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摘要:为保证超长地铁车站施工质量,本文详细分析超长地铁车站结构裂缝产生的原因,并且结合地铁车站结构裂缝问题,进一步总结地铁车站结构裂缝防治技术。
关键词:地铁车站;裂缝防治技术;配合比设计;温度监测
前言:超长地铁车站具有结构尺寸长、墙体结构尺寸厚、受力复杂、施工缝数量多等特点,受结构荷载、环境温差、混凝土收缩等各种因素的影响,超长混凝土结构会出现各种类型的裂缝;本文结合通过实际案例从图纸设计、施工材料、施工工艺三方面内容对超长地铁车站裂缝防治进行原因分析,并对车站后续结构裂缝防治进行综合管控,从而达到大幅度减少超长地铁车站裂缝的基础需求。
一、工程概况
公明北站为深圳市城市轨道交通13号线二期(北延)工程终点站,车站位于炮台路与屋园路交叉口,车站总长度775.75m。公明北站标准段车站宽22.3m (盾构扩大端宽27.7m,底板底埋深约17.3m;大里程停车库标段段宽22.3m,底板底埋深23.4m;车站范围共设置四个出入口,两组风亭及一个紧急疏散通道。停车库范围共设置六个出入口及两个坡道。
公明北站主体结构底板厚1000mm、负二层侧墙厚800mm(换乘站侧墙厚900mm)、中板厚400mm、负一层侧墙厚800mm、顶板厚900mm、框架柱(1300×900mm、1200×800mm、1000×800mm)。顶、中、底板与中柱、侧墙形成为一闭合框架,顶、中、底板设计为梁板体系,采用明挖顺筑法施工。
二、超长地铁车站结构裂缝问题原因分析
(一)设计原因
(1)设计未详细明确温度伸缩缝、后浇带、变形缝的位置。浇筑长度超出常规钢筋混凝土结构设置后浇带或者伸缩缝长度。结构钢筋密集,混凝土浇筑量大,为确保实现设计要求,车站裂缝控制难度大;
(2)本车站侧墙水平分布筋为φ18间距15cm;细而密的钢筋可较好的控制裂缝,少而粗的配筋方式往往无法控制裂缝;
(3)设计对大体积混凝土设计未明确,仅对混凝土耐久性做了相应规定,例如水灰比及坍落度等;
(4)在混凝土结构受力敏感部位(如掖角处)未做妥善处理,导致应力集中而引发局部裂缝;
(二)材料原因
现阶段深圳地区商混站材料差异性较大且不稳定;进场水泥采用不同厂家的不同炉号、水化热各不相同;粉煤灰质量得不到保障,烧失量、细度、安定性等无法保障;砂石原材料差异性大,含泥量大,级配不稳定导致混凝土和易性差、握裹力差出现裂缝;外加剂减水率及缓凝效果不佳,经时坍落度无法保障;
(三)施工原因
(1)混凝土配合比:配合比设计均未按照配合比设计规程JGJ55-2011及大体积混凝土配合比设计相关要求进行,未进行混凝土温度及收缩应力等热工计算,内外温差大导致温度和收缩应力大于其抗拉强度出现裂缝;配合比设计水胶比大、坍落度大,混凝土收缩严重,导致出现收缩裂缝等;
(2)防水基面处理:基坑开挖后,地连墙接缝处渗漏水处理不及时,导致防水卷材施工带水作业,接缝处粘接不牢靠,影响防水效果;地连墙鼓包、侵限,影响防水层铺筑质量,防水层接缝处漏水;基底渗水,导致施工作业面被水浸泡,降水井洗井深度不足,导致水位未降到基面1m以下;降水井处理不到位,未按设计要求封闭降水井。
(3)防水卷材施工:防水卷材未按方案要求进行搭接,未用橡胶锤敲击搭接处,导致搭接处脱胶;施工缝水泥基结晶涂料未按方案要求施工,局部未涂刷水泥基结晶涂料,导致施工缝处未能有效防渗漏;抗拔桩、降水井、接地引出线处防水未按方案进行细节处理,造成防水漏洞;施工过程中成品保护不到位,局部防水卷材脱落、被钢筋刺穿、烧伤等影响整体防水性。
