长度为 40m 的侧墙，裂缝宽度达到 0. 45mm。因此，车站结构段的长度越长，它本身所产生的温度、干缩变形的约束力也越大，其裂缝产生的可能性就越大。

      混凝土配合比中的水泥在水化过程中会产生大量的热量，若按 502J/g 的热量释放计算［2］，本工程混凝土配合比中水泥的用量为 280kg/m³，则释放的热量约为 140000kJ/m³，从表 3中可知混凝土浇筑的平均温度为 28℃，混凝土浇筑时的内部温度达到约 60℃; 如果没有降温措施，混凝土内部温度可能会更高; 由于混凝土内部和表面的散热条件不同，混凝土内部形成温度梯度，造成温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力时，就会产生裂缝。因此，混凝土水泥用量越大，水化热越高，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性就越大。

      混凝土中配筋通常是为了满足结构承载强度需要，但往往也兼控制裂缝的作用。由于混凝土的抗裂性能很低，因此通过在混凝土中配置构造筋，以提高钢筋混凝土的极限拉伸变形值及分散收缩应力，可以将由外力或由收缩引发的混凝土裂缝宽度控制在可容许的限度以内，不使混凝土工程结构的使用功能、耐久性以及外观等因素受损。由欧共体 EC2 －91F 规范的混凝土平均裂宽估算式可知［3］，减小钢筋拉应力或增大配筋面积是控制裂宽的重要手段，而采用较小直径并较高粘结力的钢筋有利于裂缝控制。

      因为混凝土抗拉伸性的波动性远大于抗压缩的波动性，而混凝土裂缝又总是发生于抗拉伸的薄弱环节。结合本工程施工实际，在浇筑过程中宜采用顶板和侧墙分开浇筑，并按顺序浇筑。同时，混凝土施工需要力求浇筑均匀和振捣密实，必要时采用二次振捣。混凝土浇筑成形之后，既要保持混凝土裸面潮湿，防止水分外散; 也要保持混凝土的温度变化适宜，从而减少裂缝的发生。