地鐵土建施工中的混凝土裂縫控制探討

霍志剛

摘要：近些年來(lái)，城市交通迅猛發(fā)展，為城市的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)極大的便利。在城市交通中，地鐵是重要通行工具，雖然地鐵的發(fā)展時(shí)間不是很長(zhǎng)，但是其便利性以及發(fā)展的速度在交通界占據(jù)重要地位。不可否認(rèn)在地鐵的建設(shè)發(fā)展中，由于各種因素的影響，施工項(xiàng)目的混凝土?xí)霈F(xiàn)裂縫的問(wèn)題，影響地鐵運(yùn)行的安全性。為此必須要對(duì)混凝土裂縫有效控制，盡可能降低混凝土裂縫造成的危害，使地鐵土建施工建設(shè)以及運(yùn)行的安全性得到保障。本次研究就對(duì)地鐵土建施工中的混凝土裂縫控制情況進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：地鐵;土建施工;混凝土裂縫;控制

Abstract： In recent years， the rapid development of urban transportation has brought great convenience to the operation of cities. In urban transportation， the subway is an important means of transportation. Although the development time of the subway is not very long， its convenience and development speed occupy an important position in the transportation industry. It is undeniable that in the construction and development of the subway， due to various factors， the problem of cracks in the concrete of the construction project will affect the safety of the subway operation. For this reason， it is necessary to effectively control concrete cracks， reduce the damage caused by concrete cracks as much as possible， and ensure the safety of subway civil construction and operation. This study discusses the control of concrete cracks in subway civil construction.

Keywords： Subway; civil construction; concrete cracks; control

一、前言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化水平提高，交通量也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，城市中交通堵塞的情況日漸嚴(yán)重。為高效利用城市底下空間，地鐵工程開(kāi)始大量建設(shè)，其運(yùn)行能夠很好的緩解地面城市交通的擁堵壓力，也是城市發(fā)展必經(jīng)之路。地鐵土建工程是一項(xiàng)民心工程，主要通過(guò)鋼筋、混凝土進(jìn)行搭建的。在混凝土施工中，裂縫問(wèn)題是比較常見(jiàn)的一種質(zhì)量問(wèn)題，怎樣減少混凝土裂縫出現(xiàn)，提高地鐵土建工程施工的質(zhì)量就成為當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

二、混凝土裂縫類(lèi)型

在地鐵土建施工建設(shè)中，混凝土裂縫分類(lèi)不同，下面就依據(jù)裂縫的成因、形狀、時(shí)間、危害性等方面對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行類(lèi)型劃分[1]。

（一）成因

依據(jù)混凝土裂縫的成因分析，混凝土裂縫主要有兩種，分別是結(jié)構(gòu)性裂縫、非結(jié)構(gòu)性裂縫。

結(jié)構(gòu)性裂縫是由于各種外部荷載造成的。

非結(jié)構(gòu)性裂縫是混凝土在凝結(jié)硬化或固化利用過(guò)程中，由于構(gòu)成材料在大氣環(huán)境中出現(xiàn)物理化學(xué)性質(zhì)變化，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)變化而引起的裂縫。

（二）形狀

依據(jù)裂縫的形狀，可以將混凝土裂縫分為縱向裂縫、橫向裂縫。

縱向裂縫指的是與結(jié)構(gòu)地面平行的裂縫。

橫向裂縫是與結(jié)構(gòu)地面相垂直的裂縫。

（三）時(shí)間

按照混凝土裂縫形成時(shí)間早晚，有早期裂縫、后期裂縫之分。

早期裂縫是施工過(guò)程中沒(méi)有按照嚴(yán)格的規(guī)定操作出現(xiàn)的裂縫。

后期裂縫是使用過(guò)程中，由于外界因素的影響而出現(xiàn)的裂縫。還有些后期裂縫是由于早期裂縫擴(kuò)大造成的。

（四）危害性

依據(jù)對(duì)地鐵土建過(guò)程造成的危害性，可以將混凝土裂縫劃分為有害和無(wú)害兩種。

有害的裂縫就是比較寬、深的裂縫，會(huì)對(duì)地鐵土建工程的承載能力以及實(shí)用性造成危害和影響。

無(wú)害裂縫就是比較小的裂縫，這些裂縫不會(huì)影響地鐵土建工程的承載能力。

三、地鐵土建施工中混凝土裂縫出現(xiàn)的原因分析

（一）普通混凝土裂縫出現(xiàn)原因

1.溫度裂縫

混凝土出現(xiàn)溫度的裂縫是因?yàn)樵诘罔F土建施工中，內(nèi)部、外部溫度差異比較大，在水化作用下，混凝土表面溫度在短時(shí)間內(nèi)散去，而混凝土內(nèi)部的溫度短時(shí)間內(nèi)是不能散去的，內(nèi)外溫差差異就會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。一般而言，混凝土溫度裂縫的出現(xiàn)原因主要分為三種。

