摘要:隨著城市基礎建設的發展,城市建設日益向地下、空間縱深發展,地鐵工程建設項目在各大城市日趨增多,但工程結構裂縫的產生一直是困擾地鐵工程的難題之一,在地鐵工程中,特別是車站側墻結構,混凝土產生裂縫的現象極為普遍,裂縫的存在影響了混凝土的強度和耐久性,縮短結構的使用壽命,更甚至引起結構滲水、漏水,嚴重的影響了地鐵工程的正常使用和安全運行。
　　關鍵詞:車站結構，開裂機理，控制措施
　　1裂紋的危害機理分析
　　當混凝土灌注完成后,混凝土中大量的堿性物質(氫氧化鈣、鈉、鉀等)使混凝土處于高堿度環境(PH>12),高堿度使鋼筋表面形成鈍化膜,鋼筋不發生腐蝕現象,當裂紋產生后,鋼筋直接暴露在有腐蝕介質的水和空氣中,空氣中的酸性介質使混凝土很快喪失高堿度環境,PH值很快下降,鋼筋被腐蝕氧化成FeO、等,從而結構物強度分階段性下降:鋼筋握裹力下降→鋼筋受力截面縮小→混凝土順鋼筋開裂→鋼筋保護層剝落→混凝土結構物壽命成指數倍下降。另一方面,地鐵工程絕大部分為地下工程,結構處于地下水位以下,當結構裂紋產生后,勢必引起結構滲漏水,造成施工單位的成本風險,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、石組合經化學反應而成的材料,在水泥凝結過程中存在微細和毛細孔,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生水化反應,隨著水化物的生成,混凝土局部壓力的增大,將混凝土內多余的水分擠出,形成毛細通道,從而產生毛細裂紋。
　　2.2施工因素
　　(1)地基承載力不均,引起結構變形,產生裂縫明挖法施工的地鐵車站,地面荷載及結構自重均通過結構最終由基底土層承受,如果基底承載力明顯不均,相鄰兩段底板結構相對沉降較大,結構受彎、受剪而產生裂紋或裂隙,該現象多為兩結構段連接處(施工縫)產生,引起漏水,影響較大。
　　(2)混凝土配合比不合理,入模溫度高,產生干(收)縮裂紋
　　為了便于管理,保證質量,目前地鐵多采用商品混凝土,而地鐵結構混凝土又多采用泵送方式施工,為了補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,導致混凝土在硬化過程中因失水產生干縮裂紋,尤其在夏天,太陽直射,水分蒸發快,往往水泥水硬反應所需的水分得不到及時提供,水硬過程受阻,影響混凝土的致密性,干縮裂縫的產生現象較為普遍。
　　(3)結構內外溫差梯度大,養護不當,產生溫差裂紋
　　溫差裂紋是由于混凝土導熱系數低,為熱的不良導體,混凝土結構不同部位的水化熱散熱距離不同,結構內外溫升、溫降不同步,造成局部溫差應力而產生的。
　　由于混凝土較差的導熱性,混凝土澆筑后大部分水泥的水化熱都聚集在側墻內,內部熱量不易散發,迅速形成溫峰,造成內外溫差;另一方面當混凝土在養護或使用過程中遭遇突然降溫時同樣也會形成內外溫差。內外溫差使混凝土表層和中心體積變化各異,相互約束,使混凝土表層產生拉應力,內部產生壓應力,應力的大小取決于該點溫差梯度的大小。當混凝土表面拉應力和內部壓應力耦合后,大于混凝土自身抗拉強度時混凝土開裂。
　　(4)澆筑不當,造成結構不密實,產生施工間隙縫
　　在結構混凝土澆灌時應分層進行,每層厚度應不大于25cm,隨澆隨搗,車站側墻施工一般距離不超過1m,應設一振搗點,而實際施工往往因搗固不足,相互搭接不好而出現漏搗等現象,造成結構表面蜂窩麻面,嚴重時引起混凝土內部結構疏松,形成裂紋;在搗固過程中,新灌混凝土過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處理均可能造成上下層混凝土灌注分層,產生間隙縫,引起結構漏水,該類裂紋引起結構滲水、漏水占裂縫漏水的絕大數。
　　2.3結構因素
　　混凝土澆筑后凝固收縮,但由于受到鋼筋、相鄰結構等的約束,而產生拉應力,當該拉應力大于混凝土的抗拉強度時,混凝土結構產生收縮裂紋。所以不合理的結構組合,同樣可能導致裂縫的產生,該類裂縫稱為約束裂縫。
　　地鐵站地下2、3層圍護結構為人工挖孔咬合樁,側墻為C30混凝土,厚400mm,圍護結構和主體結構間未設防水層。在混凝土澆筑、水泥水化過程中,混凝土逐漸由液態向可塑態和固態轉變,同時變強、變硬,物理性能發生變化,由于混凝土的凝固收縮特性以及新澆側墻與圍護結構的強約束條件,阻礙了混凝土的收縮,受約束的側墻出現拉應力,當混凝土拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時,就會在混凝土側墻壁內產生約束裂紋,該裂紋自內向外延伸,貫穿整個側墻,造成貫穿性滲水裂縫。
　　3控制措施
　　通過對地鐵結構裂縫產生機理的分析和實例調查統計,就如何減少和控制混凝土裂縫,從施工、養護、溫度控制的角度擬建議以下措施:
　　(1)盡量在低溫環境下澆筑混凝土,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天齡期內水化熱溫度遠大于外界環境溫度,若此時貿然拆模再加以噴水養護,必將造成太大的溫差梯度,導致溫差裂紋的產生,針對該情況,建議車站側墻采用鋼模作模板,在7天齡期內讓混凝土自然降溫,混凝土內部聚集的水化熱量經鋼模板向外界自然散熱,以防止過大的溫差梯度。7天后拆除模板,再采取滴管養護,使混凝土后期均衡散熱,最終內部溫度等同環境溫度,減少溫差裂縫的產生機率。
　　(3)盡量避免擾動結構基礎下的原狀土,土方開挖嚴格按照機械開挖—人工撿底—做墊層—澆主體的順序進行,并作地基承載力檢測。對于遭雨水、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,在結構荷載作用或今后運營列車的反復沖擊下必將導致結構基礎的不均勻沉降,特別是車站底板分段的施工縫處必然產生裂縫,發生滲漏。這種裂縫由于貫穿整個底板,整治起來非常困難,工程浩大。
　　(4)加強施工過程控制,從統計上不難看出,眾多施工間隙縫的產生正是施工原因造成的,而該類裂縫絕大多數為貫穿性裂縫,引起結構滲水,危害極大。地鐵車站側墻為薄壁、大面積混凝土灌注,必須應加強振搗工序的管理,防止漏搗、過搗,盡量保證混凝土灌注的連續性,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,間隙時間超過混凝土初凝時間,必須嚴格按照施工縫處理方式處理后方可重新開始灌注。
　　4結束語
　　經過對地鐵車站裂縫產生的理論分析和實踐經驗表明,裂縫的產生是與施工方式、管理,混凝土配比,結構自身等都有必然的內在聯系,但有許多因素又是相互制約的,比如車站結構采用疊合結構,使內襯側墻與圍護結構共同受力,協調變形,減少了側墻鋼筋和厚度,節約了成本,同時車站抗浮問題得以解決,但是圍護結構同時又約束了內襯側墻混凝土凝固收縮,增大了側墻開裂滲漏的機率,又比如為了減少水化熱的產生,想進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度,抗滲性的矛盾,所以具體的量化,結構的優化等,還待進一步的研究和科學論證。