浅析地铁工程的混凝土裂缝控制技术

【摘 要】在混凝土的施工过程中，混凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病，如何减少混凝土裂缝成为控制混凝土结构质量的关键。地铁工程是百年的民心工程，我们需要更加关注其混凝土结构的质量。本文对地铁工程施工中所产生的裂缝进行了成因分析以及对裂缝控制的主要技术措施进行了阐述。

【关键词】 混凝土 主体结构 混凝土裂缝混凝土养护

1前言

随着国民经济的发展和城市化进程的加快，城市交通量急剧增长，城市交通堵塞现象日趋严重，利用城市地下空间进行地铁工程建设，让地铁运营以缓解地面交通堵塞压力是城市发展的必然趋势，因此发展城市轨道交通已成为大城市持续发展必然的选择。

地铁工程是百年的民心工程，其结构主要由钢筋、混凝土搭建而成的。在混凝土的施工过程中，混凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病，如何减少混凝土裂缝成为控制混凝土结构质量的关键。

2 混凝土裂缝的分类

混凝土也称砼，是现今最主要的土木工程材料之一。在实际工程中，混凝土在外界荷载的直接应力和次应力的作用下，会引起变形而产生结构裂缝；构件在使用过程中受温差的长期作用，胀缩应力超过了极限抗拉强度时就会出现裂缝，因此，混凝土结构产生裂缝是不可避免的。现行规范中允许混凝土结构上出现与拉应力方向垂直的裂缝，但对裂缝的宽度做出了一定的限量值。由于结构上存在的裂缝是必然的，在潮湿的环境下会引起钢筋的腐蚀，有害气体的侵入和热胀加快了腐蚀速度，在重复荷载作用下将出现疲劳破坏。结构产生裂缝的因素是多方面的，包括结构设计、地基沉降差异、施工质量、材料质量、环境影响等，无论何种因素产生的裂缝，都会给建筑物结构带来恶性影响。

地铁的主体结构是指在地铁工程建筑中，由若干构件连接而成的能承受作用的空间体系。主体结构要具备足够的强度、刚度、稳定性，才能使结构承受各种荷载，而结构的承载能力与现场结构的施工质量极其密切。作为建筑主材之一的混凝土，其浇筑的质量直接影响结构的施工质量，所以尽量减少混凝土浇筑后产生的裂缝有助于提升混凝土结构的施工质量，确保结构具备足够的强度、刚度、稳定性。 。

就主体结构而言，混凝土裂缝主要为施工期间产生的裂缝。包括塑性收缩裂缝、塑性沉降裂缝、龟裂缝、结构裂缝和温差裂缝。塑性收缩裂缝是指在混凝土凝结过程中，因游离水从其表面较快蒸发而引起;塑性沉降裂缝是在混凝土尚未有强度时，表面出现泌水现象而引起沿钢筋纵向出现的裂缝;龟裂缝是由于未进行及时的养护引起的，裂纹一般很浅；结构裂缝是由于配筋不足，施工中上层筋被踩踏压下，模板拆除过早等各种失误原因引起的裂缝。

3混凝土裂缝的成因

从地铁主体结构施工角度来说，可能会影响混凝土产生裂缝的主要因素有：混凝土的组成材料、混凝土配合比控制、混凝土的养护、钢筋安装、早期堆载及拆模等。

3.1混凝土的组成材料对主体结构混凝土收缩开裂的影响

混凝土收缩是造成开裂的一个重要原因，而影响混凝土收缩的因素很多，主要是骨料品种及含量。粗骨料本身尺寸、形状及级配并不影响混凝土收缩量；而粗骨料的弹性模量却对混凝土收缩量影响很大：弹性模量越大，对混凝土收缩所起的抑制作用越大。

3.2混凝土配合比对主体结构混凝土收缩开裂的影响

在原材料相同的条件下，混凝土配合比如单位用水量、单位水泥用量、水灰比、砂率等对干缩有很大的影响，它们对干缩影响依次为：单位用水量>单位水泥用量>水灰比>砂率。其中随着用水量的增大，同一条件下的混凝土收缩量直线上升；而在用水量相同的条件下，混凝土干缩随水泥用量的增加而加大，但加大的幅度较小；在骨灰比相同条件下，混凝土干缩随水灰比的增大而明显增大；在强度等级相同条件下，混凝土干缩随砂率的增大而加大，但加大幅度较小。

3.3 混凝土养护情况对其收缩开裂的影响

延长初期潮湿养护仅能推迟干缩的时间，并不能减小混凝土短期的干缩，但对于干缩终值有一定影响。若前期及时养护，可以有效地提高混凝土的抗拉强度及减小混凝土外表面的碳化深度，从而减小因混凝土碳化而产生的收缩，保证混凝土的使用寿命。因此，从防止碳化角度出发，及时、足够时间的混凝土养护是必要的。

3.4 主体结构钢筋绑扎安装质量对混凝土裂缝的产生的影响

对于主体结构混凝土开裂，钢筋起限制和约束的作用。钢筋对混凝土的限制约束，主要通过它们之间胶结力和摩擦力的作用。

1）间距均匀的钢筋所提供的约束作用是最佳的，能有效防止裂缝宽度在个别处增大。但从日常的施工检查情况看，由于钢筋绑扎得不牢固，造成混凝土振捣后，钢筋分布的偏位现象比较普遍，从而削弱了钢筋的约束作用。

2）对于变形钢筋，其相对保护层厚度越大，其平均粘结强度也就越大。而在实际工程施工中，由于钢筋保护层垫块是呈梅花型布置的，因此混凝土浇筑后，钢筋的许多部位保护层难以达到设计要求，从而削弱了钢筋对混凝土开裂的约束作用。

