摘要:隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展,城市建設(shè)日益向地下、空間縱深發(fā)展,地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目在各大城市日趨增多,但工程結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生一直是困擾地鐵工程的難題之一,在地鐵工程中,特別是車(chē)站側(cè)墻結(jié)構(gòu),混凝土產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象極為普遍,裂縫的存在影響了混凝土的強(qiáng)度和耐久性,縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命,更甚至引起結(jié)構(gòu)滲水、漏水,嚴(yán)重的影響了地鐵工程的正常使用和安全運(yùn)行。
　　關(guān)鍵詞:車(chē)站結(jié)構(gòu)，開(kāi)裂機(jī)理，控制措施
　　1裂紋的危害機(jī)理分析
　　當(dāng)混凝土灌注完成后,混凝土中大量的堿性物質(zhì)(氫氧化鈣、鈉、鉀等)使混凝土處于高堿度環(huán)境(PH>12),高堿度使鋼筋表面形成鈍化膜,鋼筋不發(fā)生腐蝕現(xiàn)象,當(dāng)裂紋產(chǎn)生后,鋼筋直接暴露在有腐蝕介質(zhì)的水和空氣中,空氣中的酸性介質(zhì)使混凝土很快喪失高堿度環(huán)境,PH值很快下降,鋼筋被腐蝕氧化成FeO、等,從而結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度分階段性下降:鋼筋握裹力下降→鋼筋受力截面縮小→混凝土順?shù)摻铋_(kāi)裂→鋼筋保護(hù)層剝落→混凝土結(jié)構(gòu)物壽命成指數(shù)倍下降。另一方面,地鐵工程絕大部分為地下工程,結(jié)構(gòu)處于地下水位以下,當(dāng)結(jié)構(gòu)裂紋產(chǎn)生后,勢(shì)必引起結(jié)構(gòu)滲漏水,造成施工單位的成本風(fēng)險(xiǎn),影響工程的正常交付,后期滲水還將影響到地鐵的正常使用和安全運(yùn)行等。
　　2裂縫成因分析
　　2.1材料因素
　　混凝土為多空材料,它是由水泥、砂、石組合經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而成的材料,在水泥凝結(jié)過(guò)程中存在微細(xì)和毛細(xì)孔,從微觀上看混凝土是水泥石、砂、石及充有空氣、水的微孔和微裂紋的多項(xiàng)組合體,本身存在微觀裂紋。另一方面,由于混凝土中的膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng),隨著水化物的生成,混凝土局部壓力的增大,將混凝土內(nèi)多余的水分?jǐn)D出,形成毛細(xì)通道,從而產(chǎn)生毛細(xì)裂紋。
　　2.2施工因素
　　(1)地基承載力不均,引起結(jié)構(gòu)變形,產(chǎn)生裂縫明挖法施工的地鐵車(chē)站,地面荷載及結(jié)構(gòu)自重均通過(guò)結(jié)構(gòu)最終由基底土層承受,如果基底承載力明顯不均,相鄰兩段底板結(jié)構(gòu)相對(duì)沉降較大,結(jié)構(gòu)受彎、受剪而產(chǎn)生裂紋或裂隙,該現(xiàn)象多為兩結(jié)構(gòu)段連接處(施工縫)產(chǎn)生,引起漏水,影響較大。
　　(2)混凝土配合比不合理,入模溫度高,產(chǎn)生干(收)縮裂紋
　　為了便于管理,保證質(zhì)量,目前地鐵多采用商品混凝土,而地鐵結(jié)構(gòu)混凝土又多采用泵送方式施工,為了補(bǔ)償混凝土的坍落度損失,保證可泵性,商品混凝土的水灰比往往比較高,導(dǎo)致混凝土在硬化過(guò)程中因失水產(chǎn)生干縮裂紋,尤其在夏天,太陽(yáng)直射,水分蒸發(fā)快,往往水泥水硬反應(yīng)所需的水分得不到及時(shí)提供,水硬過(guò)程受阻,影響混凝土的致密性,干縮裂縫的產(chǎn)生現(xiàn)象較為普遍。