(4)钢筋施工:因钢筋间距小密集、施工难度较大,设计未考虑下料口,导致砼振捣不密实,尤其是顶板、中板掖角处;侧墙位置钢筋交错,腋角位置部分水平分布筋缺失导致顶板腋角配筋不足,混凝土抵抗水平拉力不足,浇筑后局部产生裂缝;部分侧墙竖向钢筋预埋位置不准确或者位置偏移,导致钢筋间距不均匀,水平分布筋间距不一,导致抗拉强度偏差大,局部混凝土开裂。
(5)混凝土半成品质量:水泥刚出厂直接用于混凝土拌合,水泥温度高,导致混凝土水化热大,凝结时间出现较大偏差;碎石含泥量大,泥块含量大,级配偏差大,导致混凝土和易性差,混凝土成型质量无法保证,出现裂缝;砼用砂,使用水洗砂,细度模数不够,级配差,导致混凝土粘聚性差,影响混凝土质量;外加剂使用不当,减水率、缓凝时间、引气效果不佳,经时坍落度损失大;半成品坍落度控制不佳,部分混凝土出现离析、坍落度过大等情况导致后期混凝土收缩大,出现裂缝。
(6)砼振捣:混凝土浇筑工艺未严格按照方案进行,交底不到位,分层分段划分不明确,振捣时间、频率、标准未明确;侧墙位置混凝土浇筑自由落距过大,部分混凝土离析,部分区域漏振,混凝土不密实,防渗漏效果差;浇筑不连续,下层混凝土已初凝还未覆盖上层混凝土并振捣,上下层混凝土结合不密实,造成施工贯通冷缝;施工缝止水带处未加强振捣,未能有效出气泡,造成后期整条施工缝处渗漏。
(7)拆模时间把控:拆模时间把控不准确,刻板按照规范要求2.5MPa来实施,对于大体积混凝土未按照温度控制因素考虑拆模时间,导致裂缝产生;还有一部分原因是拆模强度未到,抢工期,拆模时间过早导致的侧墙出现应力裂缝,后期扩大形成通缝。
(8)养护工艺:拆模后未及时进行洒水养护,养护方式未达到14天;养护方式不得当,侧墙未计算保温层厚度,未制定保温措施;未配备专人进行夜间养护,夜间养护缺失,养护管控不力;底板未采取蓄水养护,养护时间不够。
(9)车站分段施工划分:车站每一施工段落划分未严格图纸设计8-20米一道环向施工缝设置,技术人员经验欠缺;未综合考虑地层不同、划分段落不同去进行段落划分,造成地基不均匀沉降产生裂缝;环向施工缝未设置在剪力最小处导致梁板产生剪力破坏引起裂缝。
三、地铁车站结构裂缝防治技术
(一)优化施工图设计
(1)在混凝土结构下列受到约束的部位,配置构造钢筋或采取相应的防裂构造措施(建议采取小而密的水平钢筋,且将水平钢筋置于竖向)
(2)在混凝土结构下列形状、刚度突变的部位,配置防止应力集中裂缝的构造钢筋或采用圆角、折角等防裂构造措施
(3)在混凝土构件容易引起收缩变形积累的部位,增加抵抗收缩变形的构造配筋(建议采取小而密的分布筋,且将水平钢筋置于竖向)或钢筋网片
(4)大体积混凝土或表面积较大的混凝土构件,宜选用低水化热、水泥强度较低的混凝土;当采用高强混凝土时,宜延长其达到规定强度的龄期。,当采用粉煤灰混凝土时, 可采用60d或90d龄期的强度指标作为其混凝土设计强度
(二)强化材料管理
(1)严格按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011、《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018规范中对于大体积混凝土原材料的控制要求进行管控;水泥采用低水化热水泥;胶体水化热3d/7d不超过240kJ/kg, 270kJ/kg;粗集料为连续级配,最大公称粒径≤31.5mm,含泥量≤1.0%;细集料采用中砂,含泥量≤3.0%;外加剂采用高效缓凝减水剂,经时坍落度损失3小时为0;在配合比设计时,水胶比≤0.45,单位用水量≤175kg/m³,强度评定采用60d/90d龄期强度评定,同时对混凝土配合比进行热工计算;在强度满足设计要求的前提下,尽量减少水泥用量;
