超大尺寸结构混凝土裂缝控制技术

李子华 肖新瑜 刘 栋 张国军 陈家坤

（1.中铁三局集团广东建设工程有限公司，广东 广州 514493； 2.广州城市理工学院，广东 广州 510800）

0 引言

某地铁车辆段工程的上盖平台建筑面积为24万m2，车辆上盖承受车辆动荷载，除了需要满足强度、刚度和稳定性要求外，还需要满足地铁工程一级防水的要求，抗渗防水要求高。由于该结构体量大，根据塔吊作业范围、结构变形缝和后浇带情况，经综合考虑后，进行施工分区，按照施工计划，划分为115个板块，平均每块面积约2000m2，其中最大面积2974m2，超过规范要求，均属于超大结构[1-2]。

为有效控制工程质量，防止工程出现渗漏水现象，必须对超大尺寸结构混凝土进行裂缝控制，本文结合地铁工程项目，提出裂缝控制措施，可为类似工程提供参考。

1 出现裂缝的主要原因

大尺寸结构混凝土出现裂缝的因素具有多样性，其中水泥水化热产生的温度应力和混凝土收缩产生的收缩应力是混凝土出现早期裂缝的主要原因[3]。水化热使混凝土内部产生温度差，形成内部压应力，外部拉应力的状态。当拉应力超过混凝土本身的抗拉强度时，混凝土表面便产生温度裂缝。混凝土收缩受到边界约束影响时，产生的拉应力可使混凝土结构产生贯穿裂缝，贯穿裂缝是结构渗漏水的原因。

2 裂缝控制措施

为有效控制温度应力和收缩应力产生的裂缝，该工程主要采取如下控制措施：优化防水构造设计方案、优化混凝土配合比、采用跳仓法施工技术及设置后浇带、采用新型止水带。

2.1 优化防水构造设计方案

2.1.1 优化变形缝防水构造方案

中埋式止水带常用于施工缝的防水构造措施中，一般有钢板和橡胶两种。该项目结合地铁车站、区间和车辆段大平台主体结构设计施工缝中采用橡胶钢边止水板出现渗漏比率较多的问题，择优采用钢板止水带。为确保工程的防护效果，钢板止水带需满足《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2018）[1]中关于中埋式止水带的要求，钢板止水带L≥150mm，并采用直板式和折板式两种形式。板宽均为380mm，厚3mm，采用焊接连接。在此基础上，需外加防水卷材加强层，并在施工缝现浇结构面涂刷水泥基渗透结晶型防水材料作为界面剂。施工缝防水构造见图1。

图1 施工缝防水构造

对环向施工缝，保证间距8～12m，布置在纵向柱距1∕4～1∕3跨附近，缝的位置避开通风道、楼梯孔，以保证扶（楼）梯梁的刚度。水平施工缝应在距离板面不小于500mm处，不得在剪力、弯矩最大处或底板与墙交接处。水平和环向施工缝的交界处应做好焊接，防止出现防渗漏薄弱点。

施工缝施工需满足以下要求：

（1）施工缝应在现浇混凝土强度大于1.2MPa以上后再实施后浇混凝土施工；模板应严密、稳固，混凝土施工时不得漏浆与变形。

（2）施工缝后浇混凝土养护时间不得少于21d；混凝土的浇筑应密实，成型应精确，应特别注意新旧混凝土界面处的混凝土密实度。

（3）水平施工缝浇灌混凝土前，应先将其表面浮浆和杂物清理干净后，涂刷水泥基渗透结晶防水材料，再铺30～50mm厚1∶1水泥砂浆，并及时浇筑混凝土。垂直施工缝浇筑混凝土前，应先将其表面凿毛并清理干净，并涂刷水泥基渗透结晶防水材料，同时应及时浇筑混凝土。

（4）施工缝采用中埋止水带时，应确保止水带位置准确，固定牢靠。施工缝采用钢板止水带时，接缝处用电弧焊封闭焊接。止水带可盆形安装，上翻一定角度便于止水带下部气泡排出。

2.1.2 优化、补充抗裂钢筋的设计

混凝土强度成长初期，特别在3～7d左右，其抗拉强度低，收缩应力较高，结构体温度处于降温陡坡阶段，收缩应力和温度应力的共同作用，主受力钢筋过粗，间距过大未能发挥作用。若分布筋过粗，间距过大，混凝土发生早期开裂的几率会较大。故采用直径为6mm 间距100mm×100mm的抗裂钢筋网片，提高混凝土初期抗裂性能，见图2。抗裂网片保护层厚度不小于15mm，并每隔400mm采用直径为6mm的架立钢筋，固定网片和主筋。

