淺析路側明挖車站裂縫產生機理及預防措施

文/王經選 徐州市城市軌道交通有限責任公司 江蘇徐州 221009

混凝土工程裂縫既是個從來未曾間斷的、老的質量通病，也是個頗受各方關注的技術課題，具有很重大的技術經濟意義。有關工程技術人員很少不曾遇到，有時甚至為此相當困惑。對于地鐵車站來講，雖然施工技術已經很成熟，但是仍然存在各種質量缺陷，尤其是裂縫問題，這也是從未避免的質量通病，也受到各方的關注。

混凝土結構裂縫對地鐵車站的使用功能和結構耐久性帶來了不利影響，直接導致滲水及鋼筋銹蝕等問題。根據徐州軌道交通某車站已結構的調查，其中滲漏情況均與結構裂縫相關。本文將重點對裂縫產生的機理預防措施進行闡述。

1、工程概況

徐州市軌道交通工程某折返線車站為雙層雙跨局部三跨箱型框架結構的島式車站，車站位于徐州市主干道解放路西側，車流量大，車站距道路最近距離僅為2m。車站外包長度466.7 米，標準段寬19.7 米，見圖1。圍護結構采用：三軸攪拌樁+圍護樁+噴射砼+內支撐。底板埋深17 米。設置1 道變形縫，寬20mm。在墻板相交處設置腋角，改善受力條件。見圖1。整個車站劃分A1-A22 共22 個施工流水段,長度14-29 米不等，每60 米設置一道2m 寬膨脹加強帶。目前已施工到A10 流水段，存在有主體結構裂縫的質量問題。

圖1 車站主體結構橫斷面圖

2、裂縫特征及產生機理

2.1 側墻裂縫特征及產生機理

2.1.1 側墻裂縫特征描述

車站側墻采用C35 P8 混凝土， 墻厚700mm，模板采用單側大鋼模，墻體裂縫寬度0.1-0.4mm，且兩層均有分布，見表1。

表1 車站側墻裂縫分布表

從裂縫分布情況上可以看出，A6-A14 區較A1-A5 區多，東側墻較西側墻多，裂縫絕大多數為豎向，僅2 條為斜向45°裂縫，見圖2。

2018年11月20日對變形縫進行測量，變形縫由2cm 變成5.2cm，混凝土收縮效應很明顯，加上裂縫總寬度，粗略得到混凝土總收縮值6.1cm。

2.1.2 側墻裂縫產生機理

混凝土裂縫的產生機理主要有外荷載和變形荷載兩大類，二者均可在混凝土內產生拉應變，當混凝土的拉應變超過其極限拉應變時，混凝土結構即產生裂縫。

（1）側墻豎向裂縫產生機理

通過分析裂縫特征及其分布規律，可以發現，側墻豎向裂縫主要由于混凝土的收縮變形產生的，而造成混凝土收縮的主要原因有干縮變形和溫度收縮變形。此外，

①A6-A14 區裂縫數量比A1-A5 區多的多，根據實際施工情況對比，后者設置2 條膨脹加強帶（膨脹加強帶澆筑方式見）采取后澆（兩側混凝土齡期達到28d 后）方式，而前者設置的3 條膨脹加強帶均采用間歇式。由此可知，混凝土一定齡期內（28d）不受約束的長度越長，越易產生裂縫。首先，采用后澆式膨脹加強帶，兩側混凝土收縮變形大部分已經完成，然后采用補償收縮混凝土澆筑膨脹加強帶，而采用間歇式膨脹加強帶，其兩側混凝土收縮變形大部分尚未完成，即使膨脹加強帶采用補償收縮混凝土，補償收縮效果也很難達到。

②另外，通過每一流水段的裂縫分布可知，澆筑長度越長，裂縫數量越多。其一，澆筑長度越長，混凝土的干縮變形越大。其次，澆筑長度越長，產生的水化熱越大，帶來的溫度變化越大，產生的溫度應力也就越大，最終帶來的溫度收縮變形越大。其三，在側墻澆筑之前，相應部位的底板或中板由于等待拆除支撐及施工時間，其混凝土齡期少則20d，多則30d，因此底板或中板的收縮大部分已經完成，而當側墻開始收縮時，在施工縫的結合面上，將會約束這種收縮變形，對側墻產生拉應力。三者效應疊加，導致側墻開裂。而第三種原因帶來的拉應力從側墻底部產生，而側墻頂部處于自由端，拉應力逐漸減小，所以造成的豎向裂縫往往僅從底部至中間往上，并不是通常裂縫。

③東側墻較西側墻裂縫多。根據現場周邊環境對比，東側緊鄰城市主干道路，經常有重載車輛經過，除承受側向水土壓力外，還要承擔一部分東側土傳遞而來的動荷載，而西側為綠化場地，二者承受外部荷載不同，但二者卻同時施工，同時拆模。由此可見，外部重載車輛動荷載對裂縫的產生起到很大的作用，尤其是早期側墻強度低時，抵抗能力低，易產生裂縫。

（2）側墻斜向裂縫產生機理

斜向裂縫呈45°，且兩層均在同一位置，此部位頂板為橫向裂縫，結合施工實際情況，此處底板為土巖分界面，且此處開挖時出現突涌，造成基坑浸泡，兩側地基承載力偏差大。結構施工后，因地基不均勻沉降，導致斜向開裂。

2.2 頂板裂縫特征及產生機理

2.2.1 頂板裂縫特征描述

車站頂板采用C35 P8 混凝土，板厚800，支架采用盤扣式腳手架，頂板裂縫多呈45°，多出現在距離板邊L/8 處，另外開洞處更為集中，寬度0.1-0.4mm，部分滲漏。頂板裂縫分布如表2所示：

