论文部分内容阅读
【摘要】针对徐州市轨道交通某临路明挖车站主体结构产生的裂缝现状，从膨胀加强带施工方式、流水段划分长对混凝土收缩变形的影响，车辆动荷载、地基不均匀沉降、洞口产生应力集中等方面分析了侧墙和顶板等不同部位的竖向、横向、斜向等不同裂缝产生的机理，提出控制和预防裂缝的合理化建议，为本工程后期施工及其他类似工程提供参考。
【关键词】明挖车站;裂缝;临路;产生机理;预防措施
混凝土工程裂缝既是个从来未曾间断的、老的质量通病，也是个颇受各方关注的技术课题，具有很重大的技术经济意义。有关工程技术人员很少不曾遇到，有时甚至为此相当困惑。对于地铁车站来讲，虽然施工技术已经很成熟，但是仍然存在各种质量缺陷，尤其是裂缝问题，这也是从未避免的质量通病，也受到各方的关注。
混凝土结构裂缝对地铁车站的使用功能和结构耐久性带来了不利影响，直接导致渗水及钢筋锈蚀等问题。根据徐州轨道交通某车站已结构的调查，其中渗漏情况均与结构裂缝相关。本文将重点对裂缝产生的机理预防措施进行阐述。
1、工程概況
徐州市轨道交通工程某折返线车站为双层双跨局部三跨箱型框架结构的岛式车站，车站位于徐州市主干道解放路西侧，车流量大，车站距道路最近距离仅为2m。车站外包长度466.7米，标准段宽19.7米，见图1。围护结构采用：三轴搅拌桩+围护桩+喷射砼+内支撑。底板埋深17米。设置1道变形缝，宽20mm。在墙板相交处设置腋角，改善受力条件。见图1。整个车站划分A1-A22共22个施工流水段，长度14-29米不等，每60米设置一道2m宽膨胀加强带。目前已施工到A10流水段，存在有主体结构裂缝的质量问题。
2、裂缝特征及产生机理
2.1 侧墙裂缝特征及产生机理
2.1.1 侧墙裂缝特征描述
车站侧墙采用C35 P8混凝土，墙厚700mm，模板采用单侧大钢模，墙体裂缝宽度0.1-0.4mm，且两层均有分布，见表1。
从裂缝分布情况上可以看出，A6-A14区较A1-A5区多，东侧墙较西侧墙多，裂缝绝大多数为竖向，仅2条为斜向45°裂缝，见图2。
2018年11月20日对变形缝进行测量，变形缝由2cm变成5.2cm，混凝土收缩效应很明显，加上裂缝总宽度，粗略得到混凝土总收缩值6.1cm。
2.1.2 侧墙裂缝产生机理
混凝土裂缝的产生机理主要有外荷载和变形荷载两大类，二者均可在混凝土内产生拉应变，当混凝土的拉应变超过其极限拉应变时，混凝土结构即产生裂缝。
（1）侧墙竖向裂缝产生机理
通过分析裂缝特征及其分布规律，可以发现，侧墙竖向裂缝主要由于混凝土的收缩变形产生的，而造成混凝土收缩的主要原因有干缩变形和温度收缩变形。此外，
①A6-A14区裂缝数量比A1-A5区多的多，根据实际施工情况对比，后者设置2条膨胀加强带（膨胀加强带浇筑方式见）采取后浇（两侧混凝土龄期达到28d后）方式，而前者设置的3条膨胀加强带均采用间歇式。由此可知，混凝土一定龄期内（28d）不受约束的长度越长，越易产生裂缝。首先，采用后浇式膨胀加强带，两侧混凝土收缩变形大部分已经完成，然后采用补偿收缩混凝土浇筑膨胀加强带，而采用间歇式膨胀加强带，其两侧混凝土收缩变形大部分尚未完成，即使膨胀加强带采用补偿收缩混凝土，补偿收缩效果也很难达到。
②另外，通过每一流水段的裂缝分布可知，浇筑长度越长，裂缝数量越多。其一，浇筑长度越长，混凝土的干缩变形越大。其次，浇筑长度越长，产生的水化热越大，带来的温度变化越大，产生的温度应力也就越大，最终带来的温度收缩变形越大。其三，在侧墙浇筑之前，相应部位的底板或中板由于等待拆除支撑及施工时间，其混凝土龄期少则20d，多则30d，因此底板或中板的收缩大部分已经完成，而当侧墙开始收缩时，在施工缝的结合面上，将会约束这种收缩变形，对侧墙产生拉应力。三者效应叠加，导致侧墙开裂。而第三种原因带来的拉应力从侧墙底部产生，而侧墙顶部处于自由端，拉应力逐渐减小，所以造成的竖向裂缝往往仅从底部至中间往上，并不是通常裂缝。
