大型鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫研究與實(shí)踐
——深圳福田綜合交通樞紐取消伸縮縫案例分析

劉卡丁

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518026)

大型鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫研究與實(shí)踐
——深圳福田綜合交通樞紐取消伸縮縫案例分析

劉卡丁

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518026)

深圳福田地下綜合交通樞紐具有超長(zhǎng)、超厚、長(zhǎng)高比大及施工周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，建設(shè)期間承受較大的溫度收縮應(yīng)力和干燥收縮應(yīng)力。若設(shè)計(jì)伸縮縫，則會(huì)因?yàn)檩^多的伸縮縫對(duì)建筑外觀、結(jié)構(gòu)安全、防水質(zhì)量、施工及耐久性產(chǎn)生不利影響。結(jié)合理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算等研究該工程不設(shè)永久伸縮縫的可行性。同時(shí)針對(duì)在不設(shè)永久伸縮縫的條件下，以控制主體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)有害裂縫為目標(biāo)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)形式、抗裂材料、施工要求、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以及裂縫處理預(yù)案進(jìn)行研究，提出了成套的技術(shù)方案。經(jīng)過實(shí)踐證明：該工程在按照設(shè)計(jì)的抗裂結(jié)構(gòu)形式、材料及施工要求等條件下，不設(shè)永久伸縮縫可以滿足結(jié)構(gòu)主體的抗裂要求。

深圳福田地下綜合交通樞紐；地下車站；伸縮縫；大體積混凝土；裂縫；抗裂措施；監(jiān)測(cè)；施工連接縫；膨脹加強(qiáng)帶；配筋；抗裂材料

0 引言

在建設(shè)具有鮮明時(shí)代特征和中國(guó)特色的第三代鐵路客運(yùn)站工作中，鐵路站房的建造技術(shù)面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新型鐵路站房建筑體量超大、形體越來越復(fù)雜。由于大型客運(yùn)站占地面積超大、阻隔城市區(qū)域交通聯(lián)系，因而部分大型客站開始向地下發(fā)展。深圳福田綜合交通樞紐建在新深圳站與香港之間，是專門服務(wù)于廣深港高端商務(wù)客流的車站，是國(guó)內(nèi)鐵路第1座地下火車站。深埋地下的深圳福田綜合交通樞紐長(zhǎng)期浸泡在腐蝕性地下水中，混凝土抗裂防滲是需重點(diǎn)解決的問題。

為防止建筑構(gòu)件因溫度變化、收縮應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫或破壞，在沿建筑物長(zhǎng)度方向相隔一定距離預(yù)留垂直縫隙，這種因溫度變化而設(shè)置的縫叫做伸縮逢。按設(shè)計(jì)計(jì)算，深圳福田綜合交通樞紐需設(shè)置70多條伸縮縫，伸縮縫的設(shè)置對(duì)建筑外觀、結(jié)構(gòu)安全、防水質(zhì)量及施工會(huì)產(chǎn)生不利影響；同時(shí)，伸縮縫大量使用橡膠止水材料，橡膠止水帶存在老化問題，與深圳福田綜合交通樞紐的百年耐久性要求不相符。

從國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范規(guī)程[1-3]及一些重大工程的設(shè)計(jì)施工[4-7]可以看出，對(duì)待建筑結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問題，存在2個(gè)學(xué)派：第1個(gè)學(xué)派，設(shè)計(jì)規(guī)范定得很靈活，沒有驗(yàn)算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計(jì)方法留給設(shè)計(jì)人員自由處理。對(duì)伸縮縫和沉降縫的設(shè)置，沒有嚴(yán)格規(guī)定，基本上按經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，有許多工程不留伸縮縫和沉降縫，基本上采取“裂了就堵，堵不住就排(有防排水要求的工程)”的實(shí)際處理手法。一些有關(guān)的裂縫計(jì)算則只作為參考資料而不作為規(guī)定。第2個(gè)學(xué)派，設(shè)計(jì)規(guī)范有明確規(guī)定，對(duì)于荷載裂縫有計(jì)算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對(duì)于變形引起的裂縫沒有計(jì)算規(guī)定，只要按規(guī)范每隔一定距離留一條伸縮縫，荷載差別大時(shí)，留沉降縫就認(rèn)為問題不復(fù)存在了，即“留縫就不裂”的設(shè)計(jì)原則。

采取第1個(gè)學(xué)派設(shè)計(jì)原則的有日本、英、美等國(guó)家；采取第2個(gè)學(xué)派設(shè)計(jì)原則的有前蘇聯(lián)、德國(guó)、東歐一些國(guó)家和我國(guó)。文獻(xiàn)[1]對(duì)伸縮縫的規(guī)定是將結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度看作控制開裂與否的唯一因素，為避免結(jié)構(gòu)由于溫度收縮應(yīng)力引起的開裂，采取設(shè)置永久性伸縮縫的方法，伸縮縫允許間距為30～55 m，露天條件下為20～35 m。規(guī)范的附注中又明確指出：如有充分依據(jù)和可靠措施時(shí)，上述規(guī)定可以增減。

其他有關(guān)的規(guī)程中還有允許采用“后澆帶”取代伸縮縫的辦法。從防水角度分析，由于近代建筑規(guī)模日趨宏大，超長(zhǎng)、超寬、超厚結(jié)構(gòu)逐漸增多，永久性的變形縫給工程的防水質(zhì)量帶來嚴(yán)重不利，止水帶滲漏是常見而又難以處理的質(zhì)量缺陷。所以，后澆帶的應(yīng)用是一種進(jìn)步，但并不是在任何條件下都能奏效。

