狹長型地下結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫控制技術(shù)研究

魏登輝 申俊瑩

引言

隨著城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)地鐵換乘和周邊商業(yè)開發(fā)，換乘站同期施工及區(qū)間明挖施工的案列越來越多，大體積混凝土開裂對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響越來越不容忽視。本文結(jié)合天津?yàn)I海Z4線金臨道站～融仁路站兩站一區(qū)間主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工，總結(jié)該地下結(jié)構(gòu)大體積混凝土應(yīng)對混凝土收縮及溫度變化采取的工程措施，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

天津?yàn)I海Z4線金臨道站為地下兩層島式車站，全長415.5m；融仁路站與遠(yuǎn)期B3線“T”型換乘，兩站同期實(shí)施。Z4線融仁路站為地下兩層島式車站，全長379.1m，B3線融仁路站為地下三層島式車站，全長197.7m。金臨道站～融仁路站區(qū)間為地下兩層明挖區(qū)間，全長238.21m。

兩站一區(qū)間Z4線方向?yàn)榈叵聝蓪与p柱框架結(jié)構(gòu)，長度共計(jì)1032.81m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.8m；B3線方向?yàn)榈叵氯龑与p柱框架結(jié)構(gòu)，長197.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度27.2m。兩站一區(qū)間同期施工，屬于狹長型地下結(jié)構(gòu)大體積混凝土澆筑施工。

表1 截面尺寸統(tǒng)計(jì)表

該場地范圍內(nèi)土壤最大凍結(jié)深度0.7m；標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度0.6m。天津?yàn)I海地區(qū)月平均氣溫13.4℃。兩站一區(qū)間覆土厚度為3.3～4.7m，上部潛水埋藏較淺，勘察期間地下水埋深0.60～4.60m。

該結(jié)構(gòu)所處場地的氯離子環(huán)境作用等級屬于IV-C，硫酸離子環(huán)境作用等級屬于V-C。主體結(jié)構(gòu)板、墻、梁、柱均采用C45混凝土。裂縫計(jì)算寬度控制值為：迎土面0.2mm，非迎土面0.3mm。地下車站的防水等級為一級。

2 原因分析

工程實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)配筋不合理、混凝土配合比不良、水泥水化熱、混凝土體積收縮、外界溫度和濕度的變化、建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降、超載使用或未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度過早施加荷載等原因都會使混凝土產(chǎn)生裂縫。當(dāng)裂縫發(fā)展到一定寬度并內(nèi)外貫通時(shí)，在外部高水頭地下水作用下會造成滲漏，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性。對于大體積混凝土而言，混凝土體積收縮和由于溫度變化引起的溫度應(yīng)力往往是裂縫形成的主要原因，而在地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中又容易被忽略。

本工程覆土埋深大于土壤凍結(jié)深度，考慮到覆土的保溫作用，當(dāng)覆土回填后，溫度和濕度變化對地下結(jié)構(gòu)的影響相對較小。主要在混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)階段應(yīng)控制好外界的溫度及濕度。水泥水化熱及混凝土收縮的影響主要在澆筑早期比較顯著，隨硬化過程將逐漸減弱。

3 措施研究

根據(jù)設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，地下結(jié)構(gòu)大體積混凝土施工應(yīng)對混凝土收縮和溫度變化，一般選用下列方法控制結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)有害裂縫：

①后澆帶施工；②設(shè)置誘導(dǎo)縫；③留置變形縫；④跳倉法施工。下面分別對這四種方式的處理方法及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析研究。

（1）后澆帶

一般沿車站主體縱向按一定間距設(shè)置后澆帶，并宜設(shè)置在跨度的1/3處，且整環(huán)設(shè)置，帶寬0.8～1.0m左右，此范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋全部貫通設(shè)置。后澆帶應(yīng)在兩側(cè)結(jié)構(gòu)混凝土澆后1個(gè)月左右，采用高于兩側(cè)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度一級的混凝土澆筑，并添加適量的微膨脹劑。

設(shè)置后澆帶的缺點(diǎn)主要有：①預(yù)留后澆帶縫中容易堆積建筑垃圾，且不易清理，影響后澆帶處混凝土澆筑質(zhì)量。②后澆帶處新老混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證，容易在新老混凝土連接處產(chǎn)生裂縫，人為的增加了兩道施工縫，容易引起漏水。③澆筑混前兩側(cè)混凝土需鑿毛，給施工帶來不便，且后澆帶處混凝土澆筑間隔數(shù)月，影響施工進(jìn)度。

（2）誘導(dǎo)縫

誘導(dǎo)縫最初在上海地鐵車站中采用，在沿車站縱向一定長度范圍人為有目的的設(shè)置一個(gè)橫向的薄弱連接。誘導(dǎo)縫將結(jié)構(gòu)的縱向鋼筋貫通1/3（除底板、縱梁外），以減少鋼筋對混凝土的約束力，當(dāng)車站結(jié)構(gòu)因溫差、混凝土收縮或不均勻沉降等因素沿縱向出現(xiàn)比較大的拉應(yīng)力時(shí)，裂縫首先出現(xiàn)在誘導(dǎo)縫處，從而減小結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的出現(xiàn)和控制裂縫寬度發(fā)展。誘導(dǎo)縫設(shè)置在跨中距支座1/4～1/3位置。