　　(3)結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差梯度大,養(yǎng)護(hù)不當(dāng),產(chǎn)生溫差裂紋
　　溫差裂紋是由于混凝土導(dǎo)熱系數(shù)低,為熱的不良導(dǎo)體,混凝土結(jié)構(gòu)不同部位的水化熱散熱距離不同,結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫升、溫降不同步,造成局部溫差應(yīng)力而產(chǎn)生的。
　　由于混凝土較差的導(dǎo)熱性,混凝土澆筑后大部分水泥的水化熱都聚集在側(cè)墻內(nèi),內(nèi)部熱量不易散發(fā),迅速形成溫峰,造成內(nèi)外溫差;另一方面當(dāng)混凝土在養(yǎng)護(hù)或使用過(guò)程中遭遇突然降溫時(shí)同樣也會(huì)形成內(nèi)外溫差。內(nèi)外溫差使混凝土表層和中心體積變化各異,相互約束,使混凝土表層產(chǎn)生拉應(yīng)力,內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,應(yīng)力的大小取決于該點(diǎn)溫差梯度的大小。當(dāng)混凝土表面拉應(yīng)力和內(nèi)部壓應(yīng)力耦合后,大于混凝土自身抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土開(kāi)裂。
　　(4)澆筑不當(dāng),造成結(jié)構(gòu)不密實(shí),產(chǎn)生施工間隙縫
　　在結(jié)構(gòu)混凝土澆灌時(shí)應(yīng)分層進(jìn)行,每層厚度應(yīng)不大于25cm,隨澆隨搗,車(chē)站側(cè)墻施工一般距離不超過(guò)1m,應(yīng)設(shè)一振搗點(diǎn),而實(shí)際施工往往因搗固不足,相互搭接不好而出現(xiàn)漏搗等現(xiàn)象,造成結(jié)構(gòu)表面蜂窩麻面,嚴(yán)重時(shí)引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松,形成裂紋;在搗固過(guò)程中,新灌混凝土過(guò)厚或振搗器未深入下層已振搗但未初凝混凝土或者因施工停頓而未加適當(dāng)處理均可能造成上下層混凝土灌注分層,產(chǎn)生間隙縫,引起結(jié)構(gòu)漏水,該類(lèi)裂紋引起結(jié)構(gòu)滲水、漏水占裂縫漏水的絕大數(shù)。
　　2.3結(jié)構(gòu)因素
　　混凝土澆筑后凝固收縮,但由于受到鋼筋、相鄰結(jié)構(gòu)等的約束,而產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)該拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮裂紋。所以不合理的結(jié)構(gòu)組合,同樣可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生,該類(lèi)裂縫稱(chēng)為約束裂縫。
　　地鐵站地下2、3層圍護(hù)結(jié)構(gòu)為人工挖孔咬合樁,側(cè)墻為C30混凝土,厚400mm,圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)間未設(shè)防水層。在混凝土澆筑、水泥水化過(guò)程中,混凝土逐漸由液態(tài)向可塑態(tài)和固態(tài)轉(zhuǎn)變,同時(shí)變強(qiáng)、變硬,物理性能發(fā)生變化,由于混凝土的凝固收縮特性以及新澆側(cè)墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)約束條件,阻礙了混凝土的收縮,受約束的側(cè)墻出現(xiàn)拉應(yīng)力,當(dāng)混凝土拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)在混凝土側(cè)墻壁內(nèi)產(chǎn)生約束裂紋,該裂紋自?xún)?nèi)向外延伸,貫穿整個(gè)側(cè)墻,造成貫穿性滲水裂縫。
　　3控制措施
