淺析路側(cè)明挖車站裂縫產(chǎn)生機理及預(yù)防措施

王經(jīng)選

【摘要】針對徐州市軌道交通某臨路明挖車站主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)狀，從膨脹加強帶施工方式、流水段劃分長對混凝土收縮變形的影響，車輛動荷載、地基不均勻沉降、洞口產(chǎn)生應(yīng)力集中等方面分析了側(cè)墻和頂板等不同部位的豎向、橫向、斜向等不同裂縫產(chǎn)生的機理，提出控制和預(yù)防裂縫的合理化建議，為本工程后期施工及其他類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】明挖車站;裂縫;臨路;產(chǎn)生機理;預(yù)防措施

混凝土工程裂縫既是個從來未曾間斷的、老的質(zhì)量通病，也是個頗受各方關(guān)注的技術(shù)課題，具有很重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。有關(guān)工程技術(shù)人員很少不曾遇到，有時甚至為此相當(dāng)困惑。對于地鐵車站來講，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)裂縫對地鐵車站的使用功能和結(jié)構(gòu)耐久性帶來了不利影響，直接導(dǎo)致滲水及鋼筋銹蝕等問題。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)。本文將重點對裂縫產(chǎn)生的機理預(yù)防措施進行闡述。

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。車站外包長度466.7米，標準段寬19.7米，見圖1。圍護結(jié)構(gòu)采用：三軸攪拌樁+圍護樁+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。整個車站劃分A1-A22共22個施工流水段，長度14-29米不等，每60米設(shè)置一道2m寬膨脹加強帶。目前已施工到A10流水段，存在有主體結(jié)構(gòu)裂縫的質(zhì)量問題。

2、裂縫特征及產(chǎn)生機理

2.1 側(cè)墻裂縫特征及產(chǎn)生機理

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。

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日對變形縫進行測量，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)生機理

混凝土裂縫的產(chǎn)生機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)變超過其極限拉應(yīng)變時，混凝土結(jié)構(gòu)即產(chǎn)生裂縫。

（1）側(cè)墻豎向裂縫產(chǎn)生機理

通過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)實際施工情況對比，后者設(shè)置2條膨脹加強帶（膨脹加強帶澆筑方式見）采取后澆（兩側(cè)混凝土齡期達到28d后）方式，而前者設(shè)置的3條膨脹加強帶均采用間歇式。由此可知，混凝土一定齡期內(nèi)（28d）不受約束的長度越長，越易產(chǎn)生裂縫。首先，采用后澆式膨脹加強帶，兩側(cè)混凝土收縮變形大部分已經(jīng)完成，然后采用補償收縮混凝土澆筑膨脹加強帶，而采用間歇式膨脹加強帶，其兩側(cè)混凝土收縮變形大部分尚未完成，即使膨脹加強帶采用補償收縮混凝土，補償收縮效果也很難達到。

②另外，通過每一流水段的裂縫分布可知，澆筑長度越長，裂縫數(shù)量越多。其一，澆筑長度越長，混凝土的干縮變形越大。其次，澆筑長度越長，產(chǎn)生的水化熱越大，帶來的溫度變化越大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也就越大，最終帶來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，在施工縫的結(jié)合面上，將會約束這種收縮變形，對側(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)場周邊環(huán)境對比，東側(cè)緊鄰城市主干道路，經(jīng)常有重載車輛經(jīng)過，除承受側(cè)向水土壓力外，還要承擔(dān)一部分東側(cè)土傳遞而來的動荷載，而西側(cè)為綠化場地，二者承受外部荷載不同，但二者卻同時施工，同時拆模。由此可見，外部重載車輛動荷載對裂縫的產(chǎn)生起到很大的作用，尤其是早期側(cè)墻強度低時，抵抗能力低，易產(chǎn)生裂縫。

（2）側(cè)墻斜向裂縫產(chǎn)生機理

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)合施工實際情況，此處底板為土巖分界面，且此處開挖時出現(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：

2.2.2 頂板裂縫產(chǎn)生機理

（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)頂板無裂縫。此原因主要是前者3條膨脹加強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，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)生機理為頂板整體收縮時，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。

3、裂縫的預(yù)防及控制措施

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

3.2施工流水段劃分應(yīng)合理。施工流水段不可因為工期而隨意加大施工段的長度，或者因為搶工造成原劃分的相鄰施工流水段合并施工，造成混凝土澆筑方量過大，結(jié)構(gòu)過長，混凝土供應(yīng)不及時，澆筑時間過長等一系列問題，應(yīng)綜合考慮施工工藝、環(huán)境、溫控、養(yǎng)護等條件。

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，車輛動荷載對結(jié)構(gòu)有一定影響，延長靠近道路一側(cè)的側(cè)墻的拆模時間，待混凝土達到一定強度足以抵抗重載車輛傳遞的動荷載后方可拆模，防止交通主干道車輛動荷載對側(cè)墻的損壞。

3.4巖土分界面處地基處理要到位。對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)采取換顆配級石并及時封閉底板，避免積水浸泡，影響地基承載力。

3.5加強預(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)加強設(shè)置，嚴禁過早拆除，嚴禁頂板頂部集中堆載，同時加強此部位的振搗和養(yǎng)護工作。

3.6施工縫等薄弱環(huán)節(jié)裂縫的控制要加強。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)錯開并加強處理，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。通過降溫隔熱措施降低其頂板與負一層之間的溫差，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進行頂板覆土回填一段。

3.8混凝土供應(yīng)應(yīng)及時到位。由于施工組織不力造成的中斷或間斷時間長，導(dǎo)致前后混凝土之間出現(xiàn)施工冷縫。對商混站的選擇上，包括供應(yīng)能力、運距、道路交通狀況以及混凝土配合比設(shè)計能力上，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，什么時候需要混凝土，商混站必須全力組織應(yīng)對，錯開交通堵塞高峰期及備選交通路線。施工現(xiàn)場做好設(shè)備應(yīng)急準備，如混凝土泵遇到故障時的應(yīng)急，支架模板變形監(jiān)測與應(yīng)急，澆筑方式短時間中斷的應(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)，首先要對所選用的各種材料進行嚴格的檢查和驗收，不合格材料一律禁止使用。同時，要按規(guī)定的各項技術(shù)標準做好混凝土配比設(shè)計，并進行試配試驗。施工時選用良好級砂石骨料和低熱或中熱水泥，嚴格把關(guān)砂石含泥量和外加劑的摻用量，避免使用過量粉砂，嚴格控制水灰比和坍落度。

3.10加強巡查，做好處理措施。對現(xiàn)有裂縫進行定期觀測，掌握其發(fā)展趨勢，當(dāng)裂縫發(fā)展趨于穩(wěn)定時，對裂縫最終長度、寬度及深度進行檢測，根據(jù)檢測結(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，重新對已有裂縫進行檢測，本次檢測結(jié)果與上次檢測結(jié)果基本吻合，裂縫的深度未繼續(xù)發(fā)展，屬于表面裂縫。對超過鋼筋保護層厚度的裂縫，采用壓力灌漿法對裂縫進行處理，注漿材料為環(huán)氧樹脂，漿液注滿后，待填充材料達到設(shè)計強度后，對裂縫表面進行打磨修補處理。

總結(jié)：

地鐵車站長期處于復(fù)雜的地下環(huán)境下，設(shè)計使用年限為100年，但是結(jié)構(gòu)混凝土裂縫會導(dǎo)致鋼筋銹蝕，滲漏水，嚴重影響車站結(jié)構(gòu)的使用功能和耐久性。以上為特定工程實例中對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，希望能為同類工程提供一定有價值的參考和借鑒。

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