(2)每月进行一次专项检查,同时给拌合站管理人员进行混凝土要求交底;加强对商混站原材料的管控,浇筑时安排人员到拌合站进行监督拌制,禁止使用含泥量超标的原材拌制混凝土,尽可能保持原材料稳定;
(3)对于优化混凝土坍落度为160±20mm,强化坍落度及入模温度检测,每车必检,对于坍落度不合格的、和易性差、离析、泌水混凝土全部退场处理;
(三)严格控制工序施工质量
(1)地连墙接缝处渗水及时处理:基坑开挖过程中全过程巡查,发现地连墙渗水及时堵漏;原有地连墙接缝处防绕流铁皮清理;
(2)地连墙基面处理:发明一种地连墙基面处理刷,基面处理后,防水层施工基面平整,防水层施工质量明显提升;
(3)降水井降水管控:每日巡查降水井水位高度并记录,降水井深度不足的及时安排洗井,保证基坑内水位在基面1m以下,确保底板施工质量;
(4)底板下设施排水盲沟:基坑见底后,若基底有积水或遇下雨,采取盲沟的方式将积水引流至降水井抽排出基坑,保证基面干燥,防水施工有保障;
(5)强化防水层施工质量:防水卷材按方案要求进行搭接,搭接处用橡胶锤敲击,保证搭接处紧密牢固,施工完成后报检,三方管理人员检查合格后签工序交接单,不合格的现场盯控整改;涉及防水卷材接缝位置重点管控,采用钢边条反压接缝,确保接缝处粘结牢靠;
(6)施工缝基面处理:施工缝凿毛完成后立即安排冲洗,采用高压水枪进行冲洗,清理完成后安排防水班组涂刷水泥基渗透结晶,项目管理人员监督水泥基配比及涂刷质量,严禁以泼洒代替涂刷,涂刷完成后待水泥基干透后进行洒水养护,做好养护台账;
(7)施工缝止水带保护膜管理:纵向施工缝处止水带保护薄膜采取撕一半留一半的措施,待浇筑上半部位时将上半部分止水带保护薄膜撕除,防止止水带受混凝土及粉尘污染而硬化,影响止水效果;
(8)纵向施工缝引流管设置:现场发现施工缝存在涌水时,在涌水部位埋设引流管,后期对引流管进行注浆;在施工缝止水带处埋设注浆管,主体结构完工后,如果施工缝出现渗漏水,利用预埋注浆系统对主体结构进行注浆;
(9)强化工序管控质量:顶板、中板、底板钢筋绑扎设置专用马凳筋,保证面筋架设整体性强;面筋拉钩设置严格按照135°,采用专用工具进行弯制,保证上下板筋连接牢固,整体保护层厚度可控;组织混凝土班组及项目管理人员进行混凝土振捣交底会,明确浇筑部位、混凝土强度、分层高度、浇筑方式等;浇筑过程值班人员全程旁站监督,盯控振捣;控制发料速度及浇筑时间,保证浇筑振捣质量;
(10)养护措施:侧墙采取带模养护3天加拆模后喷养护剂保湿加安装棉被覆盖保温措施,养护时间满足14天后再拆除棉被;立柱采用塑料薄膜养护;底板、顶板采用蓄水养护。
(11)温度监测:加强厚大尺寸结构部位温度监测,预埋温度监测原件,对温度超过规范值市,及时调整养护措施。
结语
超长地铁车站在建设环节上由于其自身结构具有显著特点,长期应用会产生裂缝问题,深入探索其主要原因则是由于设计、材料以及施工工艺等方面,因此应从各个方面进行综合分析,不仅能够节省支出成本还获得了良好的建筑效果。
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[4] 《建筑工程裂缝防治技术规程》JGJT317-2014:5.2.1-5.2.7/5.3.5
[5] 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011:7.5
[6] 《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018:4.3