從混凝土材料角度來看：1)德國(guó)Springenschmid,Breitenb a cher和Mangold在1994年RILEM會(huì)議報(bào)告中提出，控制裂縫尤其是微裂縫的措施為低的混凝土拌合物溫度；低的混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展率；低溫度的水泥；用粉煤灰部分取代水泥；用低熱膨脹系數(shù)的骨料；在拌合物中引人約4%體積的氣體；避免摻用硅灰。2)在中國(guó)，在吳中偉院士的補(bǔ)償收縮混凝土理論的指導(dǎo)下，我國(guó)混凝土膨脹劑開發(fā)應(yīng)用已有20多年歷史，取得了很大成績(jī)。補(bǔ)償收縮混凝土能明顯改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)和孔級(jí)配，提高混凝土抗?jié)B能力，在鋼筋及臨位限制狀態(tài)下可使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生0.2～0.7 MPa的預(yù)壓應(yīng)力，具有補(bǔ)償收縮功能[8]。主要應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水、防潮，補(bǔ)償大體積混凝土部分溫差應(yīng)力，適當(dāng)延長(zhǎng)伸縮縫間距等方面。但是，膨脹劑質(zhì)量的穩(wěn)定性和應(yīng)用技術(shù)仍存在不足，有待進(jìn)一步改進(jìn)；尤其是隨著低水膠比的高性能混凝土的應(yīng)用，混凝土內(nèi)部自由水量少，外部養(yǎng)護(hù)水又不能穿過致密的水泥石結(jié)構(gòu)進(jìn)人混凝土內(nèi)部，膨脹劑補(bǔ)償收縮的作用難以發(fā)揮。普通的膨脹劑已不能滿足現(xiàn)代混凝土補(bǔ)償收縮的要求。采用飽水的低密度細(xì)骨料(LWA)替代部分砂，以通過提供“內(nèi)部養(yǎng)護(hù)水”來減緩內(nèi)部相對(duì)濕度的降低，從而減小自身收縮。我國(guó)也已開展了這方面的研究，但并未在實(shí)際工程中獲得廣泛應(yīng)用，仍存在一些問題急需解決，包括如何控制混凝土的均質(zhì)性等。3)從提高混凝土本身的極限抗拉強(qiáng)度來說，目前主要采用纖維增強(qiáng)，以降低混凝土表面泌水和骨料沉降，提高混凝土抗拉強(qiáng)度及斷裂韌性，從而有效避免混凝土早期出現(xiàn)開裂、減小開裂面積和裂縫寬度。但是，加入纖維不會(huì)從根本上防止裂縫，只是將大裂縫分散成小裂縫，這些不可見的小裂縫仍然會(huì)成為有害介質(zhì)的侵入通道，影響混凝土的長(zhǎng)期耐久性；纖維的加入會(huì)改變混凝土孔結(jié)構(gòu)，使大孔增加，從而降低混凝土的抗?jié)B性。

由上述可知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂問題是世界性的難題，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者為此傾注了大量的心血，但都往往局限于各自專業(yè)范疇，沒有從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、施工、監(jiān)測(cè)等方面全方位考慮混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂問題，尤其是對(duì)大型鐵路客站超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)問題，更是缺乏深入的研究。本文主要針對(duì)深圳福田地下綜合交通樞紐的特點(diǎn)，研究不設(shè)永久伸縮縫的可行性，認(rèn)為在使用期內(nèi)不設(shè)伸縮縫可以滿足使用要求；并且在不設(shè)永久伸縮縫的條件下，以控制主體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)有害裂縫為目標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)形式、抗裂材料、施工要求、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以及裂縫處理預(yù)案進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 工程概況

深圳市福田綜合交通樞紐工程包括客運(yùn)專線、城際軌道交通、城市軌道交通(地鐵1，2，3，4，11號(hào)線)、常規(guī)公交、小汽車及出租車等多種交通方式。如何合理地布局各種交通設(shè)施，組織乘客合理、有序、便捷地?fù)Q乘，是福田綜合交通樞紐工程需要解決的主要問題。西邊為地鐵2，3，11號(hào)線和南北配套工程，長(zhǎng)約360 m，寬約160 m，局部地下1層、地下2層、地下3層，“無伸縮縫結(jié)構(gòu)”總建筑面積達(dá)12萬m2。廣深港福田站為廣深港客運(yùn)專線上的一座中間站，位于深圳市福田區(qū)深南大道與益田路地下交叉口，即深圳市民廣場(chǎng)西側(cè)。車站為全地下車站，共設(shè)4個(gè)站臺(tái)。車站主體擬采用蓋挖法與明挖法相結(jié)合的施工方法。福田站長(zhǎng)約1 025 m，寬約81.26 m，“無伸縮縫結(jié)構(gòu)”總建筑面積達(dá)14萬m2；底板埋深31 m，地下3層箱形框架結(jié)構(gòu)，框架縱向跨度12 m，橫向最大跨度19.26 m。地下車站長(zhǎng)期浸泡在具有腐蝕性的地下水中，混凝土抗裂防滲是需重點(diǎn)解決的問題。深圳福田地下綜合交通樞紐總平面如圖1所示。

圖1 深圳福田地下綜合交通樞紐總平面

2 取消永久伸縮縫的依據(jù)

針對(duì)深圳福田綜合交通樞紐伸縮縫的設(shè)置進(jìn)行如下分析和計(jì)算。

2.1 計(jì)算參數(shù)的確定

2.1.1 深圳福田地下綜合交通樞紐參數(shù)

深圳福田地下綜合交通樞紐分2部分，廣深港福田站外包尺寸為長(zhǎng)1 025 m，寬81.26 m，底板埋深32 m，底板厚1.4 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40。

最大底板長(zhǎng)高比為底板長(zhǎng)度/底板厚度=732，墻體長(zhǎng)高比為墻體長(zhǎng)度/墻體高度=32.0。

2.1.2 深圳氣候條件

深圳地處北回歸線以南，屬亞熱帶海洋性氣候，氣候溫和，雨量充沛，日照時(shí)間長(zhǎng)。夏無酷暑，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。春秋冬3季氣候溫暖，無寒冷之憂。年平均氣溫為22.3 ℃，最高氣溫為36.6 ℃，最低氣溫為1.4 ℃。

2.1.3 水泥水化所導(dǎo)致的溫差

Tmax=WQ/(γC)。

(1)

式中：W為混凝土單方水泥用量，混凝土水泥用量按400 kg/m3計(jì)算；Q為水泥水化熱，42.5普通硅酸鹽水泥水化熱取350 kJ/kg；γ為混凝土表觀密度，取2 400 kg/m3；C為混凝土比熱，取0.96 kJ/(kg·℃)。

2.1.4 混凝土干燥收縮率

混凝土干燥收縮率=3.24×10-4m1m2m3m4m5m6m7。

(2)

式中：m1為相對(duì)濕度系數(shù)；m2為尺寸影響系數(shù)；m3為養(yǎng)護(hù)方法系數(shù)；m4為礦物摻和料摻量影響系數(shù)；m5為混凝土強(qiáng)度等級(jí)影響系數(shù)；m6為化學(xué)外加劑影響系數(shù)；m7為配筋率影響系數(shù)。

2.1.5 混凝土收縮當(dāng)量溫差

T2=Sd/α。

(3)

式中:Sd為混凝土干燥收縮率，%；α為混凝土線膨脹系數(shù)，為1.0×10-5/℃。

2.1.6 極限延伸率

混凝土的極限延伸率

Sk=0.5Rf×(1+μ/d)×(1+0.5)×10-4。

(4)

式中：Sk為混凝土極限延伸率；Rf為混凝土的抗拉強(qiáng)度，MPa；μ為配筋率，×100；d為鋼筋直徑，cm。

2.1.7 混凝土彈性模量

C40混凝土彈性模量E=3×104MPa。

2.1.8 混凝土抗拉強(qiáng)度

按GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提供公式：

ftk=1.134 3 ln (fcu,k)-1.827 5。

(5)

式中：ftk為混凝土抗拉強(qiáng)度，MPa；fcu,k為混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa。