③东侧墙较西侧墙裂缝多。根据现场周边环境对比，东侧紧邻城市主干道路，经常有重载车辆经过，除承受侧向水土压力外，还要承担一部分东侧土传递而来的动荷载，而西侧为绿化场地，二者承受外部荷载不同，但二者却同时施工，同时拆模。由此可见，外部重载车辆动荷载对裂缝的产生起到很大的作用，尤其是早期侧墙强度低时，抵抗能力低，易产生裂缝。
（2）侧墙斜向裂缝产生机理
斜向裂缝呈45°，且两层均在同一位置，此部位顶板为横向裂缝，结合施工实际情况，此处底板为土岩分界面，且此处开挖时出现突涌，造成基坑浸泡，两侧地基承载力偏差大。结构施工后，因地基不均匀沉降，导致斜向开裂。
2.2顶板裂缝特征及产生机理
2.2.1 顶板裂缝特征描述
车站顶板采用C35 P8混凝土，板厚800，支架采用盘扣式脚手架，顶板裂缝多呈45°，多出现在距离板边L/8处，另外开洞处更为集中，宽度0.1-0.4mm，部分渗漏。顶板裂缝分布如表2所示：
2.2.2 顶板裂缝产生机理
（1）同侧墙裂缝分布情况类似，A6-A14区顶板裂缝多，而A1-A5区顶板无裂缝。此原因主要是前者3条膨胀加强带均采用间歇式浇筑方式，不利于顶板混凝土收缩变形，而顶板属于薄壁结构，体积比表面积最小，相同的外部环境下，其收缩变形最大，从而使板内产生拉应力。同时，由于周侧墙、梁与板的外侧约束，使三者之间的收缩变形不一致，从而导致45°斜裂缝。
（2）顶板轨排井（29000×8300）两侧裂缝较为集中，横向裂缝产生机理为顶板整体收缩时，由于此段横截面最小，所以收缩变形最大，而周边斜裂缝则是由于洞口周边架体拆除未保留，顶部堆载部分钢模板，产生应力集中，导致斜裂缝，见图3。 3、裂缝的预防及控制措施
3.1膨胀加强带浇筑方式的选择要恰当。膨胀加强带可分为连续式、间歇式和后浇式三种。本工程膨胀加强带的施工宜采取后浇式，便于前期混凝土的收缩变形，后期采用补偿收缩微膨胀混凝土浇筑，可以达到很好的效果。
3.2施工流水段划分应合理。施工流水段不可因为工期而随意加大施工段的长度，或者因为抢工造成原划分的相邻施工流水段合并施工，造成混凝土浇筑方量过大，结构过长，混凝土供应不及时，浇筑时间过长等一系列问题，应综合考虑施工工艺、环境、温控、养护等条件。
3.3外部荷载造成的裂缝要控制到位。由于本车站靠近徐州市解放路主干道，车辆动荷载对结构有一定影响，延长靠近道路一侧的侧墙的拆模时间，待混凝土达到一定强度足以抵抗重载車辆传递的动荷载后方可拆模，防止交通主干道车辆动荷载对侧墙的损坏。
3.4岩土分界面处地基处理要到位。对于底板段处于岩土分界面处，地基承载力不足造成的裂缝，应采取换颗配级石并及时封闭底板，避免积水浸泡，影响地基承载力。
3.5加强预留洞口等应力集中部位的控制。洞口周边模板架体应加强设置，严禁过早拆除，严禁顶板顶部集中堆载，同时加强此部位的振捣和养护工作。
3.6施工缝等薄弱环节裂缝的控制要加强。施工缝凿毛要凿毛到位，裸露出新鲜混凝土粗骨料，施工缝位置（必须振捣充分，翻浆饱满。加强节段施工缝处的防水处理，防水接缝必须与施工缝位置适当错开并加强处理，防止防水层被破坏。
3.7温度裂缝控制措施要得当。对于成型的结构，必须采取降温措施，控制结构内外空间之间因外界阳光直射造成的温差。例如在车站顶板覆盖一层吸水的材料，如麻袋、草袋、海绵等，然后在其上再覆盖一层模板等吸热隔热的材料;又或者在顶板上灌水、关水，吸热降温等。通过降温隔热措施降低其顶板与负一层之间的温差，从而减少或避免产生裂缝。如条件许可则应尽可能选择在温差较小的季节完成全部结构施工，或者施工完毕一段及时进行顶板覆土回填一段。
