淺析路側(cè)明挖車站裂縫產(chǎn)生機(jī)理及預(yù)防措施

文/王經(jīng)選 徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司 江蘇徐州 221009

混凝土工程裂縫既是個(gè)從來(lái)未曾間斷的、老的質(zhì)量通病，也是個(gè)頗受各方關(guān)注的技術(shù)課題，具有很重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。有關(guān)工程技術(shù)人員很少不曾遇到，有時(shí)甚至為此相當(dāng)困惑。對(duì)于地鐵車站來(lái)講，雖然施工技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是仍然存在各種質(zhì)量缺陷，尤其是裂縫問(wèn)題，這也是從未避免的質(zhì)量通病，也受到各方的關(guān)注。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)地鐵車站的使用功能和結(jié)構(gòu)耐久性帶來(lái)了不利影響，直接導(dǎo)致滲水及鋼筋銹蝕等問(wèn)題。根據(jù)徐州軌道交通某車站已結(jié)構(gòu)的調(diào)查，其中滲漏情況均與結(jié)構(gòu)裂縫相關(guān)。本文將重點(diǎn)對(duì)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理預(yù)防措施進(jìn)行闡述。

1、工程概況

徐州市軌道交通工程某折返線車站為雙層雙跨局部三跨箱型框架結(jié)構(gòu)的島式車站，車站位于徐州市主干道解放路西側(cè)，車流量大，車站距道路最近距離僅為2m。車站外包長(zhǎng)度466.7 米，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7 米，見圖1。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用：三軸攪拌樁+圍護(hù)樁+噴射砼+內(nèi)支撐。底板埋深17 米。設(shè)置1 道變形縫，寬20mm。在墻板相交處設(shè)置腋角，改善受力條件。見圖1。整個(gè)車站劃分A1-A22 共22 個(gè)施工流水段,長(zhǎng)度14-29 米不等，每60 米設(shè)置一道2m 寬膨脹加強(qiáng)帶。目前已施工到A10 流水段，存在有主體結(jié)構(gòu)裂縫的質(zhì)量問(wèn)題。

圖1 車站主體結(jié)構(gòu)橫斷面圖

2、裂縫特征及產(chǎn)生機(jī)理

2.1 側(cè)墻裂縫特征及產(chǎn)生機(jī)理

2.1.1 側(cè)墻裂縫特征描述

車站側(cè)墻采用C35 P8 混凝土， 墻厚700mm，模板采用單側(cè)大鋼模，墻體裂縫寬度0.1-0.4mm，且兩層均有分布，見表1。

表1 車站側(cè)墻裂縫分布表

從裂縫分布情況上可以看出，A6-A14 區(qū)較A1-A5 區(qū)多，東側(cè)墻較西側(cè)墻多，裂縫絕大多數(shù)為豎向，僅2 條為斜向45°裂縫，見圖2。

2018年11月20日對(duì)變形縫進(jìn)行測(cè)量，變形縫由2cm 變成5.2cm，混凝土收縮效應(yīng)很明顯，加上裂縫總寬度，粗略得到混凝土總收縮值6.1cm。

2.1.2 側(cè)墻裂縫產(chǎn)生機(jī)理

混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理主要有外荷載和變形荷載兩大類，二者均可在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)變，當(dāng)混凝土的拉應(yīng)變超過(guò)其極限拉應(yīng)變時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)即產(chǎn)生裂縫。

（1）側(cè)墻豎向裂縫產(chǎn)生機(jī)理

通過(guò)分析裂縫特征及其分布規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，側(cè)墻豎向裂縫主要由于混凝土的收縮變形產(chǎn)生的，而造成混凝土收縮的主要原因有干縮變形和溫度收縮變形。此外，

①A6-A14 區(qū)裂縫數(shù)量比A1-A5 區(qū)多的多，根據(jù)實(shí)際施工情況對(duì)比，后者設(shè)置2 條膨脹加強(qiáng)帶（膨脹加強(qiáng)帶澆筑方式見）采取后澆（兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到28d 后）方式，而前者設(shè)置的3 條膨脹加強(qiáng)帶均采用間歇式。由此可知，混凝土一定齡期內(nèi)（28d）不受約束的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越易產(chǎn)生裂縫。首先，采用后澆式膨脹加強(qiáng)帶，兩側(cè)混凝土收縮變形大部分已經(jīng)完成，然后采用補(bǔ)償收縮混凝土澆筑膨脹加強(qiáng)帶，而采用間歇式膨脹加強(qiáng)帶，其兩側(cè)混凝土收縮變形大部分尚未完成，即使膨脹加強(qiáng)帶采用補(bǔ)償收縮混凝土，補(bǔ)償收縮效果也很難達(dá)到。