（1）澆筑混凝土?xí)r，存在著強(qiáng)烈的水化熱現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差比較大，當(dāng)混凝土全部澆筑完畢后，就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。

（2）當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最高時(shí)，溫度會(huì)逐漸下降，然后降到最小，這時(shí)最高溫度與最低溫度相差比較大，混凝土表面就容易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。

（3）拆除混凝土模板后，其表面溫度開(kāi)始下降，但是其內(nèi)部溫度無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)降下來(lái)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差大，進(jìn)而發(fā)生混凝土裂縫問(wèn)題。

2.荷載裂縫

荷載帶來(lái)的直接應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫。在工程設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)節(jié)出現(xiàn)的裂縫，對(duì)混凝土受力情況進(jìn)行計(jì)算時(shí)，調(diào)查不認(rèn)真，使得計(jì)算出的受力與實(shí)際結(jié)構(gòu)受力之間有偏差，進(jìn)而出現(xiàn)混凝土裂縫。在施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)受力關(guān)注不到位，隨意在混凝土上放置雜物，導(dǎo)致混凝土變形，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。還有就周?chē)馏w系遭到破壞，地下暗挖部分需要承受額外的土壓力，出現(xiàn)土體裂縫的情況。

荷載帶來(lái)的次生應(yīng)力造成的裂縫。沒(méi)有注意計(jì)算錯(cuò)誤的受力，導(dǎo)致一些部位出現(xiàn)次應(yīng)力。開(kāi)洞、鑿槽時(shí)也會(huì)出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂的情況，如果不能很好的處理結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角位置、構(gòu)件突變位置等，就容易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。

荷載不同，荷載裂縫特征也呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，裂縫常出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位，需要注意如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮的情況，或者在受壓方向上有短裂縫，表明結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到極限的承載力，這是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞的前兆，主要原因是截面尺寸偏小[2]。

3.材料質(zhì)量以及配比

如果混凝土的材料質(zhì)量、配比等方面出現(xiàn)問(wèn)題，混凝土就容易出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而對(duì)地鐵土建工程的施工質(zhì)量效果產(chǎn)生影響。比如水灰太大、水泥沙的含量太高，添加劑的添加時(shí)間以及數(shù)量等不準(zhǔn)確都會(huì)影響混凝土的質(zhì)量效果[3]。

混凝土配比時(shí)會(huì)影響混凝土的凝結(jié)作用，導(dǎo)致凝結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)裂縫。因此地鐵土建工程中，在對(duì)混凝土進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)材料以及配比的要求是很?chē)?yán)格的。

4.地基變形

地基出現(xiàn)水平方向上的位移或者豎向上的不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)附加應(yīng)力，這種附加應(yīng)力明顯高于混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

5.鋼筋銹蝕

混凝土保護(hù)層較薄，質(zhì)量不高，由于二氧化碳侵蝕，混凝土保護(hù)層炭化到鋼筋表面，使其周邊混凝土堿度降低，鋼筋周?chē)入x子含量高，破壞鋼筋表面的氧化膜，鋼筋中的鐵離子與進(jìn)入到混凝土中的水分、氧氣發(fā)生銹蝕反應(yīng)[4]，銹蝕物體積就會(huì)增大，周?chē)炷習(xí)霈F(xiàn)膨脹應(yīng)力，使得保護(hù)層混凝土開(kāi)裂，出現(xiàn)裂縫。銹蝕會(huì)減小鋼筋有效斷面的面積，鋼筋與混凝土握裹力降低，結(jié)構(gòu)承載力不足，還會(huì)出現(xiàn)其他形式的裂縫，鋼筋銹蝕更加嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，如圖1所示。

（二）大體積混凝土裂縫出現(xiàn)原因

對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，造成鋼筋混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因就是溫度收縮應(yīng)力。裂縫有表面和貫通裂縫兩種。對(duì)于高強(qiáng)度的混凝土，其早期收縮大，因?yàn)槠渲械乃啾?0%～60%礦物細(xì)摻合料替代，高效減水劑摻量占到膠凝材料總量的1%～2%，水膠比是0.25～0.40[5]，混凝土微觀結(jié)構(gòu)得到改善，高強(qiáng)混凝土出現(xiàn)很多好的特點(diǎn)，但是其收縮裂縫出現(xiàn)的幾率也會(huì)增加。高強(qiáng)混凝土收縮主要是干燥收縮、溫度收縮、塑性收縮、化學(xué)收縮和自收縮。