2.2 取消永久伸縮縫的計(jì)算

深圳福田地下綜合交通樞紐頂板深埋地下3 m，底板最深處達(dá)32 m，使用期車站內(nèi)使用空調(diào)，主體結(jié)構(gòu)溫、濕度基本恒定。根據(jù)深圳市的氣候條件，福田站主體結(jié)構(gòu)與環(huán)境溫度變化在20 ℃以內(nèi)，濕度變化也較小。結(jié)構(gòu)混凝土施工完畢到車站交付使用按1年計(jì)算，此期間混凝土收縮已完成，使用期內(nèi)可不考慮混凝土收縮應(yīng)力的影響，僅對(duì)溫度應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

由最大應(yīng)力

(6)

考慮到混凝土引起的應(yīng)力松弛作用，結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力

(7)

式中H(t,τ)為混凝土徐變松弛系數(shù)，一般為0.3～0.5。

σ=-EαTH(t,τ)。

(8)

考慮到福田樞紐結(jié)構(gòu)頂板埋深地下3 m，土中溫、濕度變化緩慢，取應(yīng)力松弛系數(shù)H(t,τ)=0.3，混凝土彈性模量E取3×104MPa，結(jié)構(gòu)溫差取極限溫差20 ℃，福田站結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力

σ=-EαTH(t,τ)=1.8 MPa。

由有效補(bǔ)償混凝土收縮應(yīng)力的研究可知：摻有膨脹劑的混凝土14 d產(chǎn)生1.2 MPa的膨脹壓應(yīng)力；在180 d以后，混凝土仍然處于受壓狀態(tài)，內(nèi)部殘存約0.5 MPa的膨脹自應(yīng)力，內(nèi)部殘存膨脹壓應(yīng)力，可以補(bǔ)償部分溫差導(dǎo)致的溫度拉應(yīng)力。膨脹劑對(duì)多元復(fù)合膠凝材料混凝土收縮應(yīng)力的影響如圖2所示。

圖2 膨脹劑對(duì)多元復(fù)合膠凝材料混凝土收縮應(yīng)力的影響Fig.2 Influence of expansion agent on contraction stress of concrete with multiple-element composite cementing materials

實(shí)際使用期福田站由于溫度變化所承受的收縮應(yīng)力

σ=1.8-0.5=1.3 MPa。

C40混凝土的1年抗壓拉強(qiáng)度不低于50 MPa，混凝土抗拉強(qiáng)度按GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提供的公式ftk= 1.134 3 ln(fcu,k)-1.827 5進(jìn)行計(jì)算，可得ftk=2.61 MPa。

K=ftk/σ=2>1.15。

通過計(jì)算可知，福田站主體結(jié)構(gòu)承受的溫度應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)闇夭顚?dǎo)致的溫度應(yīng)力開裂，使用期內(nèi)不設(shè)伸縮縫可以滿足使用要求。

3 深圳福田地下綜合交通樞紐抗裂措施

深圳福田地下綜合交通樞紐結(jié)構(gòu)體系如圖3所示。

3.1 抗裂結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

3.1.1 施工連接縫設(shè)計(jì)

由2.1可知，收縮應(yīng)力隨著建筑物長(zhǎng)高比L/H的降低而顯著下降，遵循“放”的原則。在深圳福田地下綜合交通樞紐主體結(jié)構(gòu)施工過程中設(shè)置后澆帶、施工縫、膨脹加強(qiáng)帶等施工連接縫，把超大超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)低長(zhǎng)高比的區(qū)段，這些連接縫一方面是施工工藝的需要，另一方面又可有效地釋放收縮應(yīng)力，待早期劇烈的水化溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力釋放后，把這許多段澆成整體，實(shí)現(xiàn)控制裂縫的目的。

圖3 深圳福田地下綜合交通樞紐結(jié)構(gòu)體系Fig.3 Structure system of Futian underground comprehensive transportation hub in Shenzhen

3.1.1.1 施工連接縫的間距計(jì)算

施工連接縫間距可按式(9)進(jìn)行計(jì)算，即結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)度

(9)

采用表1所示的高效減水劑與傳統(tǒng)礦物外加劑組成的多元復(fù)合膠凝材料、高性能膨脹劑、抗裂纖維等抗裂材料，可降低混凝土溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力，提供膨脹應(yīng)力，提高混凝土極限延伸率εp。

表1 抗裂材料及作用Table 1 Anti-cracking materials and their effects

以抗裂材料為基礎(chǔ)的墻體施工連接縫間距計(jì)算如下。

1)水化溫差T1。Tmax=400×350/(2 400×0.96)=60 ℃。

通過合理調(diào)配膠凝材料組分，可有效降低水化溫差T120%以上。由此，T1=60 ℃×0.8=48 ℃。

2)混凝土收縮當(dāng)量溫差T2。取混凝土干縮率影響系數(shù)m1=1.0，m2=0.9，m3=1.0，m5=1.15，m6=1.2，m7=0.6，可得出混凝土干縮率Sd=2.4×10-4。多元礦物外加劑復(fù)合使用可使混凝土收縮應(yīng)力減少20%以上。由此，T2=Sd/α=24 ℃×0.8=19.2 ℃。

3)引入的膨脹當(dāng)量溫差T3。 引入的限制膨脹率ε2=0.03%，試件與工程構(gòu)件的差異折算系數(shù)取50%。由此，T3=ε2/α×0.5=15 ℃。

4)混凝土綜合溫差T。T=T1+T2-T3=48+19.2-15=52.2 ℃。

5)極限延伸率εp。考慮混凝土緩慢的升溫、降溫過程及纖維的作用，混凝土極限延伸率提高50%。由此，εp=1.5×(1+0.5)×10-4=2.25×10-4。

6)其他參數(shù)。Cx=1.5 N/mm3，E=3×104MPa，H=31 000 mm。

選取60 m作為施工連接縫間距。

3.1.1.2 施工連接縫的留置時(shí)間確定

為有效控制混凝土溫度收縮應(yīng)力和干燥收縮應(yīng)力、補(bǔ)償混凝土收縮、分散收縮應(yīng)力，進(jìn)行傳統(tǒng)水泥混凝土體系與本文提出的低熱微膨脹體系的水化熱、收縮率、膨脹率的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果如表2，圖4和圖5所示。

表2 混凝土早期收縮數(shù)據(jù)Table 2 Rate of early contraction of concrete

圖4 低熱微膨脹混凝土的水化熱變化曲線Fig.4 Curves of variation of hydration heat of low-heat micro-expansion concrete

由表2可知：C30～C40現(xiàn)代混凝土具有早期收縮大的特點(diǎn)，14 d已完成總收縮的50%以上，施工連接縫留置14～28 d可釋放早期的收縮應(yīng)力。

由圖4可知：采用低熱微膨脹體系的水化熱，無論是水化熱峰值還是升溫降溫速度均明顯低于傳統(tǒng)水泥混凝土，在10 d內(nèi)混凝土水化熱與環(huán)境溫度接近，表明水化熱得以釋放。

圖5 礦物外加劑種類、養(yǎng)護(hù)時(shí)間與混凝土膨脹率的關(guān)系Fig.5 Relationship among mineral additives,curing time and expansion rate of concrete

