超大尺寸結構混凝土裂縫控制技術

李子華 肖新瑜 劉 棟 張國軍 陳家坤

（1.中鐵三局集團廣東建設工程有限公司，廣東 廣州 514493； 2.廣州城市理工學院，廣東 廣州 510800）

0 引言

某地鐵車輛段工程的上蓋平臺建筑面積為24萬m2，車輛上蓋承受車輛動荷載，除了需要滿足強度、剛度和穩定性要求外，還需要滿足地鐵工程一級防水的要求，抗滲防水要求高。由于該結構體量大，根據塔吊作業范圍、結構變形縫和后澆帶情況，經綜合考慮后，進行施工分區，按照施工計劃，劃分為115個板塊，平均每塊面積約2000m2，其中最大面積2974m2，超過規范要求，均屬于超大結構[1-2]。

為有效控制工程質量，防止工程出現滲漏水現象，必須對超大尺寸結構混凝土進行裂縫控制，本文結合地鐵工程項目，提出裂縫控制措施，可為類似工程提供參考。

1 出現裂縫的主要原因

大尺寸結構混凝土出現裂縫的因素具有多樣性，其中水泥水化熱產生的溫度應力和混凝土收縮產生的收縮應力是混凝土出現早期裂縫的主要原因[3]。水化熱使混凝土內部產生溫度差，形成內部壓應力，外部拉應力的狀態。當拉應力超過混凝土本身的抗拉強度時，混凝土表面便產生溫度裂縫?；炷潦湛s受到邊界約束影響時，產生的拉應力可使混凝土結構產生貫穿裂縫，貫穿裂縫是結構滲漏水的原因。

2 裂縫控制措施

為有效控制溫度應力和收縮應力產生的裂縫，該工程主要采取如下控制措施：優化防水構造設計方案、優化混凝土配合比、采用跳倉法施工技術及設置后澆帶、采用新型止水帶。

2.1 優化防水構造設計方案

2.1.1 優化變形縫防水構造方案

中埋式止水帶常用于施工縫的防水構造措施中，一般有鋼板和橡膠兩種。該項目結合地鐵車站、區間和車輛段大平臺主體結構設計施工縫中采用橡膠鋼邊止水板出現滲漏比率較多的問題，擇優采用鋼板止水帶。為確保工程的防護效果，鋼板止水帶需滿足《地下工程防水技術規范》（GB 50108-2018）[1]中關于中埋式止水帶的要求，鋼板止水帶L≥150mm，并采用直板式和折板式兩種形式。板寬均為380mm，厚3mm，采用焊接連接。在此基礎上，需外加防水卷材加強層，并在施工縫現澆結構面涂刷水泥基滲透結晶型防水材料作為界面劑。施工縫防水構造見圖1。

圖1 施工縫防水構造

對環向施工縫，保證間距8～12m，布置在縱向柱距1∕4～1∕3跨附近，縫的位置避開通風道、樓梯孔，以保證扶（樓）梯梁的剛度。水平施工縫應在距離板面不小于500mm處，不得在剪力、彎矩最大處或底板與墻交接處。水平和環向施工縫的交界處應做好焊接，防止出現防滲漏薄弱點。

施工縫施工需滿足以下要求：

（1）施工縫應在現澆混凝土強度大于1.2MPa以上后再實施后澆混凝土施工；模板應嚴密、穩固，混凝土施工時不得漏漿與變形。

（2）施工縫后澆混凝土養護時間不得少于21d；混凝土的澆筑應密實，成型應精確，應特別注意新舊混凝土界面處的混凝土密實度。

（3）水平施工縫澆灌混凝土前，應先將其表面浮漿和雜物清理干凈后，涂刷水泥基滲透結晶防水材料，再鋪30～50mm厚1∶1水泥砂漿，并及時澆筑混凝土。垂直施工縫澆筑混凝土前，應先將其表面鑿毛并清理干凈，并涂刷水泥基滲透結晶防水材料，同時應及時澆筑混凝土。

（4）施工縫采用中埋止水帶時，應確保止水帶位置準確，固定牢靠。施工縫采用鋼板止水帶時，接縫處用電弧焊封閉焊接。止水帶可盆形安裝，上翻一定角度便于止水帶下部氣泡排出。

2.1.2 優化、補充抗裂鋼筋的設計

混凝土強度成長初期，特別在3～7d左右，其抗拉強度低，收縮應力較高，結構體溫度處于降溫陡坡階段，收縮應力和溫度應力的共同作用，主受力鋼筋過粗，間距過大未能發揮作用。若分布筋過粗，間距過大，混凝土發生早期開裂的幾率會較大。故采用直徑為6mm 間距100mm×100mm的抗裂鋼筋網片，提高混凝土初期抗裂性能，見圖2?？沽丫W片保護層厚度不小于15mm，并每隔400mm采用直徑為6mm的架立鋼筋，固定網片和主筋。

