地铁车站侧墙裂缝产生机理与控制方法

马永博

（中铁建华北投资发展有限公司，河北 石家庄 050000）

目前，地铁车站侧壁伸拉主要有复合墙和单壁布置两种，其中复合墙体是目前地铁车站的主要布置方式。地铁车站侧墙在外部荷载和变形荷载作用下，经常产生混凝土开裂、渗漏等现象。如何控制地下车站混凝土的裂缝，尤其是早期的裂缝，使混凝土能够发挥自身的防水作用，是加强地下车站防水建设的一个重要问题，已成为车站建设的重点。混凝土裂缝的成因比较多，裂缝和渗漏的机理一直受到工程界的关注。地铁车站侧壁渗漏的控制是一个尚未完全解决的问题，文章结合石家庄市轨道交通3 号线一期工程情况进行详细研究。

1 水文地质分析

1.1 地下水实例、水位及动态变化范围

场区地下水以第四系孔隙水为例，承压含水层以砂土、碎石土为例。目前，南水北调工程已经完成，地下水的开采受到限制。本勘探期地下水位埋深44.3m（高程21.22m）。

1.2 地下水补给、径流和排泄

地下水产生形式丰富，除自然雨水外，还与地表水渗入以及地下径流有密切关联。地面以下水流的力量呈现出自西由东、自北由南的方向变化。

1.3 不同地层的渗透率和渗透系数

垂直剖面上，由上至下为人工填土、黏性土、砂土、砂砾土。张拉基础的渗透系数可以从面层的渗透系数中看出，具体如表1 所示。

表1 各地层的渗透系数及透水性

2 地铁车站边墙混凝土渗漏位置及情况

侧壁上的大部分孔洞位于衬砌墙与顶板、衬砌墙与底板的交叉处。有些孔靠近中墙与衬砌墙的交点，且多数孔垂直于垂直轴线。在一些特殊部位，如侧壁、预留孔角或穿墙管闭合处也经常出现漏洞。在支撑头上出现的孔从支撑头开始向屋顶或地板延伸。

在地铁车站布置中，侧墙薄弱环节多为竖向，侧向和斜向薄弱环节较少。

3 裂缝产生的原因及结构受力分布

在施工过程中，车站钢管支架拆除后，应力突然从原来的钢管支架向其他部位转移，内力重新分布。车站屋面被大量土体覆盖后，地面预留的降水井关闭，导致地下水位上升，布置侧压力增大，土壤裂缝。

3.1 混凝土收缩变形和干缩变形的问题

（1）混凝土浇灌之后，在晾干硬化的时候会产生很多的水，与水泥作用的过程中发生水化热，随着水化热在混凝土里面累加，难以挥发出来，导致其内部热度快速提高，混凝土的温度呈现增加趋势，从而使内外温度差变大进而发生变形。而这种收缩变形由于其内部应力不均和外部约束作用的存在，使混凝土产生过大的拉应力和拉应变，超出混凝土的可承受范围，导致表面出现裂缝。（2）混凝土会发生干缩现象。混凝土的干缩不会因为水泥中的矿物发生改变而改变，仅仅当石膏用量不足的时候，一部分水泥会有较高的伸缩率。混凝土的伸缩和水与石灰比例有直接关系。（3）混凝土为典型脆性材料，不具备优良补偿能力，施工初期水化热较严重，稍有不妥就会产生干缩孔，如车站顶（中）板和边墙之间经常产生45°斜缝等。