由圖5可知：低熱微膨脹體系的混凝土膨脹穩(wěn)定期均在7～14 d，在此期間已完成應(yīng)有0.03%～0.07%的有益膨脹，可有效地補(bǔ)償混凝土收縮應(yīng)力和溫度收縮應(yīng)力。

綜合以上結(jié)果，可以確定施工連接縫的留置時(shí)間應(yīng)根據(jù)施工需要確定，但不得早于14 d。

3.1.1.3 施工連接縫形式選擇

施工連接縫一般有以下3種形式。

1)后澆帶。①間距及位置：沿基礎(chǔ)長(zhǎng)度每隔 50～60 m 留置貫通頂板、底板及墻板的后澆帶，后澆帶宜設(shè)置在柱距 3 等分的中間范圍內(nèi)。②構(gòu)造：后澆帶寬與墻、板厚度有關(guān)，寬度不小于800 mm。對(duì)底板厚度超過1 m以上的，可根據(jù)后澆帶處的接槎形式、鋼筋搭接、施工難易程度等靈活掌握。當(dāng)施工較困難時(shí)，后澆帶寬度可適當(dāng)增加。當(dāng)墻、板厚度<30 cm時(shí)，斷面可做成平直縫；當(dāng)厚度為30～60 cm時(shí)，可做成階梯形或上下對(duì)稱坡口形；當(dāng)墻、板厚度>60 mm時(shí)，可做成企口縫，后澆帶兩側(cè)設(shè)置埋入式止水帶或止水條。帶有沉降性質(zhì)的后澆帶鋼筋應(yīng)貫通；收縮后澆帶鋼筋斷開為好；梁板結(jié)構(gòu)的板筋斷開，梁筋貫通，斷開的主筋搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于45 倍主筋直徑。后澆帶混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，限制膨脹率提高0.01%。后澆帶混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于28 d。③留置時(shí)間：GB 50108—2001《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》要求后澆帶應(yīng)在其兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到 42 d 后施工，考慮到深圳福田綜合交通樞紐主體結(jié)構(gòu)的抗裂材料措施，后澆帶留置時(shí)間不少于28 d，底板、頂板大體積混凝土需待兩側(cè)混凝土中心溫度降至環(huán)境溫度時(shí)再澆筑。

2)膨脹加強(qiáng)帶。①間距及位置：間距為20～40 m，應(yīng)留置在柱距中間范圍內(nèi)。②構(gòu)造：寬為2～3 m，在加強(qiáng)帶的兩側(cè)用密孔鐵絲網(wǎng)將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分開。膨脹加強(qiáng)帶分為連續(xù)式、間歇式與后澆式3種形式(見圖6)。連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶為平直縫，施工過程與兩側(cè)混凝土同時(shí)澆筑；間歇式一側(cè)為階梯式，一側(cè)為平直縫，平直縫與下段混凝土同時(shí)澆筑；后澆式膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)為階梯縫，類似于后澆帶的后澆方式。為達(dá)到防水要求，間歇式膨脹加強(qiáng)帶單側(cè)階梯縫、后澆式兩側(cè)階梯縫設(shè)置埋入式止水帶或止水條。膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)鋼筋不斷，增設(shè)10%抗裂鋼筋，附加筋直徑不大于10 mm。 膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，限制膨脹率提高0.01%。③留置時(shí)間：根據(jù)施工需要確定，但不得早于14 d。④連續(xù)澆筑長(zhǎng)度及構(gòu)造形式：參照表3確定所設(shè)膨脹加強(qiáng)帶的條數(shù)、構(gòu)造形式和澆筑方式。

(a) 連續(xù)式

(b) 間歇式

(c) 后澆式

表3 連續(xù)澆筑的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度及構(gòu)造形式Table 3 Lengths and types of continuously-cast structures

3)跳倉法。以50～60 m為連續(xù)施工區(qū)段，混凝土澆筑完畢后間隔60 m進(jìn)行下一個(gè)區(qū)段的施工。跳倉間隔時(shí)間滿足釋放溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力的要求，跳倉接縫處按施工縫的要求設(shè)置和處理。跳倉間距小于60 m，跳倉間隔時(shí)間不得早于14 d，跳倉接縫處構(gòu)造與施工縫的要求相同。

以上3種連接縫形式的特點(diǎn)如表4所示。

通常會(huì)綜合考慮釋放溫度、收縮應(yīng)力的效果、抵抗溫度、收縮的能力以及施工進(jìn)度、施工場(chǎng)地等條件，選取膨脹加強(qiáng)帶做法。本工程采用一般抗裂鋼筋混凝土的施工方法，如減少水泥用量、增加優(yōu)質(zhì)粉煤灰、降低坍落度和入模溫度、加強(qiáng)水霧養(yǎng)護(hù)。最大限度地減少資源濫用，簡(jiǎn)化施工工藝，把“復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，簡(jiǎn)單問題精細(xì)化”，所有的“工藝”必須是理論可行、措施可靠、操作簡(jiǎn)單。

表4 施工連接縫形式的比較Table 4 Comparison and contrast among different construction joints

3.1.2 配筋設(shè)計(jì)

3.1.2.1 配筋量和位置

深圳福田地下綜合交通樞紐超大地下淺埋結(jié)構(gòu)配筋采用全截面雙層、雙向布筋方式。配筋率根據(jù)結(jié)構(gòu)受力確定，為加強(qiáng)和利用約束膨脹，配筋率應(yīng)有所提高?？紤]到不同結(jié)構(gòu)部位承受的收縮應(yīng)力不同，深圳福田地下綜合交通樞紐超大地下淺埋結(jié)構(gòu)最小配筋率按表5執(zhí)行。在同樣含鋼量下，采用細(xì)而密的配筋更有利于提高混凝土極限延伸率，建立膨脹壓應(yīng)力，尤其是易裂的墻體、頂板，水平鋼筋間距宜在100～150 mm。

表5 不同結(jié)構(gòu)部位的最小配筋率Table 5 Minimum steel bar ratios at different structural positions

注：底板鋼筋間距取表中高限，頂板可取中間值，墻體建議取低限；配筋率可按結(jié)構(gòu)受力要求確定，只要不低于表中要求即可。

配筋位置按結(jié)構(gòu)受力要求決定。抵抗溫度收縮的鋼筋可利用結(jié)構(gòu)原有的鋼筋貫通布置，也可按照“細(xì)、密”的原則另外設(shè)置構(gòu)造鋼筋網(wǎng)，并與原有鋼筋按受拉鋼筋的要求搭接。

3.1.2.2 溫度收縮、干縮應(yīng)力集中部位增設(shè)附加抗裂鋼筋

對(duì)于抗裂而言，重要的是通過適當(dāng)?shù)呐浣盥屎团浣罘绞剑岣呋炷翗O限延伸率，發(fā)揮混凝土的膨脹能力，所以在一些薄弱部位增設(shè)一些附加鋼筋，能夠發(fā)揮混凝土的補(bǔ)償收縮效果，提高抵御有害裂縫的能力。附加抗裂鋼筋的技術(shù)要求如下：