可以通過(guò)混凝土初現(xiàn)裂紋的時(shí)間判斷其出現(xiàn)的原因。對(duì)于塑性收縮裂紋，一般是在澆筑后的幾小時(shí)到十幾小時(shí)出現(xiàn)。溫度收縮裂紋是在澆筑的2到10天出現(xiàn)。自收縮裂紋在混凝土凝結(jié)硬化后幾天到幾十天。干燥收縮裂紋一般在1年左右。

混凝土裂縫有無(wú)害、有害之分，具體判別標(biāo)準(zhǔn)如下：

1.無(wú)害裂縫

δf ≤ 0.3 mm;深度h ≤ 0.5 H，δf ≤ 0.2 mm;貫穿1.0 mm ≥ δf > 0.3 mm;L ≤ 0.1 B。

2.有害裂縫

δf>0.3 mm縱深裂縫;h>0.5 H，δf>0.2 mm貫穿全截面;裂縫影響使用功能;δf>0.3 mm非貫穿，可能造成鋼筋銹蝕裂縫;結(jié)構(gòu)承載力下降的裂縫[6]。

其中，δf——裂縫寬度;L——裂縫長(zhǎng)度;h——裂縫深度;H——裂縫深度B——沿裂縫長(zhǎng)方向的結(jié)構(gòu)寬度。

四、地鐵土建施工中的混凝土裂縫控制策略

（一）普通混凝土裂縫控制策略與處理方法

1.普通混凝土裂縫控制策略

（1）選擇使用滿(mǎn)足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的材料

選擇和使用的混凝土材料需要滿(mǎn)足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在混合各種材料時(shí)也需要保證比例的合理性。水泥要使用水化熱低、泌水性小、質(zhì)量穩(wěn)定并且有抗侵蝕性的旋窯水泥。水則使用自來(lái)水。砂石料需要滿(mǎn)足《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方法》和《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方法》規(guī)定，同時(shí)石子粒徑<40 mm[7]，其中泥土含量要滿(mǎn)足要求，同時(shí)不能是塊狀，或者石子外面有泥土包裹。吸水率小于1.5%。根據(jù)試驗(yàn)明確高效減水劑、抗裂纖維外加劑以及微膨脹劑的添加含量，誤差允許控制在1%內(nèi)。

（2）溫差裂縫控制

要有效的控制溫差造成的混凝土裂縫問(wèn)題，就需要對(duì)溫度進(jìn)行有效的控制。地鐵土建施工前，需要做好模擬試驗(yàn)，測(cè)量混凝土絕熱溫升參數(shù)，明確溫差值。澆筑時(shí)，若條件允許可以使用專(zhuān)業(yè)設(shè)備，如電子測(cè)溫儀測(cè)量混凝土內(nèi)部的溫度，有效的調(diào)節(jié)內(nèi)外部溫差。施工過(guò)程中結(jié)合實(shí)際情況使用水化熱低的水泥。

混凝土入模時(shí)也要嚴(yán)格控制溫度，使內(nèi)外溫差控制在一定范圍內(nèi)容，一般是25 ℃左右。混凝土澆筑時(shí)要注意周?chē)h(huán)境以及天氣情況，不能在一天中最寒冷、最熱的時(shí)候進(jìn)行施工。要選擇溫差比較小的時(shí)間澆筑?；炷敛鹉Ｒ惨x擇低溫的時(shí)間，拆模之后馬上做好覆蓋保護(hù)工作，避免表面溫差太大產(chǎn)生裂縫問(wèn)題。

（3）嚴(yán)格控制施工科學(xué)性

地鐵土建工程施工建設(shè)時(shí)，要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，必須要實(shí)時(shí)監(jiān)督控制施工的質(zhì)量以及整體進(jìn)程，保證混凝土施工的科學(xué)性。在工程流水段的劃分過(guò)程中，要全面了解各工作條件以及要素，利用大體積混凝土澆筑技術(shù)、控溫、保濕方法，科學(xué)養(yǎng)護(hù)，統(tǒng)籌管理施工現(xiàn)場(chǎng)的各種要素，不能為了追趕工期隨意擴(kuò)大流水作業(yè)段的施工面積，盡可能減少人為因素造成的混凝土裂縫問(wèn)題。