3.2 施工工艺因素产生的裂缝

（1）温度对混凝土施工的影响。根据以往许多地铁车站的情况，夏季施工的混凝土裂缝数量远远多于冬天施工的混凝土裂缝数量。这说明季节和温度的变化会带来较为严重的混凝土内外温差问题，且以夏季更为明显。由于外部温度相对较高，混凝土尚未成型时会伴随明显的膨胀收缩，产生侧壁混凝土孔。（2）根据某地铁车站现场实测，在混凝土浇筑后44 ～46h，车站的侧部墙面温度呈现相当大的变化，且在大幅度温度变化发生之后的49h 内，温度变化会变得缓慢。因此，如果在温度变化最高时进行拆模，混凝土就会产生裂缝。（3）由于浇筑时间和侧壁的温差都受制于地板混凝土，因此当侧壁收缩时，地板将对其产生巨大的收缩约束。老混凝土龄期长，压实变形趋于稳定，抑制了新浇混凝土的自由压实。新混凝土材料中产生明显拉应力，与旧混凝土产生的粘结面伴随有剪应力。（4）地铁车站支护布置砂浆找平不能满足规划要求，平面度差，支护布置相邻墙体凹凸不平、不弯曲，约束了混凝土膨胀与收缩，此时墙体拉应力明显，导致车站侧壁出现漏洞。

内外部约束应力产生的裂缝分别如图1、图2 所示。

4 地铁车站边墙混凝土渗漏的防治

4.1 低混凝土水化热

图1 内部约束应力产生的裂缝

图2 外部约束应力产生的裂缝

（1）以低热水泥为宜，应用较为广泛的有矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。（2）我国大量的实验以及工程实验证明，加入适量较高质量的粉煤灰的混凝土不但可以替代水泥，还因为粉煤灰颗粒比较圆滑，可以大大增加混凝土颗粒的黏结度与流动性，并具备润滑效果。（3）考虑到掺杂物混凝土所提出的流动性要求，可以加入缩水剂、增塑剂和缓凝剂。同时，由于其减水和排湿作用，低耗水量和强度的提高也可以降低水化热，延缓放热峰出现的时间，从而消除温度泄漏。（4）必要时在混凝土内预埋冷却水管进行水冷，内部温度可降至6 ～10℃。

4.2 控制混凝土成型温度

浇筑温度需≤25℃，混凝土内外温差以25℃为宜，这是有效抵御外温差裂缝的重要条件。若在高温环境下，混凝土浇筑应采取必要的措施，如控制混凝土出口温度、原材料温度等，夜间浇筑混凝土时需要注意搅拌车和泵送管道混凝土造成的噪音。

4.3 侧墙渗漏水处理

（1）点渗漏。此现象可分为点或＜5cm 的裂缝。在此点或裂纹中心钻孔，钻孔直径为10mm，深度为6cm，将高压水洗处理后注入其中。调节注浆喷嘴位置，要求与孔底产生间隙。基于堵漏粉对孔口与注浆管加以处理，使其达到固定状态，还需密封两侧裂缝。如果效果不好，则应将槽缝凿好。（2）面渗漏。主要由大量点渗漏引发。若直径＜5cm，可以按照点渗漏处理第一个过程，然后在渗漏表面凿3cm 深。清洁后，刷密封粉以擦干基础表面并刷两组分聚氨酯涂料。最后，用防水砂浆密封。表面泄漏面积直径＞5cm，深凿基面为6cm。清刷裸露的钢筋部分，圆周方向稍微加深2cm，以利止水。基层应涂3 层堵漏粉，堵漏粉的混合稠度应由基面的湿度决定。若部分区域处理效果欠佳，可使用堵漏粉加以处理，补料厚度5 ～15mm，然后将二元聚氨酯涂成1mm 的厚度。在涂装前应保证底面干燥，对于二元聚氨酯涂砂浆的黏结部分应预留2cm，最后用防水砂浆密封。

5 结束语

综上所述，虽然大部分车站边墙渗漏并不直接影响布置的承载力，但会直接影响混凝土布置的耐久性。地铁规划周期为100 年，其耐久性要求很高，故在施工过程中，需要控制混凝土的质量，严格遵守施工工艺流程。对于浇筑振捣和混凝土养护来说，应控制漏洞滋生的可能性，以确保安全，保证工程质量。在施工中，多观察、多分析、多总结，结合各种防治措施，彻底遏制漏洞的产生。