1)墻體垂直裂縫多出現(xiàn)在墻體的中部，這是由于墻體受到底板鋼筋約束產(chǎn)生應(yīng)力集中。墻體高度的水平中線上下500 mm范圍內(nèi)增設(shè)附加抗裂鋼筋，水平筋的間距不大于100 mm。

2)梁兩側(cè)腰筋的間距不大于200 mm。

3)膨脹加強(qiáng)帶、后澆帶是溫差、干縮收縮應(yīng)力集中的位置，在垂直于膨脹加強(qiáng)帶方向增設(shè)附加鋼筋，其附加筋直徑不大于10 mm，長(zhǎng)度為“帶寬+1 000 mm”。

4)墻體與柱子連接部位容易出現(xiàn)垂直裂縫，這是由于墻與柱的配筋率相差較大，外形尺寸相差也較大，導(dǎo)致溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力不一致而產(chǎn)生裂縫。墻柱、墻墻相交部位增設(shè)直徑8～10 mm的水平鋼筋，長(zhǎng)1 500 mm，插入柱及相臨墻內(nèi)部分不小于150 mm，其余部分插入墻內(nèi)，增加量為原同向鋼筋配筋率的10%～15%。

5)與周圍梁、柱、墻等構(gòu)件整體澆筑且受約束較強(qiáng)的樓板增設(shè)溫度鋼筋。

6)在結(jié)構(gòu)開口的出入口位置、結(jié)構(gòu)截面變化處、構(gòu)造復(fù)雜的突出部位、樓板預(yù)留孔洞、標(biāo)高不同的相鄰構(gòu)件連接處等提高鋼筋配置水平。

3.2 抗裂材料設(shè)計(jì)

針對(duì)深圳福田地下綜合交通樞紐建設(shè)期主體結(jié)構(gòu)所承受的溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力，推薦使用新型化學(xué)外加劑、傳統(tǒng)礦物外加劑、新型膨脹劑以及先進(jìn)的抗裂纖維配制高性能抗裂混凝土，在不同階段通過物理化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)減少溫度應(yīng)力、降低收縮應(yīng)力、提供有益的膨脹應(yīng)力、分散收縮應(yīng)力的目的?？沽巡牧系姆N類、摻量、作用及依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

表6 抗裂材料推薦表Table 6 Proposed anti-cracking materials

3.2.1 抗裂材料的技術(shù)指標(biāo)

3.2.1.1 高效減水劑技術(shù)條件

1)高效減水劑采用聚羧酸高效減水劑。

2)滿足GB 8076—1997《混凝土外加劑》和科技基[2005]101號(hào)《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的要求，詳見表7。

3.2.1.2 礦物外加劑技術(shù)條件

1)粉煤灰。Ⅱ級(jí)以上，符合GB 1596—2005 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》技術(shù)條件。粉煤灰技術(shù)指標(biāo)詳見表8。摻量為膠凝材料總量的15%～40%。

2)磨細(xì)礦渣粉。S95級(jí)，符合GB/T《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉的技術(shù)要求》，詳見表9。摻量不低于膠凝材料總量的15%～50%。

3.2.1.3 膨脹劑的技術(shù)要求

1)混凝土膨脹劑品種為硫鋁酸鈣類膨脹劑。

2)混凝土膨脹劑關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)見表10?；炷僚蛎泟┢渌笜?biāo)滿足JC 476—2001《混凝土膨脹劑》。

3.2.1.4 抗裂纖維的技術(shù)要求

1)抗裂纖維品種為纖維素纖維。

2)抗裂纖維關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)最低要求見表11。

表7高效減水劑技術(shù)指標(biāo)
Table 7 Technical standards of high-performance water-reducing agent

項(xiàng)目指標(biāo)備注水泥凈漿流動(dòng)度/mm≥240硫酸鈉含量/%≤100氯離子含量/%≤02堿含量(Na2O+0658K2O)/%≤100減水率/%≥20含氣量/%≥30用于配制非抗凍混凝土?xí)r≥45用于配制抗凍混凝土?xí)r坍落度保留值/mm30min ≥180 用于泵送混凝土?xí)r60min ≥150 用于泵送混凝土?xí)r常壓泌水率比/%≤20壓力泌水率比/%≤90用于泵送混凝土?xí)r抗壓強(qiáng)度比/%3d ≥1307d ≥12528d ≥120對(duì)鋼筋銹蝕作用無銹蝕收縮率比/%≤135相對(duì)耐久性指標(biāo)/%，200次≥80

表8 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)Table 8 Technical standards of flyash %

表9 磨細(xì)礦渣粉技術(shù)指標(biāo)Table 9 Technical standards of slag

表10 混凝土膨脹劑關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)Table 10 Key technical standards of expansion agent

表11 抗裂纖維技術(shù)指標(biāo)Table 11 Technical standards of anti-cracking fibre

3.2.2 混凝土的要求

3.2.2.1 混凝土基本要求

混凝土的配合比必須滿足設(shè)計(jì)所需要的強(qiáng)度、膨脹性能、抗?jié)B性、耐久性、技術(shù)指標(biāo)和施工工作性要求?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)除應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 55《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)水膠比不宜大于0.45。

2)拌合水用量不宜大于170 kg/m3。

3)高效減水劑品種為聚羧酸高效減水劑。

4)礦物外加劑的品種為雙摻粉煤灰和礦渣粉。

5)砂率宜為38%～45%。

6)混凝土拌合物到澆筑工作面的坍落度不高于100～120 mm。

3.2.2.2 大體積混凝土的技術(shù)要求

1)強(qiáng)度評(píng)定及設(shè)計(jì)的依據(jù)。采用混凝土60 d或90 d的后期強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度評(píng)定、工程交工驗(yàn)收及混凝土設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2)緩凝劑的摻加。摻加緩凝劑，延緩水泥水化，降低放熱峰值，避免在混凝土澆筑早期出現(xiàn)過高溫度。

3)嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)溫度，混凝土澆筑溫度低于35 ℃。為降低混凝土出機(jī)溫度，在氣溫較高時(shí)，砂、石場(chǎng)堆設(shè)置遮陽棚，必要時(shí)噴水降溫。

4)礦物外加劑的品種、摻量。雙摻粉煤灰和礦渣粉，粉煤灰摻量不宜超過水泥用量的40%；礦渣粉的摻量不宜超過水泥用量的50%；2種摻合料的總量不宜大于混凝土中水泥用量的50%。根據(jù)大體積混凝土在入模溫度基礎(chǔ)上的絕熱溫升最大值不超過45 ℃的技術(shù)條件和耐久性要求確定摻量。