3.5早期堆载对混凝土开裂的影响

1）混凝土刚终凝不久（一般为24h），施工中又在其上堆放钢筋、模板材料和加工设备等，堆载又不均匀（即集中力）且为瞬时动荷载，其必然对混凝土的固结成内在影响（即造成“内伤”），也加大了混凝土内部早期微裂缝。

2）由于在早期，混凝土强度低（一般在1.2MPa左右），不能承担堆料荷载。虽然从理论上讲，此时堆载全由其模板支撑体系受力，但在较大集中堆载作用下，势必造成混凝土开裂或“内伤”。

3.6.拆模对主体结构混凝土的影响

在实际工程施工中，很少对拆模时主体结构受力进行抗裂验算，这样就有可能助长后期的混凝土开裂程度。

4地铁工程混凝土裂缝控制的主要技术措施

4.1混凝土的组成材料

产品的优劣与其原材料的好坏有着直接关系，而地铁工程作为安全质量高要求的成品，其主要材料的选择与使用更加需要重视。

4.1.1骨料的选择

提高原材料的质量，砂子应采用干净的中粗砂，严格控制含泥量，采用细砂过多和超过规定的含泥量，将会造成干缩量大，粗骨料应采用粒状形，不宜采用片状形，使用之前应用水冲洗干净，

4.1.2水泥及外加剂的使用

水泥宜采用水化热低的水泥。施工中可在基础比较厚的内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，将混凝土内部的热量导出，从而达到降低水化热的积聚。

混凝土内应掺入定量的优质外加剂，使之有补偿收缩、抗裂、抗渗性能，以达到减少水泥用量和降低水化热的目的。

水泥的用量及粉煤灰的掺量要符合标准要求。水泥用量建议控制在每立方米混凝土为280KG。粉煤灰的掺入可以改善混凝土的和易性，延长凝结时间，改善混凝土的抗渗性和后期强度，但是必须掺入符合国家标准的Ⅱ级或Ⅱ级以上的粉煤灰。使用Ⅱ级粉煤灰可以达到胶凝材料的20％，使用Ⅰ级粉煤灰可以达到胶凝材料的30％，对于养护困难的部位应严格控制粉煤灰的含量，因为粉煤灰含碳导致混凝土需水量增大，从而加大混凝土的收缩，所以主体结构中侧墙、大梁部位混凝土的粉煤灰掺量宜减少。

4.2水灰比的控制

材料的搭配对工程质量也有决定性的影响。水灰比由两部分组成，第一部分为水泥水化热所需的水灰比（水泥完全水化热所需的水用量，为水泥用量的20～25％），另一部分为改善施工和易性所需要的，要求保证不影响混凝土施工和易性的条件下，尽量减少水泥用量。建议水灰比控制在0.45为好，但不得大于0.5，这样可以减少混凝土的收缩，泌水等现象。另外应做到三禁：严禁混凝土在运输过程中掺水，严禁混凝土在浇灌过程中加水，严禁带水作业（地下水或降雨）。

4.3混凝土的养护

4.3.1混凝土的浇水养护

主体结构混凝土浇筑成型后，必须对其进行覆盖浇水，保证混凝土表面在一定时间内保持湿润状态，以满足水泥水化的需要，与此同时，为防止养护水的急剧蒸发，还应用塑料薄膜、麻袋或草袋等材料加以覆盖，保证混凝土在不同的环境温度条件下，能保持有合适的最高温度，合适的内外温差及其适合的表面与环境大气的温差，以及适当的降温速率和升温速率。

4.3.2混凝土的养护时间

《质量规范》第7.4.7条第二款规定，对采用硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，浇水养护时间不得少于7天。规范所规定的只是浇水养护的最少时间，而没有给出浇水养护的最佳持续时间和最长时间。然而，浇水养护时间越长和水泥水化程度越高，水泥的不可逆收缩也越大，水泥颗粒如果全部水化，其所产生的水泥凝胶不只使混凝土强度提高，与此同时还会产生很大的收缩，严重时引起混凝土开裂。像混凝土中骨料所起的稳定体积作用一样，水泥石中需要一定数量的为水化的水泥颗粒，或其他的惰性物质来稳定体积，因此，浇水养护的时间并不是越长越好，而是要适度。

4.4复合结构的设计

地铁工程结构设计基本采用了复合结构的设计。采用复合结构设计，可以减少围护结构与内衬结构的受力约束。条件允许的情况下，应设置隔离层；在条件不允许，无法设置隔离层的情况下，应至少保证围护结构基面平顺，这样可以减小内衬结构受到集中应力而产生裂缝。

采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝（施工缝间距应以12m为好，分缝间距大，开裂多；分缝间距小，开裂少），或在适当的位置设置施工后浇带（最好采用跳槽浇筑），减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。

4.5其他方面的控制

4.5.1改善水平钢筋布置，水平钢筋宜密而细，控制好钢筋间距与直径。

4.5.2掌握好混凝土的拆模时间。混凝土模板拆除前须要检查有关资料，关键结构要有同等条件下养护试块的拆模强度试验（合格）报告。

4.5.3做好混凝土的成品保护。对已浇筑的混凝土强度未达到1.2MPa前不得在其上踩踏、安装模板、堆放材料；拆除模板时一定要轻拿轻放，不得撞击楼板混凝土

5 结束语

混凝土作为最主要的土木工程材料之一，在建筑行业起着至关重要的作用，而混凝土裂缝作为一种不可避免的工程现象也同样值得我们去深入探讨。在实际的施工过程中，一旦产生裂缝，应调查分析，查明原因，综合考虑，予以处理，并为后期的混凝土施工提供宝贵经验，同时，要注重混凝土的养护工作，在减少混凝土裂缝出现的前提下尽可能的将混凝土裂缝对工程的影响降到最低。