摘 要：本文論述了地鐵主體結(jié)構(gòu)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，并從工程設(shè)計、混凝土原材料選擇、配合比以及施工工藝等幾個方面，介紹了天津地鐵1號線工程在主體結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的控制措施。

　　關(guān)鍵詞：地鐵；混凝土；裂縫控制

　　1．概述

　　天津地鐵1號線全長26.2Km，北起劉園，南至雙林。該工程的試驗段工程全長1.58Km,已于2000年10月正式開工,部分工程的主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)竣工。由于天津市地下水位高，地鐵的主體結(jié)構(gòu)均位于含水層中，因此，天津地鐵的主體結(jié)構(gòu)將長期受到地下水的有害作用。如果沒有可靠的防水措施，地下水不僅可以滲入地鐵的主體結(jié)構(gòu)內(nèi)而直接影響地鐵主體結(jié)構(gòu)的正常使用，而且嚴(yán)重地危害到地下結(jié)構(gòu)物的壽命。為此，天津地鐵主體結(jié)構(gòu)采用了“結(jié)構(gòu)自防水為本，附加防水為輔”的防水方法，二者相結(jié)合，能夠達(dá)到“剛?cè)峤Y(jié)合，協(xié)調(diào)匹配，優(yōu)勢互補(bǔ)，標(biāo)本兼治”的防水目的，可有效解決地下結(jié)構(gòu)滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。

　　所謂混凝土結(jié)構(gòu)自防水，主要是在混凝土中摻加外加劑，使混凝土致密不裂或把裂縫控制在一定范圍內(nèi)，達(dá)到不滲不漏的目的。因此，對防水混凝土不能只追求抗?jié)B等級，而不注意防止裂縫的產(chǎn)生。否則抗?jié)B等級雖高，裂縫嚴(yán)重時照樣滲水。

　　由此可見，地鐵工程防水的成敗，關(guān)鍵是控制地鐵主體結(jié)構(gòu)防水混凝土裂縫的產(chǎn)生。

　　2．混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

　　為避免和減少裂縫，就必須分析防水混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，然后在施工中采取相應(yīng)的控制措施。防水混凝土的裂縫通常有以下幾種：

　　2.1收縮裂縫

　　2.1.1失水收縮

　�、匍_始凝結(jié)的混凝土在強(qiáng)烈風(fēng)、陽光直射或濕度下降的影響下，外露表面的水分迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生收縮應(yīng)力，最后導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。這種裂縫一般是不規(guī)則的表面龜裂。

　�、谝涯�結(jié)的防水混凝土由于養(yǎng)護(hù)不及時，早期失水，會產(chǎn)生干燥收縮裂縫。這種裂縫也是不規(guī)則的，而且易于貫通結(jié)構(gòu)而引起滲漏。

　　2.1.2水化收縮

　　①混凝土水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，使混凝土內(nèi)部溫度升高。到達(dá)一定程度后,混凝土中心溫度超過外界溫度時，混凝土就要向外界散熱，這是一個降溫的過程，此過程將使混凝土產(chǎn)生冷縮。

　　②混凝土水泥水化反應(yīng)出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象引起收縮。

　�、鬯�泥水化過程生成新的水化產(chǎn)物，以及水泥水化物Ca(OH)2吸收空氣中的CO2而引起的收縮現(xiàn)象。

　　2.2移動裂縫

　　模板強(qiáng)度或剛度不夠，尚未凝固的混凝土在自重和振搗器作用下，很容易因變形而引起裂縫。此外，木模板吸水、漏水、漏漿，也容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。

　　2.3結(jié)構(gòu)裂縫

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮不周，如鋼筋用量不足、配筋錯誤、地基不均勻下沉、超荷載、過度振動（如地震）等，都會使混凝土拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂縫。

　　總之,引起混凝土裂縫的原因是非常復(fù)雜的。但總體上講，裂縫主要可分為受力裂縫和其他因素如收縮、溫度、不均勻沉陷等引起的裂縫。工程實踐中結(jié)構(gòu)物由變形引起的裂縫幾乎占80％以上，而其中混凝土收縮又是占主要的。屬于由外力引起的裂縫約占20％左右，這類裂縫在設(shè)計上是可以避免和控制的。

　　3．防水混凝土裂縫控制措施

　　地鐵主體結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的。地鐵主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象與設(shè)計、原材料的選擇、混凝土配合比和施工工藝等方面密切相關(guān)，尤其是原材料的品質(zhì)、混凝土配合比和施工工藝影響較大。在地鐵工程建設(shè)中，為防止防水混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，就必須從防水混凝土裂縫產(chǎn)生的原因入手，著重加強(qiáng)以下幾個方面控制。

