地鐵車站混凝土結構裂縫控制技術研究★

劉 志 波

(中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250000)

1 概述

控制裂縫的發展是滿足地鐵車站的使用性和耐久性以及較高防水性的要求的關鍵，尤其在南方多雨和地下水位較高的地區。據寧波軌道交通部分已建成的地鐵站車調查發現：滲水、混凝土結構裂縫給地鐵車站的運行以及維護帶來了較大的難題。因此，對地鐵車站混凝土結構裂縫原因進行分析和總結，提出針對性的防治措施，是非常重要的。本文依托寧波地鐵四號線麗江站，對混凝土裂縫從工藝以及材料兩方面進行研究，可為今后類似的工程提供參考。

2 工程概況

麗江路站位于寧波市軌道交通4號線土建工程的第9站。車站為地下2層島式站臺，車站采用明挖順作法施工，車站基坑長468 m，標準段基坑寬21.4 m，車站標準段開挖深度17.7 m～18.9 m。麗江路站B-1基坑長80 m，側墻厚度均為700 mm，底板厚度800 mm，中板厚度400 mm，頂板厚度900 mm。

3 裂縫產生原因及控制措施

3.1 裂縫產生原因

分析前期的調研結果表明，寧波已完工車站裂縫的原因主要分為：支架過早拆除、側墻與板收縮不一致、基坑上浮壓力及底板對側墻的外約束作用幾個方面。

3.2 裂縫的控制措施

根據裂縫產生的主要原因，具體從以下四方面分階段采取控制措施。

3.2.1施工準備階段質量控制

材料與配合比：

在保證混凝土強度及耐久性的前提下，采用低水化熱的水泥，在混凝土中雙摻礦粉、粉煤灰減少水泥用量；采用骨料堆場加遮陽棚，以降低骨料溫度，嚴格控制骨料的針片狀含量，優化骨料級配，以減少水泥用量，降低水化熱，同時應控制砂、石材料的含水率，嚴格控制含泥量；在混凝土中適當的摻入緩凝型高效減水劑來降低水泥用量和減少水灰比，以此降低混凝土溫升和減小收縮變形。

麗江路站大體積混凝土試驗段澆筑時的配合比由經多次試驗后提出，確定配合比如表1所示。

3.2.2混凝土澆筑過程中質量控制

1)混凝土布料。

混凝土澆筑方法采用全面分層法；構件截面面積較大，設備供應緊張時采用斜面分層法；下料高度必須小于2.0 m，布料厚度必須小于50 cm，一般大體積混凝土施工時，建議控制在30 cm，更有利于初期混凝土的散熱；邊下料邊振搗，上層混凝土澆筑要在下層混凝土初凝前進行，不允許出現冷縫。

2)混凝土振搗與壓面。

大體積混凝土施工時，振搗是關鍵。既不能過振，也不能漏振。振搗棒插入混凝土中要“快插慢拔”，插入的垂直度應滿足振搗要求，振動時間宜控制在20 s～30 s，振動結果滿足設計要求后停止振動。為了振搗均勻，振搗棒應在振搗過程中略微上下抽動。兩個振點間的距離應為振搗棒振動有效半徑的1.5倍。對于模板邊緣的混凝土，建議采用φ25的小振搗棒在模板與鋼筋之間進行振搗，將模板邊緣的氣泡趕盡。

為防止混凝土表面產生沉降裂縫和風干裂縫，在混凝土初凝前應對已經澆筑好的混凝土進行抹壓。對于大體積混凝土的澆筑，如發現裂縫應及時進行二次抹壓。

3.2.3混凝土養護階段質量控制

大體積混凝土澆筑完畢后，安排專人負責混凝土的養護工作。本工程大體積混凝土的養護采用的是2層土工布和塑料薄膜組合的養護工藝。此工藝可有效減少養護水的蒸發，并且還可以對混凝土起到保溫的效果。在養護過程中如發現混凝土表面出現干縮吸水裂紋或表面泛白等情況時，應立即適量灑水并仔細加以遮蓋養護。養護階段對大體積混凝土內外溫差以及降溫速率進行現場監測，要對降溫階段的混凝土進行及時的保溫處理，混凝土的降溫梯度應控制在2 ℃/d。

3.2.4混凝土溫度、應變監測

1)監測儀器。

葛南實業MCU-32型應變測試器；四川葛蘭VWS-15M型振弦式大彈模應變計；葛蘭實業RT-1型電阻式溫度探頭；四川葛蘭儀器有限公司YSPT型水工觀測電纜；濟南環宇通科技有限公司TR32型自動巡檢溫度監控設備；濟南環宇通科技有限公司單點式電子測溫儀。