3.8混凝土供应应及时到位。由于施工组织不力造成的中断或间断时间长，导致前后混凝土之间出现施工冷缝。对商混站的选择上，包括供应能力、运距、道路交通状况以及混凝土配合比设计能力上，综合判断、择优选择;然后是施工单位与商混站之间的沟通上，什么时候需要混凝土，商混站必须全力组织应对，错开交通堵塞高峰期及备选交通路线。施工现场做好设备应急准备，如混凝土泵遇到故障时的应急，支架模板变形监测与应急，浇筑方式短时间中断的应急处置措施等。
3.9混凝土配合比质量要严格把关。为了有效控制现浇混凝土结构中收缩和温差裂缝的出现，首先要对所选用的各种材料进行严格的检查和验收，不合格材料一律禁止使用。同时，要按规定的各项技术标准做好混凝土配比设计，并进行试配试验。施工时选用良好级砂石骨料和低热或中热水泥，严格把关砂石含泥量和外加剂的掺用量，避免使用过量粉砂，严格控制水灰比和坍落度。
3.10加强巡查，做好处理措施。对现有裂缝进行定期观测，掌握其发展趋势，当裂缝发展趋于稳定时，对裂缝最终长度、宽度及深度进行检测，根据检测结果，确定裂缝处理方案。判定结构裂缝处于稳定状态后，重新对已有裂缝进行检测，本次检测结果与上次检测结果基本吻合，裂缝的深度未继续发展，属于表面裂缝。对超过钢筋保护层厚度的裂缝，采用压力灌浆法对裂缝进行处理，注浆材料为环氧树脂，浆液注满后，待填充材料达到设计强度后，对裂缝表面进行打磨修补处理。
总结：
地铁车站长期处于复杂的地下环境下，设计使用年限为100年，但是结构混凝土裂缝会导致钢筋锈蚀，渗漏水，严重影响车站结构的使用功能和耐久性。以上为特定工程实例中对混凝土裂缝防控和处理所采取的措施，积累的混凝土裂缝防控的相关经验，希望能为同类工程提供一定有价值的参考和借鉴。
参考文献：
[1]江见鲸.钢筋混凝土基本构件设计[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]张军.某地区地铁车站裂缝原因分析与控制[J].企业技术开发，2015，（29）：154-155.
[3]夏金春.放坡法明挖地铁车站裂缝预防和控制[J].铁道建筑技术，2016，（7）：33-36.
[4]孙殿军.浅析地铁车站渗漏及渗漏处治方法[J].环球市场，2018（12） ：324-326.
【关键词】明挖车站;裂缝;临路;产生机理;预防措施
混凝土工程裂缝既是个从来未曾间断的、老的质量通病，也是个颇受各方关注的技术课题，具有很重大的技术经济意义。有关工程技术人员很少不曾遇到，有时甚至为此相当困惑。对于地铁车站来讲，虽然施工技术已经很成熟，但是仍然存在各种质量缺陷，尤其是裂缝问题，这也是从未避免的质量通病，也受到各方的关注。
混凝土结构裂缝对地铁车站的使用功能和结构耐久性带来了不利影响，直接导致渗水及钢筋锈蚀等问题。根据徐州轨道交通某车站已结构的调查，其中渗漏情况均与结构裂缝相关。本文将重点对裂缝产生的机理预防措施进行阐述。
1、工程概況
徐州市轨道交通工程某折返线车站为双层双跨局部三跨箱型框架结构的岛式车站，车站位于徐州市主干道解放路西侧，车流量大，车站距道路最近距离仅为2m。车站外包长度466.7米，标准段宽19.7米，见图1。围护结构采用：三轴搅拌桩+围护桩+喷射砼+内支撑。底板埋深17米。设置1道变形缝，宽20mm。在墙板相交处设置腋角，改善受力条件。见图1。整个车站划分A1-A22共22个施工流水段，长度14-29米不等，每60米设置一道2m宽膨胀加强带。目前已施工到A10流水段，存在有主体结构裂缝的质量问题。
2、裂缝特征及产生机理
2.1 侧墙裂缝特征及产生机理
2.1.1 侧墙裂缝特征描述
车站侧墙采用C35 P8混凝土，墙厚700mm，模板采用单侧大钢模，墙体裂缝宽度0.1-0.4mm，且两层均有分布，见表1。
从裂缝分布情况上可以看出，A6-A14区较A1-A5区多，东侧墙较西侧墙多，裂缝绝大多数为竖向，仅2条为斜向45°裂缝，见图2。