圖1 底板后澆帶

圖2 底板誘導(dǎo)縫

設(shè)置誘導(dǎo)縫的主要缺點(diǎn)有：①因結(jié)構(gòu)板中鋼筋較密，誘導(dǎo)縫處止水帶難以安裝到位，且混凝土振搗質(zhì)量也難以保證，容易出現(xiàn)空洞，致使誘導(dǎo)縫處出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。②在誘導(dǎo)縫處變形及收縮發(fā)生的效果并不理想，只是人為的設(shè)置了一個(gè)薄弱結(jié)構(gòu)部位。

（3）變形縫

變形縫是伸縮縫、沉降縫和防震縫的總稱。設(shè)置變形縫可有效緩解地基不均勻沉降和混凝土收縮變形。

設(shè)置變形縫的缺點(diǎn)：①變形縫處易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致底板處有錯(cuò)臺，影響軌道的平順性及乘客的舒適度。②變形縫處易發(fā)生滲漏現(xiàn)象，且難以處理。③變形縫的設(shè)置比較復(fù)雜，工程造價(jià)高。

（4）跳倉法

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，早期混凝土收縮應(yīng)力較大，將超長的混凝土塊體分為若干小塊體間隔施工，經(jīng)過短期的應(yīng)力釋放后，在后期收縮應(yīng)力較小的階段再將若干小塊體連成整體。即車站構(gòu)件沿縱向跳倉施工，跳倉的最大分塊尺寸不宜大于40m，要求最后一段混凝土（不得為邊跨）與前段澆筑時(shí)間差大于42d，相鄰段澆筑時(shí)間差大于15d，跳倉接縫處按施工縫的要求設(shè)置和處理。

為有效解決本工程結(jié)構(gòu)超長引起的開裂問題，以抵抗混凝土收縮及溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力，本工程結(jié)合以往成功經(jīng)驗(yàn)和自身特點(diǎn)，采用跳倉法施工。同時(shí)在防水混凝土中添加適量的具有補(bǔ)償收縮功能的外加劑，使防水混凝土具有補(bǔ)償收縮、抗裂防滲的效果，并且不影響混凝土的施工性能。

4 其他輔助措施

要做到狹長型地下結(jié)構(gòu)大體積混凝土不出現(xiàn)有害裂縫，除了在設(shè)計(jì)上合理配筋，采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┩猓┕み^程中混凝土原材料和配比、澆筑、養(yǎng)護(hù)階段的工藝和管理也尤為關(guān)鍵。本工程采用跳倉法施工的其他輔助措施有：

（1）結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置及處理措施

①施工縫的施工：板水平施工縫設(shè)置在各層板腋角下200mm處，底板水平施工縫設(shè)置在底板腋角上500mm處，環(huán)向施工縫每12m左右設(shè)一道，特殊情況下≯16m；且要求布置在縱向柱距1/4～1/3附近。

②車站主體與明挖區(qū)間相接處設(shè)置一道變形縫，主體與出入口通道接口處均設(shè)置變形縫，縫寬20mm。

（2）混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)處理措施

①車站主體結(jié)構(gòu)大體積混凝土澆筑時(shí)，為防止溫度變化產(chǎn)生裂縫，施工過程中應(yīng)采取以下措施：

a.優(yōu)化水灰比、選用低水化熱水泥、合理選用外加劑；

b.混凝土終凝后應(yīng)立即采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)，結(jié)構(gòu)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d；

c.炎熱夏季施工時(shí)，應(yīng)采取降低原材料溫度，減少混凝土運(yùn)輸時(shí)吸收外界熱量等降溫措施；

d.及時(shí)回填頂部覆土，避免強(qiáng)烈日曬。

②施工時(shí)混凝土入模溫度，高溫氣候下不應(yīng)大于30℃，低溫氣候下不應(yīng)低于5℃。混凝入模后對其內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測，溫度控制值：內(nèi)部最高溫度不得大于70℃，混凝土中心溫度與表面溫度的差值不應(yīng)大于25℃，表面溫度與大氣溫度的差值不應(yīng)大于20℃，淋注于混凝土表面的養(yǎng)護(hù)水溫度低于混凝土表面溫度且溫差不得大于15℃，混凝土的降溫速度不得大于3℃/d。

5 結(jié)論

本工程通過采用跳倉法施工，明挖區(qū)間與兩端車站連接處各設(shè)置一道變形縫，采用具有補(bǔ)償收縮性能的混凝土；按有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求嚴(yán)格控制混凝土的攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)等階段的工藝，精心組織管理和施工，有效地避免了因混凝土收縮和溫度變化影響產(chǎn)生的有害裂縫。