劉鴻琨

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇南京211800）

1 工程概況

洪湖路站為地下兩層島式車站，車站外包總長(zhǎng)275.5m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬19.7m，有效站臺(tái)中心里程處底板埋深約16.4m，有效站臺(tái)寬11m。車站主體采用的是地下二層單柱雙跨閉合框架結(jié)構(gòu)，局部為雙柱三跨形式，應(yīng)用明挖順作法展開施工作業(yè)。

2 裂縫類型及特點(diǎn)概述

側(cè)墻混凝土澆筑施工過(guò)程中，初期3個(gè)節(jié)段存在裂縫問(wèn)題，具有平行分布的特點(diǎn)，數(shù)量為4~6條，裂縫形狀呈棗核狀，以貫穿式為主，伴有滲漏問(wèn)題。

頂板結(jié)構(gòu)澆筑施工中，也出現(xiàn)裂縫質(zhì)量問(wèn)題，主要有如下三種形式：施工縫處45°斜裂縫、預(yù)留孔洞間橫向裂縫、中間倉(cāng)網(wǎng)狀裂縫，各自占比分別為70%、20%、10%。裂縫發(fā)生時(shí)間方面，拆模初期僅存在少量的裂縫，經(jīng)拆模作業(yè)后，在隨后的2~3周裂縫逐步顯現(xiàn)，處于“大規(guī)模爆發(fā)期”，3周后趨于穩(wěn)定，不再出現(xiàn)新裂縫。

3 主體結(jié)構(gòu)的裂縫成因分析

3.1 側(cè)墻混凝土裂縫的成因

混凝土結(jié)構(gòu)受到外部約束等多重作用，嚴(yán)重影響其溫度收縮、自收縮等一系列的收縮，導(dǎo)致體積變化受到制約，隨之出現(xiàn)體積變形問(wèn)題。隨著收縮變形應(yīng)力的逐步增加，待其超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，顯現(xiàn)出開裂問(wèn)題。此類裂縫的影響程度隨時(shí)間的變化而改變，初期對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響甚微，后續(xù)有擴(kuò)大的變化趨勢(shì)，隨之影響混凝土結(jié)構(gòu)的完整性和耐久性。

（1）自收縮。經(jīng)澆筑后，混凝土在密封環(huán)境中的表觀體積有減小的變化特點(diǎn)，稱之為自收縮。水泥水化是關(guān)鍵的原因，其結(jié)果則是混凝土體積的逐步減小。自收縮具有階段性變化的特點(diǎn)，通?？煞譃槿齻€(gè)階段：①自收縮與化學(xué)收縮相一致，此方面的特性主要受到水泥水化特性的影響；②混凝土逐步成型，形成相對(duì)完整的骨架，此時(shí)自收縮受到制約，以化學(xué)收縮為主；③混凝土硬化，兩種類型的收縮均有減弱的變化特點(diǎn)。

混凝土強(qiáng)度是影響自收縮的關(guān)鍵因素，強(qiáng)度等級(jí)在C30以內(nèi)時(shí)，雖然有自收縮現(xiàn)象但相對(duì)微弱，隨著其強(qiáng)度等級(jí)的提高，自收縮程度逐步加劇。軌道交通工程建設(shè)中，側(cè)墻是裂縫的高發(fā)區(qū)域，通常在施工早期便顯現(xiàn)。

（2）溫度收縮。水泥水化熱過(guò)程中釋放大量的熱量，其被聚集在混凝土內(nèi)部，而表面的溫度可在短時(shí)間內(nèi)大幅下降，由此形成較大的內(nèi)外部溫差，隨之出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。側(cè)墻混凝土施工中，在拆模前便出現(xiàn)明顯的降溫，降溫收縮和自收縮持續(xù)發(fā)生，導(dǎo)致側(cè)墻混凝土受到較強(qiáng)的約束作用，因此易在拆模前出現(xiàn)裂縫。相比之下，底板混凝土雖然也有該問(wèn)題，但降溫速度相對(duì)較小，因此溫度收縮裂縫的發(fā)生概率較低，通常無(wú)大范圍的不良影響。