圖2 抗裂鋼筋網片大樣

2.1.3 增加施工縫拉結筋

對分段澆筑的結構混凝土，施工縫會有較大的拉應力和應變，根據《大體積混凝土施工標準》（GB 50496-2018）規定：大體積混凝土的結構配筋除應滿足結構承載力和構造要求外，還應結合大體積混凝土的施工方法，配置控制溫度和收縮的構造鋼筋，因此對大平臺施工縫采取了增設拉結筋的方式提高混凝土的抗裂性能。對施工縫增設雙層拉結筋，直徑6～8mm，間距不大于150mm，形成細而密的配筋，提高早期結構鋼筋抗裂的作用。

2.1.4 防水層優化設計

地下水水位較高時，地下車站混凝土結構防水層應與混凝土表層密貼，為阻止防水層漏點竄水，造成大面積的漏水，采取兩道防水措施，其中首道頂板防水層為高分子防水涂膜，第二道為防水卷材，主體結構采用P6等級的防水混凝土。設計時主要考慮以下因素：

（1）邊墻采用復合墻結構時，由于受澆筑工藝限制，幾乎沒有防水板（卷材）能夠與混凝土可靠地密貼。

（2）大平臺頂板有條件實施防水層密貼工法，但防水卷材存在著較多弊端：如搭接處的工藝可靠性和耐久性問題，收口處理困難，特別是結構變化處保障質量非常難；另外若出現竄水問題，將會導致防水層失效等，因此設置底層材料時應選擇高分子涂膜料，保證涂膜厚度，使防水層能真正起到首道防水作用。

防水層結構示意如圖3所示。

圖3 防水層結構示意

（3）對施工完成的結構主體采用噴淋檢測技術，噴淋設備如圖4所示。水壓為設計水頭高度的2倍，用以查找貫穿性微裂縫。對防水層采用無損檢測技術，避免采用切割取樣測量導致防水層質量受損，現場檢測技術應符合《建筑防水工程現場檢測技術規范》（JGJ∕T 299-2013）要求。該項目防水層的無損檢查約200處，均未發現滲漏問題。

圖4 噴淋設備

2.2 優化混凝土配合比

對大尺寸的混凝土采用60d強度評定等級設計混凝土配比?；炷翉姸鹊燃墳镃35，對部分承受動荷載的大尺寸板塊的混凝土添加了鋼纖維，鋼纖維的添加量為《纖維混凝土應用技術規程》（JGJ∕T 221-2010）中規定的鋼纖維混凝土的纖維體積率下限要求。

為降低混凝土膠凝材料的水化熱影響，采用的水泥為保水性好、水化熱低、干縮率較小的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為F類Ⅱ級，用以減少水泥用量，減少施工過程產生的水化熱。細骨料級配良好，粗骨料為連續級配的碎石，石子粒徑為5～25mm，外加劑為WS-PC聚羧酸系高效減水劑，添加了鋼纖維的防水混凝土的材料配量及參數如表1所示。鋼纖維防水混凝土砂率為43%，水膠比為0.4，坍落度為160mm。

表1 防水混凝土的材料配量

鋼纖維的彈性模量較大，抗拉強度高，在混凝土內部形成支撐體系并與混凝土形成膠結作用，提高了混凝土的黏聚性，能有效抑制混凝土裂縫開展的方向，并抑制裂縫開展的寬度和數量。

2.3 跳倉法施工技術

大尺寸混凝土采用跳倉法施工技術是將超長超大的混凝土塊劃分為若干個區塊進行施工，該工程采用二級分區的方式，施工時按照計劃劃分為115個板塊。板塊間設置后澆帶，能夠較好釋放初期收縮應力，在后期收縮應力較小時，再澆筑板塊間的后澆帶，將若干的區塊形成整體，形成一級分區。

跳倉澆筑時采用相鄰板塊間隔施工，施工時間間隔大于7d，對不適合相鄰板塊施工的分區采用整體棋盤式品字形施工方法。良好的濕養護有利于降低收縮變形，混凝土終凝后，需噴養護液、鋪上薄膜保濕。

跳倉分塊施工完成后，需要滯后將近兩個月的時間澆筑后澆帶，用以釋放70%～80%的收縮應力，減少結構合攏后的殘余應力。后澆帶澆筑時，選擇氣溫較低的時段完成，以減少出現溫度裂縫。后澆帶需采用同標號混凝土澆筑，加強養護，并做好兩側的拉結筋設置，澆筑面鑿毛和濕養護工作。

3 結束語

地下工程受環境、設計、材料、施工技術等因素的影響容易出現滲漏問題。案例工程通過優化防水構造設計方案和優化混凝土配合比，提高混凝土初期抗裂性能；采用跳倉法施工技術及設置后澆帶，降低混凝土收縮變形，有效減少了變形縫出現滲漏問題。