表2 車站頂板裂縫分布表

2.2.2 頂板裂縫產生機理

（1）同側墻裂縫分布情況類似，A6-A14區頂板裂縫多，而A1-A5 區頂板無裂縫。此原因主要是前者3 條膨脹加強帶均采用間歇式澆筑方式，不利于頂板混凝土收縮變形，而頂板屬于薄壁結構，體積比表面積最小，相同的外部環境下，其收縮變形最大，從而使板內產生拉應力。同時，由于周側墻、梁與板的外側約束，使三者之間的收縮變形不一致，從而導致45°斜裂縫。

（2）頂板軌排井（29000×8300）兩側裂縫較為集中，橫向裂縫產生機理為頂板整體收縮時，由于此段橫截面最小，所以收縮變形最大，而周邊斜裂縫則是由于洞口周邊架體拆除未保留，頂部堆載部分鋼模板，產生應力集中，導致斜裂縫，見圖3。

圖2 側墻裂縫

圖3 頂板裂縫

3、裂縫的預防及控制措施

3.1 膨脹加強帶澆筑方式的選擇要恰當。膨脹加強帶可分為連續式、間歇式和后澆式三種。本工程膨脹加強帶的施工宜采取后澆式，便于前期混凝土的收縮變形，后期采用補償收縮微膨脹混凝土澆筑，可以達到很好的效果。

3.2 施工流水段劃分應合理。施工流水段不可因為工期而隨意加大施工段的長度，或者因為搶工造成原劃分的相鄰施工流水段合并施工，造成混凝土澆筑方量過大，結構過長，混凝土供應不及時，澆筑時間過長等一系列問題，應綜合考慮施工工藝、環境、溫控、養護等條件。

3.3 外部荷載造成的裂縫要控制到位。由于本車站靠近徐州市解放路主干道，車輛動荷載對結構有一定影響，延長靠近道路一側的側墻的拆模時間，待混凝土達到一定強度足以抵抗重載車輛傳遞的動荷載后方可拆模，防止交通主干道車輛動荷載對側墻的損壞。

3.4 巖土分界面處地基處理要到位。對于底板段處于巖土分界面處，地基承載力不足造成的裂縫，應采取換顆配級石并及時封閉底板，避免積水浸泡，影響地基承載力。

3.5 加強預留洞口等應力集中部位的控制。洞口周邊模板架體應加強設置，嚴禁過早拆除，嚴禁頂板頂部集中堆載，同時加強此部位的振搗和養護工作。

3.6 施工縫等薄弱環節裂縫的控制要加強。施工縫鑿毛要鑿毛到位，裸露出新鮮混凝土粗骨料，施工縫位置（必須振搗充分，翻漿飽滿。加強節段施工縫處的防水處理，防水接縫必須與施工縫位置適當錯開并加強處理，防止防水層被破壞。

3.7 溫度裂縫控制措施要得當。對于成型的結構，必須采取降溫措施，控制結構內外空間之間因外界陽光直射造成的溫差。例如在車站頂板覆蓋一層吸水的材料，如麻袋、草袋、海綿等，然后在其上再覆蓋一層模板等吸熱隔熱的材料；又或者在頂板上灌水、關水，吸熱降溫等。通過降溫隔熱措施降低其頂板與負一層之間的溫差，從而減少或避免產生裂縫。如條件許可則應盡可能選擇在溫差較小的季節完成全部結構施工，或者施工完畢一段及時進行頂板覆土回填一段。

3.8 混凝土供應應及時到位。由于施工組織不力造成的中斷或間斷時間長，導致前后混凝土之間出現施工冷縫。對商混站的選擇上，包括供應能力、運距、道路交通狀況以及混凝土配合比設計能力上，綜合判斷、擇優選擇；然后是施工單位與商混站之間的溝通上，什么時候需要混凝土，商混站必須全力組織應對，錯開交通堵塞高峰期及備選交通路線。施工現場做好設備應急準備，如混凝土泵遇到故障時的應急，支架模板變形監測與應急，澆筑方式短時間中斷的應急處置措施等。

3.9 混凝土配合比質量要嚴格把關。為了有效控制現澆混凝土結構中收縮和溫差裂縫的出現，首先要對所選用的各種材料進行嚴格的檢查和驗收，不合格材料一律禁止使用。同時，要按規定的各項技術標準做好混凝土配比設計，并進行試配試驗。施工時選用良好級砂石骨料和低熱或中熱水泥，嚴格把關砂石含泥量和外加劑的摻用量，避免使用過量粉砂，嚴格控制水灰比和坍落度。

3.10 加強巡查，做好處理措施。對現有裂縫進行定期觀測，掌握其發展趨勢，當裂縫發展趨于穩定時，對裂縫最終長度、寬度及深度進行檢測，根據檢測結果，確定裂縫處理方案。判定結構裂縫處于穩定狀態后，重新對已有裂縫進行檢測，本次檢測結果與上次檢測結果基本吻合，裂縫的深度未繼續發展，屬于表面裂縫。對超過鋼筋保護層厚度的裂縫，采用壓力灌漿法對裂縫進行處理，注漿材料為環氧樹脂，漿液注滿后，待填充材料達到設計強度后，對裂縫表面進行打磨修補處理。

總結：

地鐵車站長期處于復雜的地下環境下，設計使用年限為100年，但是結構混凝土裂縫會導致鋼筋銹蝕，滲漏水，嚴重影響車站結構的使用功能和耐久性。以上為特定工程實例中對混凝土裂縫防控和處理所采取的措施，積累的混凝土裂縫防控的相關經驗，希望能為同類工程提供一定有價值的參考和借鑒。