论地铁地下车站混凝土结构裂缝成因与控制

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摘要：在城市地铁地下车站混凝土结构施工中，由于体积大、混凝土数量多，工程条件复杂，且现场浇筑、养护等特点，时常产生混凝土结构裂缝，对混凝土外观及耐久性造成较大影响，给车站的防水及后期列车运营带来重大隐患，必须采取有效控制措施，以达到减少和避免裂缝的目的。本文通过对地铁地下车站混凝土结构裂缝的成因分析，介绍了为避免裂缝所采取的控制措施，为类似工程提供参考。

关键词：地铁车站；裂缝；成因与控制

Abstract: in the urban subway underground station concrete structure construction, the volume and concrete number, engineering condition is complex, and the pouring and curing and other characteristics, often produce concrete crack, and durability of concrete appearance cause bigger influence, to the station and train operation later waterproof bring major hidden dangers, must take effective control measures to reduce and avoid the purpose of cracks. This article through to the subway station underground concrete crack the cause analysis, this paper introduces to avoid cracks take control measures, and provide a reference for other similar projects.

Key words: the subway station; Crack; Causes and control

中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：

1.引言

地铁地下车站设计使用年限为100年，而在现场施工过程中，由于混凝土开裂，严重削弱了混凝土本身的防水能力，进而影响结构的耐久性和车站的有效使用年限，同时给地铁的后期运营带来诸多隐患。因此，控制混凝土裂缝的产生和开展是地铁地下车站混凝土结构工程施工中的控制重点。

2.地下车站裂缝的类型及其成因

地下车站裂缝有多种类型，不同的成因，裂缝呈现出不同的分布与形式：

2.1荷载裂缝

比如车站侧墙，在上下层之间的中部出现纵向的垂直裂缝（如图1）。这主要是侧墙拆模时间过早，在水土水平侧压力的作用下，由于弯矩的作用产生。

图1：车站底板与中板间侧墙水平裂缝

2.2温度变形裂缝

由于自然温度的变化，混凝土表面与大气接触、散热快、温度降低，而混凝土内部水化热温度较高，混凝土内外的较大温差导致收缩变形不均，引起混凝土表面的拉应力而导致开裂；同时，由于水化热作用，构件表面温度较高，当气温较低或拆模时，由于混凝土表面与大气间的温差较大，表面收缩变形较大，在内部混凝土约束下产生裂缝。

2.3收缩变形裂缝

收缩变形裂缝表现为两种形式，一种自约束作用产生的表面裂缝，一种是外约束作用下产生的表面裂缝或贯穿裂缝。

2.3.1自约束裂缝

由于混凝土内外收缩不同而形成约束拉力或剪力，在此作用下混凝土表面产生裂缝，比如车站板式结构混凝土出现裂缝（如图2）。这主要是混凝土拌合物流动性不足出现漏振、欠振或流动性过大出现过振，从而在混凝土凝固过程中出现表面裂缝。

图2：车站中板表面裂缝

2.3.2外约束裂缝

由于不同的介质收缩变形不一致，变形不均，这样在连接界面的约束下，构件受拉导致开裂，比如车站基础底板与侧墙在相互变形约束产生裂缝（如图3）。这主要原因一方面是由于侧墙与底板混凝土收缩差较大，因为工序衔接原因，在侧墙浇筑时，底板一般已经浇筑了较长时间，其收缩变形大部分已经完成，两者之间浇筑混凝土的间隔时间越长，两者之间的收缩差就越大，出现裂缝的可能性就越高；另一方面底板一般都比侧墙厚，宽度较大，对侧墙收缩变形的约束力也就较大。

图3：侧墙竖向裂缝

（图中水平缝为底板与侧墙的施工缝，竖向裂缝与施工缝几乎垂直）

3.裂缝控制

造成车站结构混凝土开裂的原因有不同类型，因此其混凝土裂缝控制也是一个系统工程，必须从混凝土的源头、浇筑、后期养护与施工组织等全过程、全方位进行控制，从温度控制、约束控制等多方面采取一系列的控制手段，增加对裂缝控制有利的因素，减少裂缝产生的因素。

