明挖地鐵車站混凝土裂縫的特點及其成因

王鵬

摘要：隨著國民經濟持續(xù)快速發(fā)展，城市交通擁堵現象越來越嚴重，考慮到實際情況和交通的需要，全國大中城市地鐵建設正在全面展開。而在地鐵車站的建設中，混凝土的質量直接影響著地鐵項目的后期建設使用。在當前地鐵車站的建設中，經常發(fā)生由于混凝土出現裂縫給施工質量帶來嚴重影響，造成地鐵出現安全事故的案例，如何采取有效措施防止和控制地鐵車站混凝土中的裂縫問題成為當下地鐵建設項目中的難題。

關鍵詞：明挖地鐵車站；混凝土裂縫；特點；成因

城市地鐵項目的高速建設，一方面給城市的發(fā)展帶來了良好的經濟和社會效應，另一方面地鐵車站的建設也存在工程質量問題。基于不同的水文地質條件、復雜的施工技術和不同的設計起點，地鐵車站在建設完成投入使用后，還是會出現混凝土裂縫現象，導致滲漏問題等。盡管可以進行不同程度的修復，但是耗費大量的時間以及人力物力，增加了建設成本，而且對地鐵車站的結構完整性和耐久性也有著直接影響。

1.明挖地鐵車站混凝土的特點

隨著社會的發(fā)展，人們對環(huán)境保護的重視度也越來越高，建筑工程中大多使用商品混凝土進行地鐵車站的建設，這種混凝土比現場混拌更穩(wěn)定，能有效提高施工速度，降低由環(huán)境污染引起的揚塵和噪聲，有利于文明施工和提高工程質量，因而被廣泛應用。雖然當前施工技術相比以前更加成熟，仍然不能杜絕混凝土裂縫的出現。主要是因為建筑施工類型、工藝以及材料都在不斷變化和更新，使混凝土的凝固過程也受到了影響，雖然混凝土強度不斷提高，從低強度逐漸向高強度方向發(fā)展，但需要注意的是拉伸應力的極限也總是在變化，如果拉力超過極限，就會導致出現裂縫，不僅會降低混凝土結構的承載能力，還會對地鐵車站的使用帶來不利影響，降低地鐵車站的安全系數，使其使用壽命縮短。

2.明挖地鐵車站混凝土裂縫的成因

2.1結構因素

明挖地鐵車站混凝土出現裂縫有很多原因，包括從施工過程中到地鐵車站投入使用后的每個環(huán)節(jié)。水泥水化熱速率對混凝土結構有著重要影響，明挖車站土體結構施工屬于大體積混凝土澆筑，澆筑過程中隨著混凝土的硬化，水泥水化熱速率越來越小，整體結構溫度下降，體積繼續(xù)縮小，而由于混凝土內部結構的溫度升高很快，因此冷卻過程的收縮也會很大。另一方面在側壁和底板之間，新舊混凝土會產生粘結力，加上新舊混凝土不同的彈性模量和收縮程度，所以底板會限制側壁的收縮受，尤其是在已經出現表面裂紋的地方，水分會蒸發(fā)到混凝土結構內部。由于這些原因，在底板約束下的混凝土側壁將具有相當大的拉伸應力，而混凝土本身是脆性材料，抗拉強度僅為抗壓強度的1/10左右，當拉應力或剪應力大于新混凝土自身的抗拉強度或新老混凝土的粘結強度時，貫穿裂縫的產生也就不可避免。

2.2溫度因素

造成明挖地鐵車站混凝土裂縫溫度方面的原因主要是混凝土內外溫度差異，比如混凝土本身內外溫差（在沒有特殊降溫措施下，混凝土內部最大溫度高達50-60°C，前后溫差最高可達40°C）、日夜溫差、陽光照射下混凝土陰陽面溫差等。一般來說，8-10月份為混凝土結構的澆注時間，那段時間溫度高，造成混凝土的結構強度增加太快，難以把握混凝土進入模具溫度。大量的水合熱在混凝土冷凝硬化過程中釋放，如果不能及時散掉就會導致混凝土內外的大溫差。由于混凝土內部溫度散失地比較慢，當溫度應力大于同一時期的混凝土抗拉強度就會出現裂縫。特別是在季節(jié)性變化的階段，日夜溫度和空氣濕度差異較大，增加了混凝土的內外溫差梯度，導致不同程度的開裂現象。

2.3材料因素

基于一定原材料的商品混凝土，其配合比是影響混凝土收縮裂縫的重要原因，商品混凝土的配合比包括每單位水泥量、水灰比、砂率等，不合適的配合比必然使混凝土收縮增加，導致裂縫的出現。骨料也是影響混凝土干縮的主要因素之一，如果選擇具有較小顆粒尺寸的粗骨料，不僅增加了水的消耗量，而且收縮率將降低、水泥的用量將增加，進而增加了水合熱，這將導致混凝土內部溫度過高，容易出現裂縫。另外，有時會因為下雨增加混凝土中的砂石含量，如果沒有對比例進行調整，或是在運輸過程中由于道路不順暢，增加了運輸時間，消耗了水分，在配料時人為補充水分就很可能使得混凝土單位含水量過大。沉陷裂縫、收縮裂縫的出現都是由于混凝土單位含水量過大，造成混凝土坍落度過大而引起的。

2.4施工因素

明挖地鐵車站混凝土出現裂縫很大一部分原因是由于不合適的施工方法，比如常常發(fā)生施工方受到工期進度壓力而忽略了施工質量，只注重完成效率，往往到后期才進行修復裂縫，這將不可避免地導致在標準截面中的后澆注結構裂縫更多。在不同的濕度和溫度條件下，混凝土的強度、收縮變形的大小與環(huán)境條件密切相關，混凝土施工完成后的養(yǎng)護過程中也是裂縫高發(fā)期，如果養(yǎng)護時間不能達到規(guī)定要求，沒有進行合理的溫度控制，就會造成混凝土養(yǎng)護效果相對較差，出現較多的側壁裂縫。

3.結語

綜上所述，在未來地鐵車站的建設中，為了降低混凝土裂縫給建筑帶來的危害程度，就需要對于混凝土裂縫的特點以及成因進行科學合理的分析，采取有效措施（如：在滿足承載力的條件下，鋼筋應細而密，在受力復雜部位加設放射狀鋼筋等），制定全面詳細的施工方案，嚴格按照規(guī)范要求對各施工環(huán)節(jié)的質量進行把控，減少混凝土澆筑后裂縫的出現。當混凝土結構出現裂縫后及時處理，將混凝土裂縫的危害降至最低，確保地鐵車站工程的建設達到國家安全和質量要求。