2)溫度測點布置材料，見表2。

3)應變測點布置材料。

底板、中板、頂板應變測點均布設在板中心處。-2層側墻在離底板5 cm～10 cm，-1層側墻在離中板5 cm～10 cm及側墻中心處布設應變測點，見表3。

表2 溫控耗材用量表

表3 應變耗材用量表

4)測點埋設。

麗江路站大體積混凝土在鋼筋綁扎后，模板安裝前布設好溫度、應變監測點，及時記錄監測數據，全面掌握混凝土溫度、應力變化情況。布置測點的原則：容易散失熱量部位、絕熱溫升最大和產生收縮應力最大的地方、受環境溫度影響大、溫度變化大；應變點應選擇在內部約束最大、外部約束最大的地方。測點埋設：應按埋點位置圖基本準確埋設，上下測溫點均位于距混凝土表面5 cm～10 cm處，中間測點位于混凝土底板厚度的中心處；底板、中板、頂板應變點埋設于中心內約束最大的地方，側墻應變點埋設于側墻中心內約束最大及離板5 cm～10 cm外約束最大的地方。測點的埋設方法：按照測點的平面布置圖，在鋼筋綁扎工作完成后將監測點埋設在規定的位置，在埋設監測點的地方設置標識牌，防止施工中對監測點的破壞。

5)監測與報告。

混凝土溫度監測時間宜大于14 d，必要時可根據實際情況延長監測時間，從測溫頭埋入混凝土中時開始監測；應變監測從混凝土澆筑完畢后開始監測，監測時間原則上不少于60 d。監測頻率要求：混凝土澆筑過程中以及澆筑完成后至水化熱升溫階段，每2 h測量一次溫度，必要時可將監測時間縮短至1 h；在第一周的降溫階段每4 h監測一次，其余可按照溫度變化的典型階段每天測量2次～4次。最終測量時間由溫度場和應力場的仿真計算時間與監測結果對比分析來確定。

監測人員，每次測試完畢發現異常情況應立即向有關方面(業主、監理、施工單位)報告，根據測溫結果制定出應急措施；無異常情況時應每天至少報告一次，著重報告混凝土降溫的最大速度、中心和表面、表面和環境溫度之間的最大溫差。

4 地鐵車站混凝土裂縫控制試驗

將B-1主體結構分為5段施工，每段長度控制在15 m～16.4 m左右。

4.1 工藝措施應用效果試驗

溫度與應變測點埋設：其中第1段、第3段、第5段底板進行溫度和應力監測，-2層1段～4段側墻均布設溫度和應力監測元件，-1層第2段布設了溫度和應力監測元件，-1層第4段布設了溫度監測元件。

監測頻率：溫度測點1 d～14 d內自動監測，1次/h；應力測點1 d～3 d內：3次/d，3 d～28 d:1次/d～2次/d，28 d～90 d:1次/周，90 d～360 d:每月1次。

底板混凝土抗壓強度見表4。

底板混凝土溫控監測數據匯總表見表5。

表4 底板混凝土抗壓強度

表5 底板混凝土溫控監測數據匯總表

由圖1可以看出，從混凝土凝結硬化后到混凝土溫峰出現這一階段，混凝土基本處于膨脹階段，隨著混凝土不斷降溫，其體積不斷收縮，前期應變增加較快，總的收縮應變不斷增大，28 d齡期后累計收縮應變值趨于平緩。

側墻混凝土溫控監測數據匯總表見表6。

表6 側墻混凝土溫控監測數據匯總表

-2層側墻應變監測情況匯總表見表7。

表7 -2層側墻應變監測情況匯總表

由圖2可以看出，混凝土中摻入抗裂劑后，截止至35 d齡期混凝土仍處于膨脹階段?；炷吝_到溫峰后，混凝土因溫降、塑性、干燥收縮其體積不斷減小，但在抗裂劑的補償作用下，混凝土體積仍在膨脹，隨著抗裂劑的不斷消耗，其補償能力不斷減弱，使得混凝土的總膨脹值在第7天～第11天后不斷減小，對比未摻抗裂劑底板混凝土的收縮值(約為負萬分之1.83)，28 d抗裂劑的總膨脹值約為萬分之2.27。

表8 各部位溫度特征值

4.2 保溫材料措施應用效果試驗

采用專用保溫布養護的-2層第1段側墻、-2層第3段側墻與采用組合木模板養護至3 d齡期拆模的-2層第2段，第4段側墻的最高溫度、最大內表溫差、最大表面與環境溫差、最大降溫速率如表8所示，降溫趨勢如圖3所示。

5 結語

1)以麗江路站為例，通過地鐵車站混凝土結構裂縫控制成功研究，大大減少了地鐵車站混凝土結構過多產生有害裂縫的技術難題，為保證大體積混凝土不開裂或減少其裂縫的產生，實現建設一流地鐵工程的目標打下良好基礎。

2)通過地鐵車站混凝土結構裂縫控制成功研究得知，工藝的提高以及新型材料的推廣使用在一定程度上推進了工程質量提升，也為同類地鐵車站混凝土結構裂縫控制借鑒經驗。