3.1温度控制

3.1.1配合比的选择

目前，地铁车站结构一般采用C35-C45中等强度混凝土，强度越高，水泥用量也会相应增加，即混凝土水化热增加。一些技术能力较差的商品混凝土拌和站为达到混凝土强度等级，一味的增加水泥用量，从而造成水化热和收缩相对加大，造成裂缝。因此在配合比的选配时，应掺用外加剂和掺合料，通过调整外加剂、掺合料的用量，在保证混凝土强度、抗渗等级及良好的和易性和流动性等各种性能的前提下，合理减少水泥的用量。

同时，不同的水泥类型对裂缝控制亦有重要影响，地铁工程应优先选用低水化热、凝结时间长的普通硅酸盐水泥，避免使用早强水泥，禁止使用刚出炉的水泥；通过掺用粉煤灰等掺合料，减小水灰比；采用缓凝型高效减水剂，推迟水化热温度峰值时间；粗骨料采用连续级配，细骨料选用中砂等。

3.1.2控制温差

3.1.2.1入模温度

在选定配合比的前提下，混凝土温度峰值大小与混凝土浇注时带入的初始热量有关，因此，现场混凝土浇注时间一般安排在气温较低时段进行（如晚上、阴天等），这样水化热的峰值将会降低并延迟，对裂缝控制极为有利。但是当工程在夏季施工时，即使晚上气温也较高，必须对骨料采取遮阳通风、洒水降温，通过加冰等措施降低拌和用水的温度等综合措施控制混凝土的入模温度。

混凝土浇筑时严格执行分层浇筑措施，分层浇筑不仅有利于振捣，提高混凝土密实度和防水能力；同时分层浇筑可以防止水泥水化热集中、过大，有利于降低水化热高峰，便于散热，减小混凝土内外温差,以避免温度裂缝的产生。

3.1.2.2设置冷却水管

为降低水化热的峰值，控制混凝土内外的温差，可以在混凝土内部安装冷却水管，通过注入温度较低的水吸收混凝土水化热量，从而降低混凝土内部温度。

3.1.2.3控制拆模时间

由于混凝土水化热较大，由于表面模板的保护致使混凝土表面温度较高，过早拆模造成构件突然降温造成开裂。为控制混凝土表面温度与环境温度之间的温差，通过延迟拆模时间，保证降温能连续缓慢进行。

3.1.2.4做好养护措施

对于混凝土板式结构，在混凝土终凝硬化后，采用一定的蓄水养护，并使水具有一定的温度（地下水温度低，禁止使用地下水），一方面可以保持混凝土处于湿润状态，另一方面通过保证一定的水温，对混凝土起到保温目的，可以有效控制混凝土表面与大气的温差。

对于墙体结构，由于不具备蓄水养护的条件，可在混凝土模板安装时在墙体上方安装喷淋养护装置，在混凝土终凝硬化后即可对其进行喷淋养护（地下水温度低，禁止使用地下水），养护时间不少于14天。

3.2约束控制

配筋率除满足承载力和构造要求外，还需要考虑增加水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的钢筋；在配筋率不变的前提下，也可以通过合理设置分布钢筋，采用小直径、密间距的钢筋等，有效增加粘结力，减小裂缝产生和宽度。

考虑到较厚的底板对较薄的侧墙变形约束刚度很大，应加快施工组织，加快工序衔接，缩短侧墙与底板混凝土浇筑的时间间隔，使得两者的变形相对一致 ，从而降低侧墙裂缝产生的几率。

3.3裂缝的后处理

裂缝的产生之后，其发展有一个变化的过程，对其处理最合适时间是经历一个年度后选择低温季节进行，这时裂缝已经经过不同季节温度的影响，变形已经比较稳定，且低温季节混凝土收缩，裂缝处于相对较宽状态，这阶段处理的效果较好。同时，由于水溶性聚氨脂材料堵水效果具有短期性，对裂缝处理应禁止使用水溶性聚氨脂材料。

4.结束语

裂缝虽然在地铁车站结构中时有发生，但绝对不能错误地认为“地铁车站结构不裂是不可能的”，只要给以足够重视，认识了裂缝产生的原因，针对成因采取一系列的预防措施，采用合理的施工工艺和养护方法，就能有效地控制裂缝的出现和发展，地铁车站结构的耐久性和抗渗能力就能得到保障，这样才能确保列车安全高效运行。

参考文献：

[1]《混凝土质量控制标准》 GB50164-2011

[2]曲德仁《混凝土工程质量控制》 中国建筑工业出版社2005年