5)大體積混凝土溫控指標(biāo)。在入模溫度基礎(chǔ)上的絕熱溫升最大值不超過45 ℃；里表溫差不超過30 ℃；降溫速率不超過2.0 ℃/d。

6)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)。宜采取自動(dòng)定時(shí)噴霧保溫保濕養(yǎng)護(hù)方法，養(yǎng)護(hù)方法應(yīng)符合下列規(guī)定：專人負(fù)責(zé)保溫養(yǎng)護(hù)工作，做好測(cè)試記錄；保溫養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)使混凝土澆筑體的里表溫差及降溫速率滿足溫控指標(biāo)的要求；保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間，不得少于14 d。保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行，當(dāng)混凝土的表面溫度與環(huán)境溫差小于30 ℃時(shí)，可全部拆除。保濕養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查塑料薄膜或養(yǎng)護(hù)劑的完整情況，保持混凝土表面濕潤(rùn)。

3.2.2.3 補(bǔ)償收縮混凝土的技術(shù)要求

1)限制膨脹率要求。由于不同結(jié)構(gòu)部位的約束程度和收縮應(yīng)力不同，養(yǎng)護(hù)條件的差別會(huì)影響混凝土限制膨脹率的發(fā)揮，不同結(jié)構(gòu)部位的混凝土限制膨脹率如表12所示。

2)膨脹劑摻量要求。膨脹劑采用內(nèi)摻法摻入，摻量為膠凝材料總量的8%～12%，按照表12的技術(shù)指標(biāo)，依據(jù)GB 50119混凝土限制膨脹率的試驗(yàn)方法，確定膨脹劑的摻量。

3)養(yǎng)護(hù)。補(bǔ)償收縮混凝土養(yǎng)護(hù)期不少于14 d，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)混凝土應(yīng)保持潮濕狀態(tài)。板式構(gòu)件采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)方法；墻體澆筑完成后，可在頂端設(shè)多孔淋水管，以保持頂面供水及墻體兩側(cè)較大濕度。

表12 補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)指標(biāo)Table 12 Technical standards of compensation contraction concrete

3.2.2.4 纖維混凝土的技術(shù)要求

1)抗裂指數(shù)。纖維混凝土抗裂指數(shù)要求見表13。

2)摻量要求。纖維素纖維的摻量為0.9～1.2 kg/m3，按照纖維混凝土技術(shù)要求抗裂指數(shù)≥85%的要求，采用美國(guó)材料協(xié)會(huì)ASTM 1579中推薦的混凝土早期抗裂性試驗(yàn)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法，確定纖維素纖維的準(zhǔn)確摻量。

3.2.2.5 鋼管混凝土的技術(shù)要求

為保證混凝土與鋼管協(xié)同工作，提高鋼管混凝土的承載力，鋼管混凝土采用微膨脹混凝土。

1)膨脹劑要求。①絕濕膨脹：由于鋼管混凝土無法實(shí)現(xiàn)水中或潮濕養(yǎng)護(hù)，要求膨脹劑具有絕濕膨脹的特點(diǎn)。②膨脹速度：C60混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展快，普通膨脹劑的膨脹性能與C60混凝土強(qiáng)度發(fā)展不協(xié)調(diào)，很難產(chǎn)生應(yīng)有的膨脹，要求膨脹劑的膨脹速度要快，實(shí)現(xiàn)膨脹與強(qiáng)度的協(xié)調(diào)發(fā)展。③膨脹能：C60混凝土的水膠比低，自收縮、干燥收縮較大，需要高膨脹能的膨脹劑補(bǔ)償其自收縮、干燥收縮，尤其是早期的膨脹率要高。

2)限制膨脹率要求。鋼管混凝土的膨脹率見表13。

表13 鋼管混凝土技術(shù)指標(biāo)Table 13 Technical standards of tubular concrete

3)膨脹劑摻量。膨脹劑采用內(nèi)摻法摻入，摻量為膠凝材料總量的8%～10%，按照表13的技術(shù)指標(biāo)，依據(jù)GB 50119混凝土限制膨脹率的實(shí)驗(yàn)方法，確定膨脹劑的摻量。

4)試驗(yàn)方法。①水中限制膨脹率、限制干縮率試驗(yàn)室方法：按照GB 50119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行。②絕濕膨脹率試驗(yàn)室方法：參照GB 50119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的試驗(yàn)方法，限制膨脹率的混凝土試件脫模測(cè)量初長(zhǎng)后，立刻用食品保鮮膜嚴(yán)密包裹試件，將試件置于((20±3)℃溫度、(60±5)%濕度)干空試驗(yàn)室內(nèi)，測(cè)量7 d及14 d的限制絕濕膨脹率。③工地模擬法：按照實(shí)際混凝土配合比澆筑鋼管混凝土，7，14，28，42 d觀測(cè)混凝土與鋼管的緊密結(jié)合程度。簡(jiǎn)單的方法是用敲擊法，檢查混凝土是否與鋼管脫開。

3.3 施工組織設(shè)計(jì)

針對(duì)深圳福田地下綜合交通樞紐抗裂施工進(jìn)行專項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下。

1)混凝土澆筑體溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的計(jì)算。

2)明確施工區(qū)段劃分、施工連接縫構(gòu)造、留置位置、時(shí)間等主要抗裂構(gòu)造措施，落實(shí)大體積混凝土、補(bǔ)償收縮混凝土、纖維混凝土、鋼管混凝土等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的實(shí)施。

3)原材料優(yōu)選、供應(yīng)計(jì)劃和配合比設(shè)計(jì)。

4)混凝土主要施工設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)總平面布置。

5)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備和測(cè)試布置圖。

6)混凝土澆筑程序和施工進(jìn)度計(jì)劃。

7)混凝土保溫和保濕養(yǎng)護(hù)方法、措施及養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

8)主要應(yīng)急保障措施。

9)特殊部位和特殊氣侯條件下的施工措施。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)

大體積混凝土采用無線測(cè)溫系統(tǒng)，定時(shí)監(jiān)測(cè)不同部位各測(cè)溫點(diǎn)溫度，建立溫度收縮應(yīng)力預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)真實(shí)反應(yīng)混凝土澆筑塊體升降溫、內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度，反饋施工現(xiàn)場(chǎng)信息，測(cè)溫報(bào)警溫差設(shè)置為30 ℃，隨時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)采取有效措施，控制溫差及降溫速度，為施工過程中及時(shí)準(zhǔn)確采取溫控對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)保證混凝土的后期質(zhì)量和控制混凝土裂縫有重要的意義。

3.4.1 測(cè)點(diǎn)布置

由于深圳福田地下綜合交通樞紐基礎(chǔ)底板的長(zhǎng)度和寬度均遠(yuǎn)大于厚度，所以從邊緣和角點(diǎn)向內(nèi)進(jìn)去2倍厚度以上的區(qū)域的散熱條件較為固定，主要是靠上表面的輻射、對(duì)流和基底傳導(dǎo)方式散熱，因此有著極其相近的溫度場(chǎng)分布；而邊緣和角點(diǎn)區(qū)域由于散熱途徑的增多，可能是3面甚至4面散熱，溫度場(chǎng)分布趨于復(fù)雜。根據(jù)這一特點(diǎn)，并考慮底板的對(duì)稱性，以每個(gè)施工段對(duì)稱軸線的半條軸線為測(cè)試區(qū)，按“T”字形沿平面將測(cè)點(diǎn)布置成“內(nèi)疏外密”的形式。

