明挖地铁车站混凝土裂缝特征与原因分析

陈 文

(北京长城贝尔芬格伯格建筑工程有限公司，北京 100028)

1 明挖地铁车站特点

明挖地铁车站结构断面尺寸均较大，钢筋密集。目前地铁车站混凝土多选用高强度和高抗渗编号的混凝土(C40 P10)以满足地下的复杂环境和受力、抗渗需要，但也出现了许多问题，混凝土裂缝就是其中之一。

混凝土裂缝的出现对地下结构使用功能和耐久性造成了不利的影响，直接导致了钢筋锈蚀和渗漏水等问题的出现。经调查，北京多条营运中的地铁线路出现的渗漏水问题都与混凝土裂缝有关。

2 明挖地铁车站混凝土裂缝特征与原因分析

以某车站负一层27轴～41轴侧墙裂缝统计情况为例。此车站主体为明挖三层双柱三跨箱型框架结构，采用明挖顺作法施工，基坑围护结构形式采用:围护桩+网喷混凝土+钢管支撑的方案。车站总长380 m，设3条变形缝，其中13轴、27轴与41轴是变形缝位置。标准段宽度28 m，车站中心里程处覆土厚度为2.5 m，底板埋深25 m。主体结构为现浇钢筋混凝土结构，沿车站纵向采用纵梁体系，各层板横向形成三跨连续结构。在板和梁、板和墙交界处设置受力斜托，改善板的受力条件。如图1所示。车站土方开挖与主体结构施工划分为14个流水段，流水段长度25～29 m。见图2。

图1 车站主体结构剖面图(单位:mm)

图2 车站结构流水段划分(单位:mm)

2.1 明挖地铁车站侧墙竖向裂缝特征与原因分析

2.1.1 侧墙竖向裂缝特征

车站侧墙采用C40 P10抗渗钢筋混凝土，墙厚为700 mm，采用单侧支钢模方式施工。施工后侧墙墙体出现裂缝，裂缝宽度为0.1～0.4 mm不等，且三层均有分布。

2.1.2 裂缝情况描述

从裂缝分布上可以看出，裂缝在负一层北墙上的分布有一定规律，每一施工流水段中裂缝的条数和宽度都大致相近;在负一层南墙上分布为西侧较东侧密集;而总体来说，裂缝大多从墙中生产，向墙上下两端延伸，且无渗漏水情况;南墙裂缝的裂缝宽度比北墙的裂缝宽度稍大，浇筑段长度越长产生的裂缝数量越多，浇筑施工时环境温度越高产生的裂缝数量越多且宽度越大。

2011年12月对27轴、41轴变形缝宽度进行测量后，发现变形缝由2 cm增大到5.5 cm，混凝土收缩效应非常明显，这样我们把裂缝总开裂值与变形缝宽度变化值相加，粗略得到混凝土收缩值为4.4 cm，则混凝土收缩系数为3.98 ×10－4。

2.1.3 墙体裂缝产生原因分析

车站侧墙厚度为700～800 mm，负一层净高度为5.15～5.45 m，属于大体积混凝土，在施工中容易因为温度应力的影响产生裂缝。从裂缝的分布规律来看，浇筑段长度越长产生的裂缝数量越多，浇筑施工时环境温度越高产生的裂缝数量越多且宽度越大，其表明墙体裂缝的产生和大体积混凝土浇筑时温度应力的变化有一定的关系。

根据相关检测单位对车站侧墙裂缝深度的检测报告，裂缝深度大致在7～15 cm之间。从裂缝深度情况看来，其与干缩裂缝性质相近，产生原因为拆模过早，拆模后未及时进行洒水养护或洒水养护时干时湿使混凝土表面湿度变化较大，从而导致混凝土表面干缩变形。

由于车站实际收缩率较大，用以下公式计算流水段合理长度［1］:

最终计算得平均整浇长度为21 695 mm。实际施工时每段浇筑段长度在25～29 m之间，流水段长度划分偏大，当混凝土发生收缩时受到的外部约束较大，从而产生的拉应力导致混凝土开裂。由此，得出明挖车站施工流水段划分以小于20 m为宜，且每一流水段施工周期不宜过短，宜在7 d，以消除混凝土初期收缩影响。

施工中使用的为泵送商品混凝土，其水泥用量、水灰比、坍落度等都比较大，由于水泥用量的增加，混凝土的收缩值有一定程度的提高。对于高强混凝土虽然有较高的抗拉强度，可是弹性模量也高，在相同收缩变形下，会引起较高的拉应力，而由于高强混凝土的徐变能力低，应力松弛量较小，所以抗裂能力差。