　　通過(guò)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生機(jī)理的分析和實(shí)例調(diào)查統(tǒng)計(jì),就如何減少和控制混凝土裂縫,從施工、養(yǎng)護(hù)、溫度控制的角度擬建議以下措施:
　　(1)盡量在低溫環(huán)境下澆筑混凝土,可能的情況下盡量減少水泥用量,選用水化熱低的水泥;降低混凝土的入倉(cāng)溫度,有條件可采用低溫拌制混凝土,如加冰混凝土等。
　　(2)混凝土在澆筑7天齡期內(nèi)水化熱溫度遠(yuǎn)大于外界環(huán)境溫度,若此時(shí)貿(mào)然拆模再加以噴水養(yǎng)護(hù),必將造成太大的溫差梯度,導(dǎo)致溫差裂紋的產(chǎn)生,針對(duì)該情況,建議車(chē)站側(cè)墻采用鋼模作模板,在7天齡期內(nèi)讓混凝土自然降溫,混凝土內(nèi)部聚集的水化熱量經(jīng)鋼模板向外界自然散熱,以防止過(guò)大的溫差梯度。7天后拆除模板,再采取滴管養(yǎng)護(hù),使混凝土后期均衡散熱,最終內(nèi)部溫度等同環(huán)境溫度,減少溫差裂縫的產(chǎn)生機(jī)率。
　　(3)盡量避免擾動(dòng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)下的原狀土,土方開(kāi)挖嚴(yán)格按照機(jī)械開(kāi)挖—人工撿底—做墊層—澆主體的順序進(jìn)行,并作地基承載力檢測(cè)。對(duì)于遭雨水、地下水浸泡的,或地基承載力明顯不夠的,必須加以處理。該情況如果不加以重視處理,在結(jié)構(gòu)荷載作用或今后運(yùn)營(yíng)列車(chē)的反復(fù)沖擊下必將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的不均勻沉降,特別是車(chē)站底板分段的施工縫處必然產(chǎn)生裂縫,發(fā)生滲漏。這種裂縫由于貫穿整個(gè)底板,整治起來(lái)非常困難,工程浩大。
　　(4)加強(qiáng)施工過(guò)程控制,從統(tǒng)計(jì)上不難看出,眾多施工間隙縫的產(chǎn)生正是施工原因造成的,而該類(lèi)裂縫絕大多數(shù)為貫穿性裂縫,引起結(jié)構(gòu)滲水,危害極大。地鐵車(chē)站側(cè)墻為薄壁、大面積混凝土灌注,必須應(yīng)加強(qiáng)振搗工序的管理,防止漏搗、過(guò)搗,盡量保證混凝土灌注的連續(xù)性,均衡性,避免施工間隙。若因客觀原因造成混凝土灌注的停頓,間隙時(shí)間超過(guò)混凝土初凝時(shí)間,必須嚴(yán)格按照施工縫處理方式處理后方可重新開(kāi)始灌注。
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　經(jīng)過(guò)對(duì)地鐵車(chē)站裂縫產(chǎn)生的理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,裂縫的產(chǎn)生是與施工方式、管理,混凝土配比,結(jié)構(gòu)自身等都有必然的內(nèi)在聯(lián)系,但有許多因素又是相互制約的,比如車(chē)站結(jié)構(gòu)采用疊合結(jié)構(gòu),使內(nèi)襯側(cè)墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同受力,協(xié)調(diào)變形,減少了側(cè)墻鋼筋和厚度,節(jié)約了成本,同時(shí)車(chē)站抗浮問(wèn)題得以解決,但是圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)又約束了內(nèi)襯側(cè)墻混凝土凝固收縮,增大了側(cè)墻開(kāi)裂滲漏的機(jī)率,又比如為了減少水化熱的產(chǎn)生,想進(jìn)一步減少水泥的用量,但又必須解決減少水泥后與混凝土強(qiáng)度,抗?jié)B性的矛盾,所以具體的量化,結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等,還待進(jìn)一步的研究和科學(xué)論證。