深圳福田地下綜合交通樞紐連續(xù)施工的間距一般不超過48 m，測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖7所示。厚度為1 400 mm的底板每組設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿板厚方向各安裝3個(gè)溫度傳感器，距底板上表面分別為50，1 200，1 350 mm；厚度為1 000 mm的頂板每組設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿板厚方向各安裝3個(gè)溫度傳感器，距底板上表面分別為50，500，950 mm；局部超厚底板每組設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，底板上表面50 mm、底板厚度的1/4、底板厚度的1/2、底板厚度的3/4、距底板下表面50 mm各安裝1個(gè)溫度傳感器。

圖7 連續(xù)施工段的溫度監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：mm)Fig.7 Layout of temperature monitoring points in continuously-cast section(mm)

在測(cè)組A，E，F(xiàn)處距離混凝土表面1.5 m各設(shè)置1個(gè)環(huán)境溫度測(cè)溫點(diǎn)測(cè)量大氣溫度，氣溫取讀數(shù)的平均數(shù)。在混凝土泵出料口設(shè)置1個(gè)溫度傳感器，測(cè)量混凝土入模溫度。

3.4.2 大體積混凝土溫度數(shù)據(jù)采集要求

在混凝土澆筑后的前7 d，每隔30 min測(cè)量并記錄各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)一次；8～14 d，每隔1 h測(cè)量并記錄各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)一次；15～30 d，每隔2 h自動(dòng)測(cè)量并記錄各點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)一次；將同一測(cè)試位置的相鄰測(cè)點(diǎn)間同一時(shí)刻的溫度差絕對(duì)值定義為溫差，監(jiān)測(cè)報(bào)警溫差設(shè)置為30 ℃。

3.4.3 大體積混凝土溫控指標(biāo)

1)大體積混凝土在入模溫度基礎(chǔ)上的絕熱溫升值最大值不超過45 ℃。

2)大體積混凝土的里表溫差不超過30 ℃。

3)大體積混凝土的降溫速率不超過2.0 ℃/d。

3.4.4 溫度傳感器的選擇

1)測(cè)溫元件的測(cè)溫誤差應(yīng)不大于0.5 ℃(25 ℃環(huán)境下)。

2)測(cè)試范圍為-30～150 ℃。

3)絕緣電阻大于500 MΩ。

3.4.5 應(yīng)變測(cè)試元件的選擇

1)測(cè)試誤差應(yīng)不大于1.0 με。

2)測(cè)試范圍為-1 000～1 000 με。

3)絕緣電阻大于500 MΩ。

3.4.6 溫度和應(yīng)變測(cè)試元件的安裝及保護(hù)

1)測(cè)試元件安裝前，必須在水下1 m處經(jīng)過浸泡24 h不損壞。

2)測(cè)試元件接頭安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確，固定牢固，并與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體絕熱。

3)測(cè)試元件的引出線宜集中布置，并加以保護(hù)。

4)測(cè)試元件周圍應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，混凝土澆筑過程中，下料時(shí)不得直接沖擊測(cè)試測(cè)溫元件及其引出線；振搗時(shí)，振搗器不得觸及測(cè)溫元件及引出線。

3.5 裂縫處理預(yù)案

裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)安全性會(huì)產(chǎn)生直接的危害，作為深圳福田綜合交通樞紐裂滲控制技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容就是對(duì)裂縫要有科學(xué)合理的處理預(yù)案。

依據(jù)深圳福田綜合交通樞紐的耐久性、安全性以及使用功能的要求，以及福田站長(zhǎng)期浸泡在腐蝕性的地下水中的具體情況，根據(jù)裂縫的性質(zhì)、裂縫的最大寬度，提出相應(yīng)的處理工藝及材料，詳見表14。

表14 裂縫處理預(yù)案Table 14 Countermeasures for cracks

注：滲水裂縫不論寬度，采用高壓化學(xué)灌漿處理，實(shí)現(xiàn)防水補(bǔ)強(qiáng)。

4 采用抗放技術(shù)條件下的施工期抗裂計(jì)算

采取表15所示的抗放措施，在施工期間縫釋放了結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力，降低了混凝土溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力；引入了有益膨脹變形，提高了混凝土極限延伸率。為判斷深圳福田綜合交通樞紐超大地下淺埋結(jié)構(gòu)在建設(shè)期是否會(huì)產(chǎn)生裂縫，針對(duì)福田站底板、墻體進(jìn)行了計(jì)算。

4.1 底板

4.1.1 水化溫差

Tmax=400×350/(2 400×0.96)=60 ℃。

施工連接縫釋放大體積底板混凝土的水化熱40%以上。

表15深圳福田綜合交通樞紐主要抗放措施
Table 15 Main stress-releasing and stress-resisting countermeasures for Futian underground comprehensive transportation hub in Shenzhen

技術(shù)路線措施作用放設(shè)置施工連接縫分段施工 釋放溫度應(yīng)力40%～80%；釋放收縮應(yīng)力30%～50%抗細(xì)密配筋+抗裂構(gòu)造鋼筋提高混凝土極限延伸率多元復(fù)合膠凝材料 減少溫度應(yīng)力20%～40%；減少收縮應(yīng)力20%～50%膨脹劑 硬化期提供限制膨脹率003%～005%抗裂纖維 “次要加強(qiáng)筋”的分散應(yīng)力作用

從混凝土溫度收縮應(yīng)力的研究結(jié)果可知，通過合理調(diào)配膠凝材料組分，實(shí)現(xiàn)降低水化熱和混凝土水化熱溫升，可有效降低水化溫差T120%以上。

T1=60 ℃×0.6×0.8=28.8 ℃。

4.1.2 混凝土收縮當(dāng)量溫差T2

施工連接縫可釋放混凝土收縮總量的30%，而采取多元礦物外加劑復(fù)合使用，混凝土收縮應(yīng)力可減少20%以上，由此，T2=11 ℃×0.7×0.8=6.2 ℃。

4.1.3 膨脹當(dāng)量溫差T3

引入的限制膨脹率ε2=0.03%，考慮到試件與工程構(gòu)件的差異，折算系數(shù)取50%，T3=15 ℃。

4.1.4 混凝土綜合溫差T

T=T1+T2-T3=28.8+6.2-15=20 ℃。

4.1.5 極限延伸率εp

混凝土溫度收縮應(yīng)力研究表明，多元膠凝材料使混凝土升溫、降溫速度明顯呈緩慢趨勢(shì)，考慮到混凝土較長(zhǎng)時(shí)間的升溫、降溫特征、抗裂纖維“次要加強(qiáng)筋”的分散應(yīng)力作用，混凝土極限延伸率偏于安全按提高50%計(jì)算，即