（4）做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作

在對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，一般使用覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)、噴膜養(yǎng)護(hù)的方式，要在混凝土終凝前進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。塑料薄膜養(yǎng)護(hù)時(shí)，要嚴(yán)密的將外部表面包裹，塑料中要有凝結(jié)水。當(dāng)天使用噴壺灑水，使混凝土表面濕潤(rùn)。如果混凝土是利用硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥拌制的，養(yǎng)護(hù)要超過(guò)7天。如果混凝土是火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥拌制的，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為半個(gè)月。對(duì)于摻加了緩凝型外加劑的混凝土，養(yǎng)護(hù)時(shí)間也不能低于2周。養(yǎng)護(hù)柱時(shí)，不僅要灑水，拆模之后要立即覆蓋塑料薄膜，保濕降溫。

2.普通混凝土裂縫處理方法

（1）表面修復(fù)

比較常見(jiàn)的方法就是壓實(shí)抹平，涂抹環(huán)氧粘結(jié)劑，噴涂水泥砂漿，壓抹環(huán)氧膠泥，環(huán)氧樹(shù)脂粘貼下班絲布，增加整體面層，鋼錨栓縫合等，如圖2所示。

（2）局部修復(fù)

常見(jiàn)的方法是充填法，預(yù)應(yīng)力法，鑿除部分混凝土后重新澆筑。

裂縫使用修補(bǔ)材料直接填充，這種方法比較簡(jiǎn)單，成本低。這種方法的裂縫寬度小于0.3 mm，并且是深度淺的裂縫，使用灌漿法無(wú)法達(dá)到理想的效果，所以需要填充處理。如圖3所示。

（3）水泥壓力灌漿法

這種方法修補(bǔ)的裂縫是穩(wěn)定的，并且寬度≥0.5 mm。是利用壓送設(shè)備將補(bǔ)縫漿液注入砼裂隙，實(shí)現(xiàn)閉塞的效果。還可以通過(guò)彈性補(bǔ)縫器在裂縫中注縫膠，效果比較理想。

（4）結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

由于荷載造成的裂縫、長(zhǎng)時(shí)間不處理裂縫致使混凝土耐久性不足以及火災(zāi)等因素造成的裂縫等，都可以通過(guò)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行處理。主要涉及斷面補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。

（二）大體積混凝土裂縫的控制策略

1.無(wú)害裂縫處理

對(duì)于無(wú)害裂縫可以通過(guò)以下幾種方法進(jìn)行處理。

（1）二次壓面法

這種裂縫不深、不寬，如果混凝土有塑性，可以壓抹一遍，并做好養(yǎng)護(hù)工作。如果混凝土已經(jīng)硬化了，可以將水泥漿滲入到裂縫中，并用鐵抹子抹平壓實(shí)。

（2）表面涂抹砂漿法

在處理過(guò)程中能夠，將裂縫周?chē)炷帘砻娴蔫徝蜓亓芽p鑿成凹槽。打掃干凈，同時(shí)灑水濕潤(rùn)。先刷水泥凈漿一度，用1∶1～2水泥砂漿分2～3層，涂抹15 mm左右壓光[8]。出現(xiàn)滲漏水問(wèn)題，要用水泥凈漿和水泥砂漿交替涂抹4到5層，3到4個(gè)小時(shí)之后覆蓋，然后灑水養(yǎng)護(hù)。

（3）表面貼條法

如果裂縫移動(dòng)范圍內(nèi)不局限在一個(gè)平面上，并且需要達(dá)到防水要求，無(wú)法進(jìn)行鑿槽修補(bǔ)的活裂縫，就可以通過(guò)貼條法進(jìn)行修補(bǔ)。將聚丁橡膠密封條貼在裂縫上，并用聚丁橡膠粘結(jié)劑將周邊黏結(jié)到混凝土上，讓密封條中部可以跟著裂縫活動(dòng)而自由的活動(dòng)，如圖4所示。

2.有害裂縫處理

在處理有害裂縫的時(shí)候主要有水泥灌漿法和化學(xué)灌漿法兩種。兩種方法都需要鉆孔、沖洗、密封、埋管、試壓、灌漿。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，地鐵是城市發(fā)展的重要交通工具，地鐵土建工程施工的質(zhì)量效果將決定城市交通安全穩(wěn)定的運(yùn)行。所以在施工建設(shè)中要對(duì)混凝土裂縫問(wèn)題有效的控制和處理，保證地鐵工程高質(zhì)量的施工建設(shè)。

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