中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250000
摘要：本文结合工程实例，针对地铁车站混凝土结构超长、超薄、变截面多等特点，从施工工艺和新材料两个方面将结构裂缝控制进行系统技术研究，工程实践研究表明，采取合理的工艺和材料措施可以有效的控制地铁车站混凝土结构裂缝，降低地铁车站的裂缝及裂缝引发的渗漏水等一些列病害。在保证工程质量和使用寿命的同时，也节省建设期和运营期的维护成本。从而为本站及类似地铁车站混凝土结构裂缝控制提供一定的可行性技术参考。
关键词：地铁车站；混凝土结构；裂缝控制
Research on Cracking Control Technology of Concrete Structure in Metro Station
Zhao Haoxuni1，Hou Shileii2
（China Railway 14th Bureau 4rd Engineering Co.Ltd.，Jinan Shandong 250000，China）
Abstract：Based on the engineering example，the paper studies the system technology of the concrete structure control of metro station from two aspects：construction technology and new material，and the engineering practice shows that，Reasonable technology and material measures can effectively control the cracks in the concrete structure of subway stations，and reduce the cracks in subway stations and leakage water caused by cracks.While ensuring the quality and service life of the project，it also saves the maintenance costs during the construction and operation periods.So it can provide some feasible technical reference for concrete structure crack control in this station and similar subway station。
Key words：Metro station Concrete structure Fracture control
1 引言
地铁车站是大型地下混凝土框架结构，为满足使用性与耐久性的要求，对车站结构的防水性有很高要求。但地铁工程渗漏水是现今国内地下工程较常见的一种缺陷，尤其是在南方多雨和地下水位较高的地区，情况特别突出。在工程中，裂缝是造成渗水的主要原因，可以说控制裂缝发展是预防渗水的关键
根据对宁波轨道交通部分已建地铁车站所做的调查，发现混凝土结构裂缝、渗水现象较多，有些部位虽经注浆、修补、堵漏等维修处理，也未能根治渗水现象，这将给地铁车站结构后期的运营带来较大的隐患，运营后的维护成本很高。因此，对地铁车站混凝土结构裂缝原因进行分析和总结，提出针对性的防治措施，是非常重要的。
本文以宁波地铁四号线丽江路站为研究背景，从工艺和材料两方面对混凝土结构裂缝进行了控制，其研究成果可为后期工程的施工作业提供重要的参考。
2 工程概况
2.1 总体工程概况
丽江路站位于宁波市轨道交通4号线土建工程的第9站。车站为地下二层岛式站台，车站采用明挖顺作法施工，车站基坑长468m，标准段基坑宽21.4m，车站标准段开挖深度17.7～18.9m。
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图1 丽江路站平面布置图
2.2结构形式及主要材料
丽江路站B-1基坑长80m，侧墙厚度均为700mm，底板厚度800mm，中板厚度400mm，顶板厚度900mm。地铁车站顶板、顶梁、底板、侧墙和暗柱、壁柱等临水构件均采用C35P8防水混凝土，中板、中梁、内墙、中隔墙、楼梯、站台板采用C35混凝土，内部结构柱子采用C45混凝土，后浇顶板采用C35P8微膨胀混凝土，浇筑中板孔采用C35微膨胀混凝土，底板下垫层采用C20早强混凝土。
3 地铁车站混凝土结构裂缝产生原因及控制措施