2.2 明挖地铁车站层板、顶板45°斜裂缝特征与原因分析

2.2.1 裂缝特征

车站层板、顶板45°斜裂缝多出现在距离板边L/8的区域处，裂缝宽度在0.2 mm到0.4 mm之间，个别处为贯通裂缝，且存在渗漏水情况。

2.2.2 层板、顶板45°斜裂缝产生原因分析

钢筋混凝土结构的梁、柱、墙、板在环境的温度、湿度发生变化时，均会产生温度变形和收缩变形，由于形体上的差异，板的体积与表面积的比最小，混凝土的收缩形变最大，从而在板内产生拉应力。由于侧墙、梁与板的外侧约束使板上由于板、梁和墙之间的收缩不一致引起变形应力产生45°斜裂缝。见图3。

图3 层板45°斜裂缝

2.3 明挖地铁车站层板纵向裂缝特征与原因分析

2.3.1 裂缝特征

裂缝平行于层板长边，沿车站纵向延伸，且大多出现在距墙2～3 m的位置，裂缝宽度为≤0.3 mm，无贯通缝，数量不多。

2.3.2 层板纵向裂缝产生原因分析

由于裂缝深度不大，属于表面裂缝，产生原因为层板施工后未铺设塑料薄膜直接受到阳光照射，失水较快，且未及时进行洒水养护或洒水养护时干时湿使混凝土表面湿度变化较大，从而导致混凝土表面干缩变形。但应特别注意，车站侧墙采用单侧支钢模方式施工，经计算，钢模斜撑传递到层板的压力能达到16 t以上。当施工侧墙时，其下一层满堂红支撑体系不能拆除，以免板受到较大集中荷载而产生结构性裂缝。

2.4 明挖地铁车站层板、顶板、底板横向裂缝特征与原因分析

2.4.1 裂缝特征

裂缝平行于层板短边，沿车站横向延伸，裂缝宽度为0.1～0.4 mm，三层均有分布，个别处为存在渗漏水现象的贯通裂缝。

而总体来说，裂缝大多从板中1/3处生产，向两端延伸;浇筑流水段长度越长产生的裂缝数量越多;浇筑施工时环境温度越高产生的裂缝数量越多且宽度越大;层板上表面裂缝数量多于下表面裂缝数量。

2.4.2 层板横向裂缝产生原因分析

车站顶板厚度为800～1 200 mm，底板厚度为900～1 100 mm，中板厚度为400～600 mm。由于厚度较大，浇筑施工时温度应力的变化对裂缝的形成起决定性的影响。

由于裂缝深度不大，属于表面裂缝，产生原因为层板施工后未铺设塑料薄膜直接受到阳光照射，失水较快，且未及时进行洒水养护或洒水养护时干时湿使混凝土表面湿度变化较大，从而导致混凝土表面干缩变形。

同时，浇筑段长度偏大、使用高强度混凝土等也是裂缝形成的原因。

此外，大体积混凝土的浇筑工艺不当对裂缝的形成也有一定程度的影响。以浇筑中板为例，由于每浇筑段浇筑面积较大，采取纵向分段斜向分层浇筑方法。在浇筑下一段浇筑段时，前一浇筑段的抹面压光区距离振捣处较近时，由于振捣时混凝土流动的影响，导致已经抹面压光的混凝土产生横向裂缝。为了避免这种现象，振捣处离抹面区距离应大于8 m，且应进行二次压光。如图4。

图4 中板混凝土浇筑施工

3 总结

1)混凝土技术路线有一定的问题。现阶段混凝土一味追求高强抗渗耐久，而高强混凝土抗裂能力差，容易产生裂缝，裂缝的产生会导致钢筋的锈蚀，从而降低了结构的耐久性。本欲提高结构耐久性，结果却适得其反。

2)混凝土本身质量原因。由于市场化的恶意无序竞争，商品混凝土供应商在混凝土原材料质量、成品生产过程控制、成品运输时间上不能做到严格控制，导致混凝土本身质量偏低，影响工程结构整体质量。

3)施工流水段的划分在施工前必须仔细考虑和严格计算，不应只考虑工期的要求而随意加大施工流水作业段的施工面，应综合大体积混凝土的浇筑工艺、控温手段、保湿手段、养护条件等综合考虑。

4)养护是混凝土浇筑施工中至关重要的一环，这一环的施工质量好坏能直接影响混凝土强度的提升、干缩裂缝的形成，绝对不能因为嫌麻烦就敷衍了事。

5)混凝土浇筑施工工艺对混凝土裂缝的形成也有一定的影响，比如侧墙的单侧钢模支架和大面积混凝土浇筑顺序对混凝土裂缝形成的影响。这些问题都可以在施工方案的设计和施工时通过技术手段避免的，这也要求我们在施工前仔细考虑到每一步施工时可能出现的问题，从而进行规避。

6)车站结构混凝土裂缝的产生对结构使用功能和耐久性有较大的影响。在耐久性的影响方面主要表现为钢筋锈蚀降低了结构的整体质量。在使用功能影响方面主要表现为渗漏水。贯通裂缝的直接渗漏水和由于混凝土收缩较大导致结构顶板变形缝上部防水层撕裂而形成的变形缝渗漏水都给车站结构后期修补造成了巨大的麻烦。

［1］《建筑施工手册》(第四版)编写组.建筑施工手册(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.