2018年11月20日对变形缝进行测量，变形缝由2cm变成5.2cm，混凝土收缩效应很明显，加上裂缝总宽度，粗略得到混凝土总收缩值6.1cm。
2.1.2 侧墙裂缝产生机理
混凝土裂缝的产生机理主要有外荷载和变形荷载两大类，二者均可在混凝土内产生拉应变，当混凝土的拉应变超过其极限拉应变时，混凝土结构即产生裂缝。
（1）侧墙竖向裂缝产生机理
通过分析裂缝特征及其分布规律，可以发现，侧墙竖向裂缝主要由于混凝土的收缩变形产生的，而造成混凝土收缩的主要原因有干缩变形和温度收缩变形。此外，
①A6-A14区裂缝数量比A1-A5区多的多，根据实际施工情况对比，后者设置2条膨胀加强带（膨胀加强带浇筑方式见）采取后浇（两侧混凝土龄期达到28d后）方式，而前者设置的3条膨胀加强带均采用间歇式。由此可知，混凝土一定龄期内（28d）不受约束的长度越长，越易产生裂缝。首先，采用后浇式膨胀加强带，两侧混凝土收缩变形大部分已经完成，然后采用补偿收缩混凝土浇筑膨胀加强带，而采用间歇式膨胀加强带，其两侧混凝土收缩变形大部分尚未完成，即使膨胀加强带采用补偿收缩混凝土，补偿收缩效果也很难达到。
②另外，通过每一流水段的裂缝分布可知，浇筑长度越长，裂缝数量越多。其一，浇筑长度越长，混凝土的干缩变形越大。其次，浇筑长度越长，产生的水化热越大，带来的温度变化越大，产生的温度应力也就越大，最终带来的温度收缩变形越大。其三，在侧墙浇筑之前，相应部位的底板或中板由于等待拆除支撑及施工时间，其混凝土龄期少则20d，多则30d，因此底板或中板的收缩大部分已经完成，而当侧墙开始收缩时，在施工缝的结合面上，将会约束这种收缩变形，对侧墙产生拉应力。三者效应叠加，导致侧墙开裂。而第三种原因带来的拉应力从侧墙底部产生，而侧墙顶部处于自由端，拉应力逐渐减小，所以造成的竖向裂缝往往仅从底部至中间往上，并不是通常裂缝。
③东侧墙较西侧墙裂缝多。根据现场周边环境对比，东侧紧邻城市主干道路，经常有重载车辆经过，除承受侧向水土压力外，还要承担一部分东侧土传递而来的动荷载，而西侧为绿化场地，二者承受外部荷载不同，但二者却同时施工，同时拆模。由此可见，外部重载车辆动荷载对裂缝的产生起到很大的作用，尤其是早期侧墙强度低时，抵抗能力低，易产生裂缝。
（2）侧墙斜向裂缝产生机理
斜向裂缝呈45°，且两层均在同一位置，此部位顶板为横向裂缝，结合施工实际情况，此处底板为土岩分界面，且此处开挖时出现突涌，造成基坑浸泡，两侧地基承载力偏差大。结构施工后，因地基不均匀沉降，导致斜向开裂。
2.2顶板裂缝特征及产生机理
2.2.1 顶板裂缝特征描述
车站顶板采用C35 P8混凝土，板厚800，支架采用盘扣式脚手架，顶板裂缝多呈45°，多出现在距离板边L/8处，另外开洞处更为集中，宽度0.1-0.4mm，部分渗漏。顶板裂缝分布如表2所示：
2.2.2 顶板裂缝产生机理
（1）同侧墙裂缝分布情况类似，A6-A14区顶板裂缝多，而A1-A5区顶板无裂缝。此原因主要是前者3条膨胀加强带均采用间歇式浇筑方式，不利于顶板混凝土收缩变形，而顶板属于薄壁结构，体积比表面积最小，相同的外部环境下，其收缩变形最大，从而使板内产生拉应力。同时，由于周侧墙、梁与板的外侧约束，使三者之间的收缩变形不一致，从而导致45°斜裂缝。
（2）顶板轨排井（29000×8300）两侧裂缝较为集中，横向裂缝产生机理为顶板整体收缩时，由于此段横截面最小，所以收缩变形最大，而周边斜裂缝则是由于洞口周边架体拆除未保留，顶部堆载部分钢模板，产生应力集中，导致斜裂缝，见图3。 3、裂缝的预防及控制措施
3.1膨胀加强带浇筑方式的选择要恰当。膨胀加强带可分为连续式、间歇式和后浇式三种。本工程膨胀加强带的施工宜采取后浇式，便于前期混凝土的收缩变形，后期采用补偿收缩微膨胀混凝土浇筑，可以达到很好的效果。