②另外，通過(guò)每一流水段的裂縫分布可知，澆筑長(zhǎng)度越長(zhǎng)，裂縫數(shù)量越多。其一，澆筑長(zhǎng)度越長(zhǎng)，混凝土的干縮變形越大。其次，澆筑長(zhǎng)度越長(zhǎng)，產(chǎn)生的水化熱越大，帶來(lái)的溫度變化越大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也就越大，最終帶來(lái)的溫度收縮變形越大。其三，在側(cè)墻澆筑之前，相應(yīng)部位的底板或中板由于等待拆除支撐及施工時(shí)間，其混凝土齡期少則20d，多則30d，因此底板或中板的收縮大部分已經(jīng)完成，而當(dāng)側(cè)墻開始收縮時(shí)，在施工縫的結(jié)合面上，將會(huì)約束這種收縮變形，對(duì)側(cè)墻產(chǎn)生拉應(yīng)力。三者效應(yīng)疊加，導(dǎo)致側(cè)墻開裂。而第三種原因帶來(lái)的拉應(yīng)力從側(cè)墻底部產(chǎn)生，而側(cè)墻頂部處于自由端，拉應(yīng)力逐漸減小，所以造成的豎向裂縫往往僅從底部至中間往上，并不是通常裂縫。

③東側(cè)墻較西側(cè)墻裂縫多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境對(duì)比，東側(cè)緊鄰城市主干道路，經(jīng)常有重載車輛經(jīng)過(guò)，除承受側(cè)向水土壓力外，還要承擔(dān)一部分東側(cè)土傳遞而來(lái)的動(dòng)荷載，而西側(cè)為綠化場(chǎng)地，二者承受外部荷載不同，但二者卻同時(shí)施工，同時(shí)拆模。由此可見，外部重載車輛動(dòng)荷載對(duì)裂縫的產(chǎn)生起到很大的作用，尤其是早期側(cè)墻強(qiáng)度低時(shí)，抵抗能力低，易產(chǎn)生裂縫。

（2）側(cè)墻斜向裂縫產(chǎn)生機(jī)理

斜向裂縫呈45°，且兩層均在同一位置，此部位頂板為橫向裂縫，結(jié)合施工實(shí)際情況，此處底板為土巖分界面，且此處開挖時(shí)出現(xiàn)突涌，造成基坑浸泡，兩側(cè)地基承載力偏差大。結(jié)構(gòu)施工后，因地基不均勻沉降，導(dǎo)致斜向開裂。

2.2 頂板裂縫特征及產(chǎn)生機(jī)理

2.2.1 頂板裂縫特征描述

車站頂板采用C35 P8 混凝土，板厚800，支架采用盤扣式腳手架，頂板裂縫多呈45°，多出現(xiàn)在距離板邊L/8 處，另外開洞處更為集中，寬度0.1-0.4mm，部分滲漏。頂板裂縫分布如表2所示：

表2 車站頂板裂縫分布表

2.2.2 頂板裂縫產(chǎn)生機(jī)理

（1）同側(cè)墻裂縫分布情況類似，A6-A14區(qū)頂板裂縫多，而A1-A5 區(qū)頂板無(wú)裂縫。此原因主要是前者3 條膨脹加強(qiáng)帶均采用間歇式澆筑方式，不利于頂板混凝土收縮變形，而頂板屬于薄壁結(jié)構(gòu)，體積比表面積最小，相同的外部環(huán)境下，其收縮變形最大，從而使板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。同時(shí)，由于周側(cè)墻、梁與板的外側(cè)約束，使三者之間的收縮變形不一致，從而導(dǎo)致45°斜裂縫。

（2）頂板軌排井（29000×8300）兩側(cè)裂縫較為集中，橫向裂縫產(chǎn)生機(jī)理為頂板整體收縮時(shí)，由于此段橫截面最小，所以收縮變形最大，而周邊斜裂縫則是由于洞口周邊架體拆除未保留，頂部堆載部分鋼模板，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致斜裂縫，見圖3。

圖2 側(cè)墻裂縫

圖3 頂板裂縫

3、裂縫的預(yù)防及控制措施

3.1 膨脹加強(qiáng)帶澆筑方式的選擇要恰當(dāng)。膨脹加強(qiáng)帶可分為連續(xù)式、間歇式和后澆式三種。本工程膨脹加強(qiáng)帶的施工宜采取后澆式，便于前期混凝土的收縮變形，后期采用補(bǔ)償收縮微膨脹混凝土澆筑，可以達(dá)到很好的效果。

3.2 施工流水段劃分應(yīng)合理。施工流水段不可因?yàn)楣て诙S意加大施工段的長(zhǎng)度，或者因?yàn)閾尮ぴ斐稍瓌澐值南噜徥┕ち魉魏喜⑹┕?，造成混凝土澆筑方量過(guò)大，結(jié)構(gòu)過(guò)長(zhǎng)，混凝土供應(yīng)不及時(shí)，澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等一系列問(wèn)題，應(yīng)綜合考慮施工工藝、環(huán)境、溫控、養(yǎng)護(hù)等條件。

3.3 外部荷載造成的裂縫要控制到位。由于本車站靠近徐州市解放路主干道，車輛動(dòng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)有一定影響，延長(zhǎng)靠近道路一側(cè)的側(cè)墻的拆模時(shí)間，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度足以抵抗重載車輛傳遞的動(dòng)荷載后方可拆模，防止交通主干道車輛動(dòng)荷載對(duì)側(cè)墻的損壞。