3.2 頂板混凝土裂縫的成因

頂板結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的成因與側(cè)墻具有相似性，即該部分結(jié)構(gòu)混凝土的早期收縮變形應(yīng)力相對(duì)較大，在超過(guò)自身的最大抗拉強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)由于受力不合理而出現(xiàn)裂縫[1]。不同于側(cè)墻結(jié)構(gòu)的是，頂板的早期收縮形式更為多樣化，除了與側(cè)墻相一致的自收縮和溫度收縮外，還存在不同程度的塑性收縮。

總結(jié)出如下幾項(xiàng)關(guān)鍵原因：

（1）施工縫的45°斜裂縫。施工縫本就較為薄弱，其一側(cè)的頂板混凝土存在較明顯的收縮變形問(wèn)題，另一側(cè)及旁側(cè)的混凝土存在較強(qiáng)烈的約束作用，由此形成拉應(yīng)力，兩部分結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力分別與施工縫呈平行、垂直的關(guān)系，通過(guò)對(duì)受力條件的分析，得知合力方向?yàn)樾毕?5°，若該方向的拉應(yīng)力大于頂板混凝土的抗拉強(qiáng)度，則會(huì)出現(xiàn)裂縫（具有與拉應(yīng)力方向垂直的位置關(guān)系）。

（2）預(yù)留孔洞間橫向裂縫。該部分混凝土有收縮變形問(wèn)題，此方面與施工縫幾乎一致，但孔洞為自由端，不會(huì)對(duì)混凝土帶來(lái)約束作用，拉應(yīng)力主要分布在長(zhǎng)度方向，與施工縫呈垂直的位置關(guān)系，此條件下的裂縫沿寬度方向分布。

（3）中間倉(cāng)網(wǎng)狀裂縫。此類裂縫的分布無(wú)特定的規(guī)則，與頂板混凝土早期塑性收縮有關(guān)，混凝土的水分在短時(shí)間內(nèi)大幅度蒸發(fā)，較之于表面水蒸發(fā)率而言，實(shí)際泌水率偏小，待表面達(dá)到相對(duì)干燥的狀態(tài)后，將逐步形成彎液面，出現(xiàn)孔隙負(fù)壓?jiǎn)栴}，并伴有收縮現(xiàn)象。縱觀軌道交通車站主體工程，大暴露面板式結(jié)構(gòu)是塑性收縮開裂質(zhì)量問(wèn)題的高發(fā)區(qū)域，較為常見的部位有底板、頂板、中板，同時(shí)裂縫的發(fā)生概率受環(huán)境影響，在光照強(qiáng)度高、濕度偏低的環(huán)境中，更容易出現(xiàn)該類問(wèn)題。

4 軌道交通車站主體結(jié)構(gòu)裂縫的防治技術(shù)及應(yīng)用效果分析

4.1 原材料質(zhì)量控制

（1）水泥：比表面積不超過(guò)350m2/kg；鋁酸三鈣含量不超過(guò)8%；堿含量不超過(guò)0.60%；進(jìn)場(chǎng)溫度不超過(guò)60℃。

（2）骨料：①粗骨料，堆積空隙率不可超過(guò)45%，且該值需盡可能偏低；②細(xì)骨料，以中砂為宜，要求含泥量在2%以內(nèi)。

（3）礦物摻和料：Ⅱ級(jí)以上粉煤灰，比表面積不可超過(guò)450m2/kg。

（4）外加劑：以減縮型聚梭酸高性能減水劑為宜，原因在于此類材料具有高減水率、低收縮率比的特點(diǎn)。

4.2 混凝土配合比的優(yōu)化

（1）在不影響混凝土綜合質(zhì)量的前提下，適度減少水泥的用量，即250kg/m3，在減少水泥的用量后，有助于減小混凝土的溫升幅度，同時(shí)緩解自收縮現(xiàn)象。

（2）混凝土砂率應(yīng)較低，可根據(jù)需求摻入礦粉，但不可過(guò)量使用?；炷撂涠龋?60+20）mm，泌水率需控制在10L/m3以內(nèi)。