3.1地铁车站混凝土结构裂缝产生的原因
经过前期调研、分析和统计，宁波已完工车站裂缝的原因主要分为：支架过早拆除、侧墙与板收缩不一致、基坑上浮压力及底板对侧墙的外约束作用几个方面。
3.2 地铁车站混凝土结构裂缝的控制措施
根据裂缝产生的主要原因，具体从以下四方面分阶段采取控制措施：
3.2.1施工准备阶段质量控制
（1）材料与配合比
在保证混凝土强度及耐久性的前提下，采用低水化热的水泥，在混凝土中双掺矿粉、粉煤灰减少水泥用量；采用骨料堆场加遮阳棚，以降低骨料温度，严格控制骨料的针片状含量，优化骨料级配，以减少水泥用量，降低水化热，同时应控制砂、石材料的含水率，严格控制含泥量；在混凝土中适当的掺入缓凝型高效减水剂来降低水泥用量和减少水灰比，以此降低混凝土温升和减小收缩变形。
丽江路站大体积混凝土浇筑施工时的原材料及混凝土供应由商品混凝土搅拌站提供，其所用的原材料情况如下：
水泥：浙江广天姚江分公司P.O42.5；宁波科环新型建筑材料有限公司（余姚）P.O42.5。
粉煤灰：宁波北仑天路建材贸易有限公司Ⅱ级粉煤灰。
矿粉：张家港恒昌新型建筑材料有限公司S95级矿粉。
水：自来水。
减水剂：江山HW-1-1型聚羧酸高性能减水剂。
砂：宁波高新区广基砂场天然中砂，岩相法检测该砂主要含长石、石英，产地：广东。
碎石：新欣5~25mm碎石，岩相法检测为凝灰岩。
抗裂剂：HMER-V型抗裂剂。
丽江路站大体积混凝土试验段浇筑时的配合比由经多次试验后提出，确定配合比如下：
表1丽江路站大体积混凝土试验段配合比（kg/m3）
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3.2.2混凝土浇筑过程中质量控制
（1）混凝土布料
合理选择浇筑方法，布料设备充足，构件截面面积较小时，采用全面分层法；构件截面面积较大，设备供应紧张时采用斜面分层法；下料高度必须小于2.0m，布料厚度必须小于50cm，一般大体积混凝土施工时，建议控制在30cm，更有利于初期混凝土的散热；边下料边振捣，上层混凝土浇筑要在下层混凝土初凝前进行，不允许出现冷缝。
（2）混凝土振捣
大体积混凝土施工时，振捣是关键。既不能过振，也不能漏振。插入混凝土的振捣棒要求垂直，要做到“快插慢拔”，每点振动的时间控制在20~30s，应以混凝土表面呈水平且不再显著下沉、不再出现气泡，混凝土表面泛浆、且气泡较少为宜。
振捣过程中，使振捣棒上下略为抽动，使振捣均匀。混凝土的振捣紧跟布料进行，在振捣上层混凝土时，将振捣棒插入下层混凝土约3~5cm，使上下层混凝土能够更好的结合。振捣棒插点应该比较规则，可采用行列或交错式。两个振点间的距离应为振捣棒振动有效半径的1.5倍。对于模板边缘的混凝土，建议采用Φ25的小振捣棒在模板与钢筋之间进行振捣，将模板边缘的气泡赶尽。同时在条件允许的情况下，可以掌握好混凝土初凝前的二次振捣技术，以增加混凝土的密实度，减少内部细微裂缝的产生，提高混凝土的强度和抗渗性。
（3）混凝土压面
在混凝土初凝前用木抹子将已浇筑到预定标高的混凝土上表面进行抹压，以避免混凝土表面产生风干裂缝和沉降裂缝。掌握好压面时间，压面过早，不能避免因收缩产生的裂缝，压面过晚，混凝土已经凝结，一般以手指能按动，有塑性时开始压面为准。由于浇筑混凝土较厚，要随时注意观察混凝土表面，发现明显裂缝，要及时进行二次抹压。
3.2.3混凝土养护阶段质量控制
（1）为保证已浇筑好的混凝土在规定龄期内达到设计要求的强度和耐久性，并防止产生收缩和温度裂缝，必须认真做好养护工作。
（2）大体积混凝土浇筑完毕后，在混凝土初凝后其强度达到一定强度的要求时开始养护。主要采用塑料薄膜+2层土工布组合的保温、保湿养护工艺。塑料薄膜切断了热量的对流，且可以防止其下层养护水蒸发散失，土工布减缓了热量传导，起到了保温作用。
（3）保温、保湿养护是大体积混凝土施工的关键环节，施工人员根据事先确定的温控指标要求，来确定大体积混凝土浇筑后的保温措施，养护时可以抽查部分区域，一旦发现混凝土表面泛白或出现干缩细水裂纹时，要立即适量洒水并仔细加以遮盖养护。
a）保温养护的主要目的，一是通过减少表层混凝土的热扩散，降低大体积混凝土浇筑体的内表温差值以及表层混凝土与环境的温差值，减小混凝土浇筑体的自约束应力；二是降低大体积混凝土浇筑体的整体降温速率，延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料的松弛特性，利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土承受外约束力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的；三是在养护过程中保持良好温度和防风条件，使混凝土在适宜的温度和湿度环境下养护。