　　3.1精心進(jìn)行防水混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　防水混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計一般都要進(jìn)行裂縫開展的驗算。即使如此，也很難保證防水混凝土在干縮應(yīng)力、荷載和溫度變化的影響下不產(chǎn)生收縮裂縫。設(shè)計過程中應(yīng)盡量保持構(gòu)件截面均勻，避免截面突變出現(xiàn)尖角、棱角，以減小混凝土收縮應(yīng)力和荷載應(yīng)力的集中。通過裂縫寬度驗算調(diào)整主筋配筋量，把裂縫最大寬度控制在迎水面不大于0.2mm，背水面不大于0.3mm。結(jié)構(gòu)配筋應(yīng)加強(qiáng)縱向分布鋼筋，其配筋應(yīng)按細(xì)而密的原則配置，鋼筋間距宜控制在150mm以內(nèi)，必要時可加設(shè)擴(kuò)張金屬網(wǎng)，以提高混凝土的極限拉應(yīng)變，控制混凝土的收縮裂縫。天津地鐵試驗段工程洪湖里車站,主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻與頂板原設(shè)計配筋采用Φ18mm@200mm，配筋率為0.36%。施工中為提高主體結(jié)構(gòu)抗裂性，將原設(shè)計配筋改為Φ16mm@150mm，配筋率為0.38%。另外，為平衡結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力，在側(cè)墻中部1m的范圍內(nèi)和頂板中部3m范圍內(nèi)，將水平構(gòu)造筋間距調(diào)為100mm。

　　此外，設(shè)計中還應(yīng)對施工段長度的劃分提出指導(dǎo)性意見，適當(dāng)縮短施工縫間距，分段長度宜控制在12m以內(nèi)。

　　3.2嚴(yán)格控制防水混凝土原材料質(zhì)量

　　防水混凝土的原材料要求如下：

　　3.2.1水泥

　�、俦M量采用低標(biāo)號、低水化熱的水泥；

　�、谠诓皇芮治g性介質(zhì)和凍融作用時，宜采用普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥；如采用礦渣硅酸鹽水泥則必須摻用外加劑，以降低泌水率；

　�、墼谑軆鋈谧饔脮r，則優(yōu)先選用普通硅酸鹽水泥，不宜采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥；

　�、懿坏檬褂眠^期和受潮結(jié)塊的水泥，并不得將不同品種、標(biāo)號的水泥混合使用。

　　3.2.2外加劑

　�、偻饧觿�應(yīng)符合國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品以上的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

　�、诳筛鶕�(jù)需要摻入減水劑、膨脹劑、防

　　將不同品種、標(biāo)號的水泥混合使用。

　　3.2.2外加劑

　　①外加劑應(yīng)符合國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品以上的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

　�、诳筛鶕�(jù)需要摻入減水劑、膨脹劑、防水劑、引氣劑、復(fù)合型外加劑等；外加劑可單摻，也可復(fù)合使用，其品種和摻量應(yīng)通過試驗確定。

　　③外加劑的使用應(yīng)不影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并應(yīng)具有體積膨脹、強(qiáng)度提高、坍落度提高和損失小、收縮落差小等特點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)外加劑的含堿量不能超過 0.75％。

　　3.2.3砂、石

　�、賾�(yīng)符合現(xiàn)行《普通混凝土用砂石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》和《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》的規(guī)定。 ②石子最大粒徑不宜大于40mm，泵送時其最大粒徑為輸送管管徑的1/4～1/3決定。所含泥土不得呈塊狀或包裹石子表面，用于防水混凝土其含泥量不應(yīng)大于1％；石子吸水率不應(yīng)大于1.5％。

　�、垡瞬捎弥猩埃�用于防水的商品混凝土含泥量不應(yīng)大于3％。

　　3.2.4摻合料

　�、倏蓳饺胍欢〝�(shù)量的磨細(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅粉等。

　　②磨細(xì)粉煤灰的級別不應(yīng)低于二級，摻量不應(yīng)大于20％；硅粉摻量不應(yīng)大于3％；其它品種摻量應(yīng)通過試驗確定。

　　3.3優(yōu)化防水混凝土配合比

　　防水混凝土配合比應(yīng)通過試驗確定，其抗?jié)B等級應(yīng)比設(shè)計要求提高0.2Mpa。在滿足抗?jié)B要求的前提下，盡量減少水泥用量，藉以提高防水混凝土的抗裂性。在設(shè)計允許的前提下，大體積防水混凝土可采用后期強(qiáng)度（60d或90d）進(jìn)行配合比設(shè)計。

　　防水混凝土中各種材料的總堿量（Na2O當(dāng)量）不得大于2Kg/m³。水泥用量不得小于300Kg/m³，摻有活性粉細(xì)料時，水泥用量不得小于280Kg/m³；砂率宜為35～40％，泵送時可增至45％；灰砂比宜為1:2～1:2.5；水灰比不得大于0.55，用于防水商品混凝土?xí)r不得大于0.6。普通防水混凝土坍落度不宜大于5cm，用于防水商品混凝土入模坍落度宜控制在12±2cm。入模前每小時坍落度損失值應(yīng)小于3cm，坍落度總損失值不應(yīng)大于6cm。