3.4 巖土分界面處地基處理要到位。對(duì)于底板段處于巖土分界面處，地基承載力不足造成的裂縫，應(yīng)采取換顆配級(jí)石并及時(shí)封閉底板，避免積水浸泡，影響地基承載力。

3.5 加強(qiáng)預(yù)留洞口等應(yīng)力集中部位的控制。洞口周邊模板架體應(yīng)加強(qiáng)設(shè)置，嚴(yán)禁過(guò)早拆除，嚴(yán)禁頂板頂部集中堆載，同時(shí)加強(qiáng)此部位的振搗和養(yǎng)護(hù)工作。

3.6 施工縫等薄弱環(huán)節(jié)裂縫的控制要加強(qiáng)。施工縫鑿毛要鑿毛到位，裸露出新鮮混凝土粗骨料，施工縫位置（必須振搗充分，翻漿飽滿。加強(qiáng)節(jié)段施工縫處的防水處理，防水接縫必須與施工縫位置適當(dāng)錯(cuò)開并加強(qiáng)處理，防止防水層被破壞。

3.7 溫度裂縫控制措施要得當(dāng)。對(duì)于成型的結(jié)構(gòu)，必須采取降溫措施，控制結(jié)構(gòu)內(nèi)外空間之間因外界陽(yáng)光直射造成的溫差。例如在車站頂板覆蓋一層吸水的材料，如麻袋、草袋、海綿等，然后在其上再覆蓋一層模板等吸熱隔熱的材料；又或者在頂板上灌水、關(guān)水，吸熱降溫等。通過(guò)降溫隔熱措施降低其頂板與負(fù)一層之間的溫差，從而減少或避免產(chǎn)生裂縫。如條件許可則應(yīng)盡可能選擇在溫差較小的季節(jié)完成全部結(jié)構(gòu)施工，或者施工完畢一段及時(shí)進(jìn)行頂板覆土回填一段。

3.8 混凝土供應(yīng)應(yīng)及時(shí)到位。由于施工組織不力造成的中斷或間斷時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致前后混凝土之間出現(xiàn)施工冷縫。對(duì)商混站的選擇上，包括供應(yīng)能力、運(yùn)距、道路交通狀況以及混凝土配合比設(shè)計(jì)能力上，綜合判斷、擇優(yōu)選擇；然后是施工單位與商混站之間的溝通上，什么時(shí)候需要混凝土，商混站必須全力組織應(yīng)對(duì)，錯(cuò)開交通堵塞高峰期及備選交通路線。施工現(xiàn)場(chǎng)做好設(shè)備應(yīng)急準(zhǔn)備，如混凝土泵遇到故障時(shí)的應(yīng)急，支架模板變形監(jiān)測(cè)與應(yīng)急，澆筑方式短時(shí)間中斷的應(yīng)急處置措施等。

3.9 混凝土配合比質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)。為了有效控制現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中收縮和溫差裂縫的出現(xiàn)，首先要對(duì)所選用的各種材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗(yàn)收，不合格材料一律禁止使用。同時(shí)，要按規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做好混凝土配比設(shè)計(jì)，并進(jìn)行試配試驗(yàn)。施工時(shí)選用良好級(jí)砂石骨料和低熱或中熱水泥，嚴(yán)格把關(guān)砂石含泥量和外加劑的摻用量，避免使用過(guò)量粉砂，嚴(yán)格控制水灰比和坍落度。

3.10 加強(qiáng)巡查，做好處理措施。對(duì)現(xiàn)有裂縫進(jìn)行定期觀測(cè)，掌握其發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)裂縫發(fā)展趨于穩(wěn)定時(shí)，對(duì)裂縫最終長(zhǎng)度、寬度及深度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，確定裂縫處理方案。判定結(jié)構(gòu)裂縫處于穩(wěn)定狀態(tài)后，重新對(duì)已有裂縫進(jìn)行檢測(cè)，本次檢測(cè)結(jié)果與上次檢測(cè)結(jié)果基本吻合，裂縫的深度未繼續(xù)發(fā)展，屬于表面裂縫。對(duì)超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度的裂縫，采用壓力灌漿法對(duì)裂縫進(jìn)行處理，注漿材料為環(huán)氧樹脂，漿液注滿后，待填充材料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)裂縫表面進(jìn)行打磨修補(bǔ)處理。

總結(jié)：

地鐵車站長(zhǎng)期處于復(fù)雜的地下環(huán)境下，設(shè)計(jì)使用年限為100年，但是結(jié)構(gòu)混凝土裂縫會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，滲漏水，嚴(yán)重影響車站結(jié)構(gòu)的使用功能和耐久性。以上為特定工程實(shí)例中對(duì)混凝土裂縫防控和處理所采取的措施，積累的混凝土裂縫防控的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，希望能為同類工程提供一定有價(jià)值的參考和借鑒。