b）保湿：由于混凝土表面覆盖了塑料薄膜，在混凝土表面形成了一层水分子保湿膜，且有效地阻碍了水分和空气的对流，混凝土水化热升温导致混凝土表面水分蒸发，但是蒸发的水分子在塑料薄膜处形成水珠，水珠又可以被混凝土吸收，在表面形成水分子保湿膜，这样就避免了外来浇水时混凝土表层温度的急剧散失。
（4）混凝土水化热一般集中在前三天，以后减缓并持续进行水化，即3天后水化热反应减小、减慢，混凝土降温速度超过其水化热升温速度，故3天后混凝土温度开始出现下降趋势，降温阶段要根据每天的降温梯度及时添加保温材料，一般降温梯度应控制在2℃/d；
（5）在保温养护中，应对混凝土浇筑体的里表温差和降温速率进行现场监测，当监测结果不满足温控指标的要求时，应及时调整保温养护措施。
（6）大体积混凝土浇筑完毕后，应由专人负责保温保湿养护工作，并应按有关规定操作，同时应做好测试记录。
（7）保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，可全部拆除。
3.2.4混凝土温度、应变监测
（1）监测仪器
——葛南实业MCU-32型应变测试器；
——四川葛兰VWS-15M型振弦式大弹模应变计；
——葛兰实业RT-1型电阻式温度探头；
——四川葛兰仪器有限公司YSPT型水工观测电缆；
——济南环宇通科技有限公司TR32型自动巡检温度监控设备；
——济南环宇通科技有限公司单点式电子测温仪。
（2）温度测点布置材料
表2温控耗材用量表
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（3）应变测点布置材料
底板、中板、顶板应变测点均布设在板中心处。负二层侧墙在离底板5~10cm，负一层侧墙在离中板5~10cm及侧墙中心处布设应变测点。
表3应变耗材用量表
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（4）测点埋设
丽江路站大体积混凝土在钢筋绑扎后，模板安装前布设好温度、应变监测点，在大体积混凝土浇筑完毕后应监测混凝土浇筑温度、内部温度、表面温度、环境温度、内部应变等参数，同时监控内表温差和降温速率，及时记录监测数据，全面掌握混凝土温度、应力变化情况。
大体积混凝土浇筑前测温、应变元件埋设工作：测点布置原则：测温点应选择在温度变化大、容易散失热量部位、受环境温度影响大、绝热温升最大和产生收缩应力最大的地方；应变点应选择在内部约束最大、外部约束最大的地方。测点埋设：应按埋点位置图基本准确埋设，上下测温点均位于距混凝土表面5~10cm处，中间测点位于混凝土底板厚度的中心处；底板、中板、顶板应变点埋设于中心内约束最大的地方，侧墙应变点埋设于侧墙中心内约束最大及离板5~10cm外约束最大的地方。
测点的埋设方法：测头必须在钢筋绑扎完毕后，按测点平面布置图的编号埋设在规定的位置处，测头在埋设完成后需设置标识牌，注意保护，防止吊物等其他工序施工时将其破坏。
（5）监测与报告
大体积混凝土浇筑完毕后，应及时准确撑握混凝土浇筑温度、内部温度、表面温度、环境温度、内部应变等情况，做到信息化施工，使其处于受控状态，以便发现问题及时采取措施。在预防混凝土产生裂缝方面实现温差和应力双控制，需要对混凝土进行温度、应力监测。
混凝土的温度从浇筑起（测温头埋入混凝土时）进行监测，包括混凝土内部温度从升温、高温、降温、趋近于环境温度及拆除保温，进入安全范围的全过程，测温时间原则上不少于14d，但根据测温情况和气候变化情况必要时可适当延长测温时间，具体根据现场情况而定；应变监测从混凝土浇筑完毕后开始监测，监测时间原则上不少于60d。监测频率要求：浇筑块温度场测量：浇筑块混凝土浇筑过程中，每2h测量一次温度；浇筑块混凝土浇筑完毕后至水化热升温阶段，每2h测量一次；水化热降温阶段第一周，每4h测量一次，之后每天选取气温典型变化时段测量，每天测量2~4次。大气温度测量：与混凝土温度同步观测。
混凝土全部浇筑完毕后，根据温度场及应力场的-仿真计算结果，与监测结果进行对比分析，确定终止测量时间。应变监测频率要求：前14d每4h一次，14d后每天监测记录一次，监测持续时间不少于60d。
升温及高温期间随时观察温度变化，必要时现场技术员可将测温时间隔时间缩短到1h。监测人员，每次测试完毕发现异常情况应立即向有关方面（业主、监理、施工单位）报告，根据测温结果制定出应急措施（如：根据实际的测温情况，对降温太快的区域及时加盖保温）；无异常情况时应每天至少报告一次，着重报告混凝土中心和表面、表面和环境温度之间的最大温差、混凝土降温的最大速度。