　　摻引氣劑或引氣型減水劑時，混凝土含氣量應(yīng)控制在3～5％。用于防水商品混凝土的緩凝時間宜為6～8h。

　　為了做好天津地鐵1號線試驗段工程的防水混凝土配合比工作，天津地鐵總公司在施工前對防水混凝土原材料與配合比進(jìn)行了專家論證，統(tǒng)一了原材料與配合比，方便了防水混凝土的質(zhì)量控制。

　　3.4合理混凝土施工模板設(shè)計

　　施工中模板應(yīng)平整，拼縫要嚴(yán)密不漏漿，并要有足夠的強(qiáng)度與剛度。地鐵主體結(jié)構(gòu)防水混凝土施工最好采用鋼模板，鋼模板散熱快，失水少，振感靈敏而不易使混凝土產(chǎn)生裂縫。

　　3.5強(qiáng)化防水混凝土施工工藝

　　做好施工過程中的降水、排水工作，必須做到圍護(hù)結(jié)構(gòu)無滲漏水，嚴(yán)禁帶明水澆注主體結(jié)構(gòu)混凝土。

　　對于明挖法施工采用排樁的圍護(hù)的結(jié)構(gòu)，樁間凹槽部位應(yīng)采用噴射混凝土和防水砂漿找平，盡量減少基面對新澆注的側(cè)墻混凝土收縮的約束。

　　要避免在炎熱的夏季露天澆筑防水混凝土，混凝土初期曝曬會因過量失水而開裂。在澆筑混凝土?xí)r，還要注意控制施工溫度。夏季混凝土入模溫度直控制在25℃以下，施工時宜將砂石預(yù)冷，例如向砂石堆上噴灑水溫低的地下水或?qū)⑸笆�遮蓋。而冬季拌合混凝土?xí)r，應(yīng)將拌合水適當(dāng)加熱，使混凝土人模溫度能保持在5～10℃以上。

　　防水混凝土必須采用機(jī)械攪拌，攪拌的時間不應(yīng)小于2min；摻外加劑時，應(yīng)根據(jù)外加劑的技術(shù)要求確定攪拌時間。

　　混凝土運(yùn)輸過程中如出現(xiàn)離析，必須進(jìn)行二次攪拌。當(dāng)坍落度損失后不能滿足施工要求時，應(yīng)加入原水灰比的水泥漿或二次摻加減水劑，嚴(yán)禁直接加水。

　　防水混凝土必須采用機(jī)械振搗，時間宜為10～30s，以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)，并應(yīng)避免偏振、欠振或超振。摻引氣劑或引氣型減水劑時，應(yīng)采用高頻插入式振幅器振搗。

　　混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的各種鋼筋或綁扎鐵絲不得接觸模板，固定模板的螺栓必須穿過混凝土結(jié)構(gòu)時應(yīng)有止水措施。

　　合理劃分施工段長度，適當(dāng)縮短施工縫間距，分段長度宜控制在12m以內(nèi)。底板、邊墻、頂板施工縫盡可能對齊，必要時采取跳槽施工，也可采用后澆帶。

　　3.6認(rèn)真進(jìn)行防水混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)

　　養(yǎng)護(hù)及時對防止裂縫有重大作用，特別在夏季施工時更是如此�；炷�土在潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，有利于降溫散熱，減少溫差，減少和推遲因失水而產(chǎn)生的干縮，保證混凝土強(qiáng)度迅速增長。因此，規(guī)范規(guī)定防水混凝土至少養(yǎng)護(hù)14d，這對防止產(chǎn)生有害裂縫是非常必要的。大體積防水混凝土施工應(yīng)采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)，模板拆除時間宜控制在混凝土強(qiáng)度達(dá)到80％左右，避免失水過快，混凝土的中心溫度與表面溫度以及表面溫度與大氣溫度的差值均不應(yīng)大于15℃，且混凝土的降溫速率每天不應(yīng)大于2℃。

　　四．結(jié)語

　　防水是地鐵工程成敗的關(guān)鍵，而控制地鐵主體結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生又是保證防水質(zhì)量的重中之重，它已愈來愈受到工程界的重視。工程實踐表明，設(shè)計、材料選擇是控制地鐵主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)混凝土施工工藝是防水質(zhì)量的技術(shù)保證，只有同時做好兩者才能達(dá)到預(yù)期效果�？傊�，防水混凝土產(chǎn)生裂縫的原因是很復(fù)雜的，而且往往是各種因素的綜合。為了防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫，就必須根據(jù)工程的具體條件，因地制宜地采取相應(yīng)措施，才能使地鐵主體結(jié)構(gòu)裂縫得到較好地控制。

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