εp=1.5×10-4×1.5=2.25×10-4。

4.1.6 伸縮縫間距

當(dāng)|αT|<εp時(shí)，表明底板混凝土收縮應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土不會(huì)開裂，底板可以取消永久伸縮縫。

4.2 墻體

4.2.1 水化溫差

Tmax=400×350/(2 400×0.96)=60 ℃。

墻體表面大，施工連接縫可釋放墻體混凝土的水化熱60%以上；通過合理調(diào)配膠凝材料組分，可有效降低水化溫差T120%以上。由此，T1=60 ℃×0.4×0.8=19.2 ℃。

4.2.2 混凝土收縮當(dāng)量溫差T2

施工連接縫可釋放混凝土收縮總量的30%，而采取多元礦物外加劑復(fù)合使用，混凝土收縮應(yīng)力可減少20%以上。由此，T2=24 ℃×0.7×0.8=13.4 ℃。

4.2.3 膨脹當(dāng)量溫差

引入的限制膨脹率ε2=0.03%，試件與工程構(gòu)件的差異折算系數(shù)取50%。由此，T3=15 ℃。

4.2.4 混凝土綜合溫差

T=T1+T2-T3=19.2+13.4-15=17.6 ℃。

4.2.5 極限延伸率εp

考慮混凝土緩慢的升溫、降溫過程及纖維的作用，混凝土極限延伸率為εp=2.25×10-4。

4.2.6 其他參數(shù)

Cx=1.5 N/mm3，E=3×104MPa，H=31 000 mm。

4.2.7 伸縮縫間距

|αT|<εp，墻體混凝土不會(huì)開裂，取消伸縮縫。

采用結(jié)構(gòu)釋放、材料抵抗的抗放兼施技術(shù)路線，使收縮應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，可取消建設(shè)期的伸縮縫。

5 結(jié)論與建議

通過對(duì)大型客站超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)防裂技術(shù)的研究，結(jié)合深圳福田地下綜合交通樞紐的氣候條件、使用環(huán)境等具體情況，通過計(jì)算溫度應(yīng)力對(duì)鋼筋混凝土的影響，得出深圳福田地下綜合交通樞紐不設(shè)永久伸縮縫能滿足客站使用期的抗裂要求。

針對(duì)深圳福田綜合交通樞紐具有超長(zhǎng)、超厚、長(zhǎng)高比大及施工周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，在不設(shè)永久伸縮縫的條件下，以控制主體結(jié)構(gòu)在施工期不出現(xiàn)有害裂縫為目標(biāo)，對(duì)抗裂結(jié)構(gòu)形式、抗裂材料設(shè)計(jì)、施工要求、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以及裂縫處理預(yù)案提出如表16所示的成套技術(shù)方案。

通過初步理論分析和實(shí)踐證明，采用抗放兼施技術(shù)路線，深圳福田綜合交通樞紐超大鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不設(shè)變形縫，其主體結(jié)構(gòu)建設(shè)期收縮應(yīng)力和全壽命周期內(nèi)的溫度應(yīng)力小于鋼筋混凝土的抗拉強(qiáng)度，滿足結(jié)構(gòu)主體的抗裂要求，經(jīng)過3年多的使用，證明“大型鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)不設(shè)永久伸縮縫”是安全的。

表16 深圳福田綜合交通樞紐成套技術(shù)方案Table 16 Anti-cracking technologies adopted for Futian underground comprehensive transportation hub in Shenzhen

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑科學(xué)研究院，2011.(Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People’s Republic of China.GB 50010—2010 Code for design of concrete structure[S].Beijing: China Academy of Building Research,2011.(in Chinese))

[2]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.(WANG Tiemeng.Engineering structure crack control[M].Beijing: China Architecture & Building Press,1998.(in Chinese))

[3]黃國(guó)興,惠榮炎.混凝土的收縮[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1990.(HUANG Guoxing,HUI Rongyan.Contraction of concrete[M].Beijing: China Railway Publishing House,1990.(in Chinese))

[4]龔劍,李宏偉.大體積混凝土施工中的裂縫控制[J].施工技術(shù)，2012(6): 8-14.(GONG Jian，LI Hongwei.Crack control of mass concrete construction[J].Construction Technology，2012(6): 8-14.(in Chinese))

[5]侯雁南.大體積混凝土裂縫控制及處理措施研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)土建與水利學(xué)院,2007.(HOU Yannan.Study on control and countermeasures of mass concrete crack[D].Ji’nan: Civil Engineering and Hydraulics School,Shandong University,2007.(in Chinese))

[6]路璐,李興貴.大體積混凝土裂縫控制的研究與進(jìn)展[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2012(1)：146-150.(LU Lu,LI Xinggui.Research and progress of control for mass concrete temperature crack[J].Journal of Water Resources and Architectural Engineering，2012(1)：146-150.(in Chinese))

[7]劉楊.大體積混凝土裂縫控制技術(shù)研究[D].成都：西南石油大學(xué)土木工程學(xué)院,2011.(LIU Yang.Study on control technologies for mass concrete crack[D].Chengdu: School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,2011.(in Chinese))

[8]吳中偉.補(bǔ)償收縮混凝土[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1979.(WU Zhongwei.Compensation contraction concrete[M].Beijing: China Architecture & Building Press,1979.(in Chinese))

StudyonandExecutionofLarge-scaleUndergroundReinforcedConcreteStructurewithoutExpansionJointsCaseStudyonFutianUndergroundComprehensiveTransportationHub

LIU Kading

(ShenzhenMetroCorporation,Shenzhen518026,Guangdong,China)

Due to the extremely long length,great thickness,large length/height ratio and long construction period,Futian underground comprehensive transportation hub in Shenzhen has to suffer large temperature-induced contraction stress and dry-induced contraction stress during the construction.If expansion joints are installed,the appearance,structural safety,water-proofing quality,construction and durability of the structure will be affected.In this paper,the feasibility that no permanent expansion joints are installed for the project is studied by means of theoretical analysis and design calculation.Furthermore,the structural types,anti-cracking materials,construction requirements,site monitoring and crack countermeasures are studied so as to avoid harmful cracks of the main structure of the project under the condition of no permanent expansion joints.In the end,a serise of technical program is proposed.The construction practice shows that the anti-cracking requirement of the main structure of the project can be met when no permanent expansion joints are installed,provided that the project is constructed according to the designed anti-cracking structural types,materials and construction requirements.

Futian underground comprehensive transportation hub; underground station; expansion joint; mass concrete; crack; anti-cracking technology; monitoring; construction joint; expansion strengthening section; steel bar arrangement; anti-cracking material

2014-07-20

劉卡丁(1957—)，男，重慶人，1982年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，隧道及地下鐵道專業(yè)，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任深圳地鐵集團(tuán)有限公司首席規(guī)劃師，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家。主要從事城市軌道交通的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、科研與建設(shè)管理等工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.12.001

U 45

A

1672-741X(2014)12-1113-13