1、地铁设计与施工中砼裂缝成因分析与控制第 20 卷第 8 期2004 年 8 月甘肃科技GansuScienceandTechnology,厂 0.20Aug.82004地铁设计与施工中砼裂缝成因分析与控制任生来(铁道第一勘察设计院.甘肃兰州 730000)摘要:通过对广州地铁某车站施工中产生裂缝的原因分析 ,提出了控制裂缝产生的技术措施等.关键词:城市地铁;盖挖逆做法;裂缝控制中图分类号:U459.1U231.941 前言砼构件裂缝的产生不仅与砼构件的设计形式,荷载条件,砼配比及等级,环境因素等有关,而且与砼量,浇筑方法,养护等施工情况也有着密切的关系,并且往往是几个不利因素交织在一起,导致出
2、现各种不同程度的裂缝,轻者影响建筑物的美观,重者影响结构的使用性能与安全.要求防水的结构,若出现渗漏水情况,则会造成严重危害.2 工程概况广州某地铁站站台层和站厅层两层组成,施工时,由于受地质及场地限制,采用了“盖挖逆做法“ 施工,基坑围护采用密排式钻孔桩,桩间用高压旋喷水泥浆对桩间土进行固结以达到“封水“ 的效果:其结构砼等级为:顶板及中板 C25,S8.侧墙及底板 C25,S12,均采用泵送砼 ,其施工方法为 :顶板,中板及底板均直接在“地模“ 上浇筑砼 ,每 20m 设一后浇带:侧墙施工则是在顶板,中板及底板施工完毕后进行,顶板及中板全部施工完毕后及使用阶段均未发现砼出现开裂及渗漏水,而
3、侧墙则在首段 20m 施工完毕就出现大量的裂缝.3 裂缝描述该车站侧墙裂缝是沿构件的轴线方向与施工缝成垂直分布,大致每 34m 出现一次,且一般贯通全截面.裂缝大部分是在砼浇筑第 4d,拆模后即开始产生,7d 后就很少有新的裂缝出现.4 开裂原因分析.影响砼开裂的原因很多也很复杂,概括起来主要有以下几大因素:(1)沉降收缩: 由于砼中集料颗粒的沉降 ,致使砼体积收缩变形超过某一限制时出现的裂缝,此种裂缝一般在水平方向上出现.(2)塑性收缩: 砼处于塑性壮态时 ,由于失水而导致的裂缝,此种裂缝一般出现在砼外露部分,即砼浇筑表面出现龟裂.(3)干缩裂缝: 由于砼在干燥空气中水分迅速蒸发,使砼表层及
4、里层湿度出现差异,造成砼干燥收缩的差异,而使砼表层产生拉应力,内部产生压应力导致的裂缝.(4)温度变化: 可根据砼配合比 ,水泥品种,水泥用量计算,具体如下:砼的最终绝热温升:Th=W*Q/C*P=(350461)/(o.952400):70.8式中:W 一一每 m 砼中水泥用量(kg/m)Q 一一每 kg 普通硅酸盐 525#水泥水化热(J/kg)P 一一砼密度 (2400kg/nl)c 一一砼比热 (J/*K),取 0.95各龄期(t)时砼的绝热温升:T=Th(1 一e 一), 式中:nl 为经验系数 ,一般取 m=0.20.4t 一一砼的龄期(天)计算砼内部最高温度:T=Tj+T*式中:
5、Tj 一一砼入模温度,当时浇筑侧墙砼时,正处炎热夏天,一般砼入模温度均在 30331:砼散热系数,与龄期,养护条件等有关,一般取0.20.8由计算结果可知:当砼浇筑后第五天时,砼内部温度达到最高 68,以后由于散热,温度逐渐下降.因此,若在第四天或第五天开始拆模并淋水养护时,砼将会急剧降温,形成砼内外温差可达 37以上,大第 8 期任生来:地铁设计与施工中砼裂缝成因分析与控制 135于临界温差 25,这样,温度对砼产生的拉应力大于此时砼的抗拉强度,从而产生温度应力收缩裂缝.(5)约束条件: 本站墙体厚度为 800mm,属于大体积砼.由于大体积砼的比表面积小,从表面散发的水化热也少,所以温度上升