3.2施工流水段划分应合理。施工流水段不可因为工期而随意加大施工段的长度，或者因为抢工造成原划分的相邻施工流水段合并施工，造成混凝土浇筑方量过大，结构过长，混凝土供应不及时，浇筑时间过长等一系列问题，应综合考虑施工工艺、环境、温控、养护等条件。
3.3外部荷载造成的裂缝要控制到位。由于本车站靠近徐州市解放路主干道，车辆动荷载对结构有一定影响，延长靠近道路一侧的侧墙的拆模时间，待混凝土达到一定强度足以抵抗重载車辆传递的动荷载后方可拆模，防止交通主干道车辆动荷载对侧墙的损坏。
3.4岩土分界面处地基处理要到位。对于底板段处于岩土分界面处，地基承载力不足造成的裂缝，应采取换颗配级石并及时封闭底板，避免积水浸泡，影响地基承载力。
3.5加强预留洞口等应力集中部位的控制。洞口周边模板架体应加强设置，严禁过早拆除，严禁顶板顶部集中堆载，同时加强此部位的振捣和养护工作。
3.6施工缝等薄弱环节裂缝的控制要加强。施工缝凿毛要凿毛到位，裸露出新鲜混凝土粗骨料，施工缝位置（必须振捣充分，翻浆饱满。加强节段施工缝处的防水处理，防水接缝必须与施工缝位置适当错开并加强处理，防止防水层被破坏。
3.7温度裂缝控制措施要得当。对于成型的结构，必须采取降温措施，控制结构内外空间之间因外界阳光直射造成的温差。例如在车站顶板覆盖一层吸水的材料，如麻袋、草袋、海绵等，然后在其上再覆盖一层模板等吸热隔热的材料;又或者在顶板上灌水、关水，吸热降温等。通过降温隔热措施降低其顶板与负一层之间的温差，从而减少或避免产生裂缝。如条件许可则应尽可能选择在温差较小的季节完成全部结构施工，或者施工完毕一段及时进行顶板覆土回填一段。
3.8混凝土供应应及时到位。由于施工组织不力造成的中断或间断时间长，导致前后混凝土之间出现施工冷缝。对商混站的选择上，包括供应能力、运距、道路交通状况以及混凝土配合比设计能力上，综合判断、择优选择;然后是施工单位与商混站之间的沟通上，什么时候需要混凝土，商混站必须全力组织应对，错开交通堵塞高峰期及备选交通路线。施工现场做好设备应急准备，如混凝土泵遇到故障时的应急，支架模板变形监测与应急，浇筑方式短时间中断的应急处置措施等。
3.9混凝土配合比质量要严格把关。为了有效控制现浇混凝土结构中收缩和温差裂缝的出现，首先要对所选用的各种材料进行严格的检查和验收，不合格材料一律禁止使用。同时，要按规定的各项技术标准做好混凝土配比设计，并进行试配试验。施工时选用良好级砂石骨料和低热或中热水泥，严格把关砂石含泥量和外加剂的掺用量，避免使用过量粉砂，严格控制水灰比和坍落度。
3.10加强巡查，做好处理措施。对现有裂缝进行定期观测，掌握其发展趋势，当裂缝发展趋于稳定时，对裂缝最终长度、宽度及深度进行检测，根据检测结果，确定裂缝处理方案。判定结构裂缝处于稳定状态后，重新对已有裂缝进行检测，本次检测结果与上次检测结果基本吻合，裂缝的深度未继续发展，属于表面裂缝。对超过钢筋保护层厚度的裂缝，采用压力灌浆法对裂缝进行处理，注浆材料为环氧树脂，浆液注满后，待填充材料达到设计强度后，对裂缝表面进行打磨修补处理。
总结：
地铁车站长期处于复杂的地下环境下，设计使用年限为100年，但是结构混凝土裂缝会导致钢筋锈蚀，渗漏水，严重影响车站结构的使用功能和耐久性。以上为特定工程实例中对混凝土裂缝防控和处理所采取的措施，积累的混凝土裂缝防控的相关经验，希望能为同类工程提供一定有价值的参考和借鉴。
参考文献：
[1]江见鲸.钢筋混凝土基本构件设计[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]张军.某地区地铁车站裂缝原因分析与控制[J].企业技术开发，2015，（29）：154-155.
[3]夏金春.放坡法明挖地铁车站裂缝预防和控制[J].铁道建筑技术，2016，（7）：33-36.
[4]孙殿军.浅析地铁车站渗漏及渗漏处治方法[J].环球市场，2018（12） ：324-326.