图2 抗裂钢筋网片大样

2.1.3 增加施工缝拉结筋

对分段浇筑的结构混凝土，施工缝会有较大的拉应力和应变，根据《大体积混凝土施工标准》（GB 50496-2018）规定：大体积混凝土的结构配筋除应满足结构承载力和构造要求外，还应结合大体积混凝土的施工方法，配置控制温度和收缩的构造钢筋，因此对大平台施工缝采取了增设拉结筋的方式提高混凝土的抗裂性能。对施工缝增设双层拉结筋，直径6～8mm，间距不大于150mm，形成细而密的配筋，提高早期结构钢筋抗裂的作用。

2.1.4 防水层优化设计

地下水水位较高时，地下车站混凝土结构防水层应与混凝土表层密贴，为阻止防水层漏点窜水，造成大面积的漏水，采取两道防水措施，其中首道顶板防水层为高分子防水涂膜，第二道为防水卷材，主体结构采用P6等级的防水混凝土。设计时主要考虑以下因素：

（1）边墙采用复合墙结构时，由于受浇筑工艺限制，几乎没有防水板（卷材）能够与混凝土可靠地密贴。

（2）大平台顶板有条件实施防水层密贴工法，但防水卷材存在着较多弊端：如搭接处的工艺可靠性和耐久性问题，收口处理困难，特别是结构变化处保障质量非常难；另外若出现窜水问题，将会导致防水层失效等，因此设置底层材料时应选择高分子涂膜料，保证涂膜厚度，使防水层能真正起到首道防水作用。

防水层结构示意如图3所示。

图3 防水层结构示意

（3）对施工完成的结构主体采用喷淋检测技术，喷淋设备如图4所示。水压为设计水头高度的2倍，用以查找贯穿性微裂缝。对防水层采用无损检测技术，避免采用切割取样测量导致防水层质量受损，现场检测技术应符合《建筑防水工程现场检测技术规范》（JGJ∕T 299-2013）要求。该项目防水层的无损检查约200处，均未发现渗漏问题。

图4 喷淋设备

2.2 优化混凝土配合比

对大尺寸的混凝土采用60d强度评定等级设计混凝土配比。混凝土强度等级为C35，对部分承受动荷载的大尺寸板块的混凝土添加了钢纤维，钢纤维的添加量为《纤维混凝土应用技术规程》（JGJ∕T 221-2010）中规定的钢纤维混凝土的纤维体积率下限要求。

为降低混凝土胶凝材料的水化热影响，采用的水泥为保水性好、水化热低、干缩率较小的P·O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为F类Ⅱ级，用以减少水泥用量，减少施工过程产生的水化热。细骨料级配良好，粗骨料为连续级配的碎石，石子粒径为5～25mm，外加剂为WS-PC聚羧酸系高效减水剂，添加了钢纤维的防水混凝土的材料配量及参数如表1所示。钢纤维防水混凝土砂率为43%，水胶比为0.4，坍落度为160mm。

表1 防水混凝土的材料配量

钢纤维的弹性模量较大，抗拉强度高，在混凝土内部形成支撑体系并与混凝土形成胶结作用，提高了混凝土的黏聚性，能有效抑制混凝土裂缝开展的方向，并抑制裂缝开展的宽度和数量。

2.3 跳仓法施工技术

大尺寸混凝土采用跳仓法施工技术是将超长超大的混凝土块划分为若干个区块进行施工，该工程采用二级分区的方式，施工时按照计划划分为115个板块。板块间设置后浇带，能够较好释放初期收缩应力，在后期收缩应力较小时，再浇筑板块间的后浇带，将若干的区块形成整体，形成一级分区。

跳仓浇筑时采用相邻板块间隔施工，施工时间间隔大于7d，对不适合相邻板块施工的分区采用整体棋盘式品字形施工方法。良好的湿养护有利于降低收缩变形，混凝土终凝后，需喷养护液、铺上薄膜保湿。

跳仓分块施工完成后，需要滞后将近两个月的时间浇筑后浇带，用以释放70%～80%的收缩应力，减少结构合拢后的残余应力。后浇带浇筑时，选择气温较低的时段完成，以减少出现温度裂缝。后浇带需采用同标号混凝土浇筑，加强养护，并做好两侧的拉结筋设置，浇筑面凿毛和湿养护工作。

3 结束语

地下工程受环境、设计、材料、施工技术等因素的影响容易出现渗漏问题。案例工程通过优化防水构造设计方案和优化混凝土配合比，提高混凝土初期抗裂性能；采用跳仓法施工技术及设置后浇带，降低混凝土收缩变形，有效减少了变形缝出现渗漏问题。