车站施工的结构裂缝原因探究范文

《广东土木与建筑杂志》2014年第七期

1裂缝开展情况及特征总结

根据现场统计情况，已有裂缝主要有以下特征：⑴明盖挖接口处出现大量裂缝，主要分布在与盖挖段接缝位置1跨以内，在3跨以内截止，裂缝走向主要沿横轴向发展，即单向受力板的非主受力方向。其中1号线范围约14条，2号线21条，此类裂缝约占裂缝总比例的84%。⑵在侧墙开洞及出入口处出现大量裂缝，该区域裂缝主要集中在与洞口连接处贴近边梁位置，裂缝走向主要沿横轴向发展，即单向受力板的非主受力方向。其中1号线范围约17条，2号线范围无，此类裂缝约占裂缝总比例16%。如图3。根据与施工单位现场了解，上述裂缝分两批次出现，明挖段裂缝在明挖段顶板覆土前后出现，盖挖段裂缝主要发生在车站附属结构施工期间，随着负1层侧向连续墙打开而陆续出现并发展。此外，在明挖段诱导缝附近也有发现结构裂缝开展。混凝土检测成果根据现场回弹仪检测结果，顶板、墙混凝土等级在C45～C50，而设计混凝土标号为C35。

2混凝土结构裂缝产生机理

混凝土结构作为一种复合型建筑材料，本身具有不连续性，裂缝产生的原因多种多样，但是裂缝的宽度应该加以控制。一般宽度较大的肉眼可见裂缝和贯穿截面可能引发渗漏的裂缝，由于已经影响到使用功能和结构耐久性，作为质量缺陷应该加以处理。裂缝产生的主要原因如下：①设计不足引起的裂缝；②混凝土材料缺陷引起的裂缝；③施工质量问题引起的裂缝；④使用、维护不当引起的裂缝；⑤偶然作用后产生的裂缝。具体来讲，在设计阶段可通过计算对受力引起的直接裂缝加以控制，而大多数间接裂缝却较难由计算控制，出现这种裂缝多是由于构造措施不当而引起，主要有以下几种情况：①结构体型复杂、抗力和刚度分布不均匀，往往会在薄弱处引起局部裂缝；②混凝土结构设缝不当，体量、尺度过大，约束应变积累过多而无法释放，就会在相对薄弱处引起裂缝；③局部区域配筋不足，无法承担由于承载或各种间接作用引起的拉应力而开裂；④设计考虑不周，遭受非设计工况而引起意外内力或应力状态，从而导致裂缝。此外，施工质量对混凝土结构裂缝的形成比较直观，并且在施工过程中就会显露出来，多见于以下情况：①混凝土原材料质量差、配合比失当、拌合物性能缺陷引起的裂缝；②浇筑施工裂缝：浇筑、振捣操作失当造成离析、分层、漏浆、夹渣、钢筋移位等引起的裂缝；③混凝土施工接茬、后浇带的留置失当、界面处理欠缺引起的裂缝；④表面未经压抹处理、养/护覆盖未得其时、养护环境保湿、保温养护不足等形成的裂缝。

3计算分析

3.1主要计算工况结合本工程的现场调查及初步分析后，笔者主要选取以下几个工况组合进行理论和计算分析：⑴对非正常设计工况进行验算，如顶板部分覆土后进行重型机械的振动碾压影响；⑵对明盖挖分界位置的明挖段施加温度荷载，分析温度荷载对明盖挖交接位置附近顶板拉应力分布的情况；⑶分析侧墙开洞对既有结构受力的影响。主要使用三维有限元分析软件ROBOT进行模拟计算。

3.2计算结果重型机械振动碾压+温度荷载作用下的顶板结构温度应力分布情况如图4。上述分析表明，在盖挖区节点先期完成1年多后，盖挖区顶板混凝土收缩已基本完成，而明挖区顶板与盖挖区刚性连接后，明挖区顶板在浇筑完成后产生的混凝土收缩徐变变形及应力仅通过施工缝不能完全有效地释放，造成与盖挖接口明挖段相应施工段顶板混凝土蓄积了较大的拉应力，同时叠加了其他外荷载的共同作用下，拉应力达到2.6~7MPa，超过C35抗拉强度标准值2.2MPa，按规范公式计算，最大裂缝宽度可达0.8mm左右，同时对于侧墙开洞段，由于对顶板支座的削弱，也会造成构造方向内力加大，造成结构开裂。由此可见，在多种因素共同叠加作用下，混凝土将产生沿板构造方向的裂缝。此外，在正常的设计、施工情况下，车站主体与周边附属结构或商业开发相接段洞口边梁的布置对相邻板的结构受力也有较大影响，后期投入使用后，板纵向（通常为构造配筋方向）受力弯矩会增大50%左右，因此建议今后在洞口段要在正常的分布钢筋基础上增大构造钢筋的配筋率，并进行相关分析计算。

4小结

4.1明盖挖分界段仅设置了施工缝，盖挖段及相邻跳仓明挖段顶板混凝土已完成大部分收缩变形，对于最后浇筑的顶板施工段相当于固定端。与盖挖段相邻的明挖段顶板混凝土浇筑后，由于混凝土结构收缩、温度应力以及回填过程中各种施工荷载的综合作用，导致明盖挖段相邻的最后浇筑的混凝土段沿车站纵向产生较大拉应力，是裂缝的诱因之一。

4.2由于盖挖段区域主要集中在与洞口连接处贴近边梁位置及侧墙转角位置，受力较为复杂，侧墙开孔部位顶板边支座刚度本身就被削弱，尤其在明挖段衔接后产生较大的附加应力，在实现其永久工况后，进一步加大洞口段混凝土结构板的拉应力，也是裂缝产生的诱因之一。

4.3建议在不同工法衔接处采取释放收缩、温度荷载更强的结构措施，并增强附近的结构受力和构造配筋。

4.4建议新线车站与物业开发相接的侧墙开洞处，顶板纵向和横向均需加强配筋。

4.5建议车站施工增加养护时间，高温天气下需采取蓄水养护或覆盖保护，并及时覆土避免阳光直射。

4.6施工过程为了加快施工进度，经常会提高混凝土强度等级来进行浇筑，在保强度的过程中往往容易忽略了高强度带来的高水化热，同时养护不到位等也会加剧后期混凝土裂缝的产生和发展。

5结论

本工程中混凝土裂缝虽为非结构主受力方向裂缝，但后期结构修补较为困难，同时难以保证结构的耐久性及使用年限。在类似工程设计和施工过程中，设计应合理进行结构布置，对于不同工法、不同施工时序交接的结构部位应进行重点加强设计，施工过程中也应进行精细化施工，保证混凝土浇筑质量及养护水平，以提高成品质量。

作者：柳宪东单位：广州地铁设计研究院有限公司