（3）針對(duì)施工條件特殊（例如溫度等環(huán)境因素的影響較大、局部質(zhì)量要求較高等）的情況，常規(guī)方法的應(yīng)用效果有限，此時(shí)應(yīng)根據(jù)需求做進(jìn)一步的調(diào)整，例如使用抗裂材料，通過(guò)此途徑抑制混凝土的自收縮以及溫度收縮，確?；炷辆哂辛己玫目沽研阅?。

4.3 混凝土入模溫度的控制

混凝土對(duì)溫度較為敏感，不同溫度條件下的混凝土性能表現(xiàn)不盡相同，關(guān)于入模溫度的控制要求，如表1所示。

表1 混凝土入模溫度控制

4.4 養(yǎng)護(hù)措施

在缺乏保溫措施或是所采取的保溫措施應(yīng)用效果欠佳時(shí)，將出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)溫度在短時(shí)間內(nèi)明顯下降的情況，隨之加大溫度開裂問(wèn)題的發(fā)生概率，且此現(xiàn)象在墻體結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)得更為明顯，關(guān)于拆模時(shí)間與溫度的關(guān)系，如圖1所示。對(duì)此，在墻體施工中，可以適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間；在完成拆模作業(yè)后，隨即設(shè)置土工布或采取其他保溫措施。

圖1 側(cè)墻結(jié)構(gòu)混凝土拆模時(shí)間與其溫度歷程關(guān)系

高溫、大風(fēng)等條件下，將進(jìn)一步加劇蒸發(fā)現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，盡管此時(shí)已經(jīng)達(dá)到硬化狀態(tài)，但氣候條件特殊（偏干燥），依然會(huì)出現(xiàn)淺層裂縫，其在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力帶來(lái)影響，但后續(xù)在外部環(huán)境因子的影響下，有擴(kuò)展的趨勢(shì)。針對(duì)此問(wèn)題，在主體結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)入強(qiáng)塑性階段以及硬化后，需要適時(shí)地采取保濕養(yǎng)護(hù)措施。以墻體結(jié)構(gòu)為例，在頂部布設(shè)淋水孔，向下噴水，使墻體結(jié)構(gòu)混凝土維持濕潤(rùn)的狀態(tài)；板式結(jié)構(gòu)施工中，可以覆蓋土工布并蓄水，期間加強(qiáng)對(duì)水體溫度以及混凝土表面溫度的檢測(cè)，盡可能減小兩者的差值，不可超過(guò)25℃。

4.5 防治技術(shù)的應(yīng)用效果

軌道交通車站主體結(jié)構(gòu)施工中，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，在發(fā)現(xiàn)開裂的情況，及時(shí)做出響應(yīng)，由技術(shù)專員分析具體的成因，采取針對(duì)性的控制措施，例如優(yōu)化混凝土的配合比、升級(jí)施工工藝等。在本工程中，通過(guò)多重措施的實(shí)施，后續(xù)的側(cè)墻施工質(zhì)量有所提升，裂縫數(shù)量減少80%以上，僅在局部出現(xiàn)1~2條裂縫（主要原因在于工期較緊，部分結(jié)構(gòu)施工時(shí)難以減小分段長(zhǎng)度，隨之出現(xiàn)裂縫）；對(duì)于頂板結(jié)構(gòu)而言，在后續(xù)的施工中未見任何裂縫?？傮w來(lái)看，所采取的主體結(jié)構(gòu)裂縫防治技術(shù)應(yīng)用效果較佳，具有可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

軌道交通車站主體結(jié)構(gòu)是工程中的重點(diǎn)施工內(nèi)容，但其受材料質(zhì)量、施工工藝、環(huán)境溫度等多方面因素的影響，易出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)開裂的情況，不利于地鐵車站的正常運(yùn)營(yíng)，甚至潛在諸多安全隱患。本文結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)裂縫的成因以及防治技術(shù)展開探討，希望所提的內(nèi)容可作為類似工程的參考。