6、很多,内部砼近似处于绝热状态,温度上升大致与单位水泥用量成正比,构件尺寸越大,浇筑时温度越高,则温度上升越多,且上升越快.上升了的温度开始下降时,砼将产生温度收缩,但由于受周围边界约束,于是便产生拉应力,这种拉应力大于砼的抗拉强度时,便出现裂缝.本站采用“盖挖逆做法 “施工 ,侧墙结构砼五个方向均受到边界旧砼的约束(约束度 K 约为 0.60.7),因此约束条件对砼开裂影响很大.5 控制裂缝产生的措施(1)砼配合比: 将普通 425#水泥改为普通 525#水泥,并将水泥用量从 350kg/m 降为 316kg/m.且掺入 67kg/m 粉煤灰来取代部分水泥,降低水泥用量,这样在水化热高峰期(第
7、 5 天),砼内部最高温度:为 52,比原配合比降低 16,而且掺用粉煤灰可避免砼内部水化热高峰,这是由于粉煤灰在此过程中的吸热作用.砼的内外温差只有 20,小于临界温差 25.(2)降低原材料温度,控制砼入模温度.(3)桩间砼填平:将围护桩桩间用砂浆找平 ,并刷隔离剂将侧墙结构砼与围护桩分开,减少围护桩对新浇侧墙砼结构的约束.(上接第 151 页)3 注意事项(1)混凝土浇筑过程中,应待混凝土浇至快易收口网稍后一点,利用振捣棒的振捣使混凝土流向快易收口网,既可减少快易收口网所受冲击荷载,又可保证快易收口网与混凝土的粘结效果.(2)应保证混凝土通过快易收口网的每个网眼,又要避免过振,振捣棒不宜
8、在距快易收口网 450mm范围内振捣,尽量减少混凝土浆沿网眼流淌.(3)随时抽排混凝土浇筑过程中泌入后浇带的水分,以免泌水将波纹状混凝土断面冲平,不利二次浇筑接槎.4 综合评价(1)除基础筏板外,在人防层顶板,后浇带墙板(4)侧墙与板交接部位的“坎肩“施工:原方案考虑砼浇筑的密实性,只在侧墙与中板及顶板相接处设一假“牛腿 “,现将原方案的假 “牛腿“改为通长灌注“ 坎肩 “,“坎肩“砼相当于一条后浇带,宽 0.5,并预埋注浆管,施工方法是:当下层砼快初凝时,即当下层砼颗粒沉降收缩快结束时,再灌注“坎肩“ 砼.“坎肩 “砼中掺入一定量的膨胀剂;当砼灌注 24 小时后,可注水泥浆,将“坎肩“ 部位
9、内的空隙填满(5)延缓拆模时间:应在 6 天后才能拆模 .拆模时,应边拆边在砼表面喷涂养护剂,防止砼表面因失水收缩导致裂缝产生,并立即挂帘保温使砼降温速率控制在 1.5/天左右.严禁拆模后立即洒水养护,造成砼急剧降温而产生裂缝.(6)配筋率:设计时在规范容许范围内尽量使用小直径,密间距钢筋.6 总结地下结构为了防水,将砼的抗渗强度作为最重要的指标来衡量,往往单方面要求其水泥用量不得低于多少来保证其抗渗标号,而忽视了因水泥用量过多,砼内部温度增加而产生温度应力使砼开裂所造成的危害,其实在砼设计抗渗标号为 S8Sl2 时,只要掺入一定的外加剂如粉煤灰等,即使水泥用量控制在 300kg/m3 以下,
10、其抗渗强度也很容易达到Sl2.因此在地铁等需要防水的地下结构设计中应同时兼顾抗渗与裂缝控制,不应单从抗渗要求提高水泥用量,同时应从多方面采取措施防止裂缝产生.等部位均采用快易收口网模板,接槎规矩,无须清凿,效果良好.(2)筏板后浇带混凝土只需取掉封闭竹胶板即可浇筑,内无杂物,无须二次拆除模板,节省人力,缩短工期,快易便捷.(3)使用快易收口网与软质铅丝网经济成本相差不大,若考虑人工清凿,拆模等因素,快易收口网略便宜于软质铅丝.(4)由于其构造特性,网眼上有斜角片,斜角片嵌在砼内,使后浇带砼新旧界面形成楔形塞,把砼有机整合成一个整体,取消了筏板内水平止水钢板的支设,且由于它的永久性和密闭性,彻底解决了后浇带模板的拆模和漏浆问题.(5)快易收口网是二十世纪八十年代初研制成功的永久性模板,它的合理使用为高层建筑的基础处理会带来良好的质量效果及社会效益.