4地铁车站混凝土裂缝控制试验
将B-1主体结构分为5段施工，每段长度控制在15m~16.4m左右。
4.1工艺措施应用效果试验
温度与应变测点埋设：其中第一块、第三块、第五块底板进行温度和应力监测，负二段1~4段侧墙均布设温度和应力监测原件，负一层第2段布设了温度和应力监测元件，负一层第4段布设了温度监测元件；
监测频率：温度测点1~14d内自动监测，1次/h；应力测点1~3d内：3次/d，3~28d：1~2次/d，28d~90d：1次/每周，90d~360d：每月1次。
表4底板混凝土抗压强度
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表4底板混凝土抗压强度
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图2负二层第1块底板累计应变值
由底板应变监测数据图可以看出，从混凝土凝结硬化后到混凝土温峰出现这一阶段，混凝土基本处于膨胀阶段，随着混凝土不断降温，其体积不断收缩，前期应变增加较快，总的收缩应变不断增大，28d龄期后累计收缩应变值趋于平缓。
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表6侧墙混凝土温控监测数据汇总表
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表7负二层侧墙应变监测情况汇总
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图3负二层侧墙应变监测数据图
由侧墙应变监测数据图可以看出，混凝土中掺入抗裂剂后，截止至35d龄期混凝土仍处于膨胀阶段。混凝土达到温峰后，混凝土因温降、塑性、干燥收缩其体积不断减小，但在抗裂剂的补偿作用下，混凝土体积仍在膨胀，随着抗裂剂的不断消耗，其补偿能力不断减弱，使得混凝土的总膨胀值在第7d~11d后不断减小，对比未掺抗裂剂底板混凝土的收缩值（约为负万分之1.83），28d抗裂剂的总膨胀值约为万分之2.27。
4.2保温材料措施应用效果试验
采用专用保温布养护的负二层第1段侧墙、负二层第3段侧墙与采用组合木模板养护至3d龄期拆模的负二层第2、4段侧墙的最高温度、最大内表温差、最大表面与环境温差、最大降温速率如下表所示，降温趋势如下图所示。
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表8各部位温度特征值
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图4不同保温材料效果对比图
由上图4段侧墙内部最高温度降温趋势图可知，除负二层第2段侧墙因养护3d拆模后未及时覆盖土工布，该处侧墙暴露1d导致降温速率相对较快外，采用苏博特保温布和组合木模板养护时的降温趋势基本一致，因此，保温布的养护效果与组合木模板延迟3d拆模时的养护效果相当。
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图5常规土工布覆盖保温养护
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图6专用保温布保温保湿养护
5质量保证措施
（1）控制混凝土浇筑成型温度。
（2）利用混凝土后期强度并掺入掺合料降低水泥单方用量。
（3）控制坍落度及坍落损失符合泵送要求。
（4）浇筑混凝土适时二次振捣、抹压消除混凝土早期塑性变形。
（5）尽可能延长脱模时间并及时保湿、保温。
（6）严格控制混凝土搅拌投料计量。
（7） 监督抗裂剂的掺量。
（8）控制混凝土的温差及降温速率。
（9）跨越模板及钢筋应搭设马道。
（10）混凝土浇筑时，振捣棒不得触及钢筋、埋件和测温元件。
（11）测温元件导线或测温管应妥为维护，防止损坏。
（12）混凝土强度达到1.2N／mm2 之前不准踩踏，施工单位应铺设脚踏板设置步道，避免混凝土强度不足时出现踩踏现象。
6 结束语
（1）以丽江路站为例，通过地铁车站混凝土结构裂缝控制成功研究，大大减少了地铁车站混凝土结构过多产生有害裂缝的技术难题，为保证大体积混凝土不开裂或减少其裂缝的产生，实现建设一流地铁工程的目标打下良好基础。
（2）通过地铁车站混凝土结构裂缝控制成功研究得知，工艺的提高以及新型材料的推广使用在一定程度上推进了工程质量提升，也为同类地铁车站混凝土结构裂缝控制借鉴经验。
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