地铁车站侧墙中裂缝机理分析和控制

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1、地铁车站侧墙中裂缝机理分析和控制摘　要:总结了地铁车站侧墙中裂缝发生的情况,并分析了裂缝发生的机理和影响裂缝开展的原因,提出了控制地铁车站侧墙中裂缝的方法。关键词:地铁车站,裂缝,干缩变形,温缩变形,温度应力引言地铁车站是大型地下混凝土框架结构,为满足使用性与耐久性的要求,对车站结构的防水性应有较高要求。在工程中一般认为,裂缝是造成渗漏的主要原因,也就是说控制裂缝发展是防漏的关键。经过对地铁车站观测统计发现,地铁车站结构中侧墙的中下部以及施工缝处是产生裂缝的主要部位;侧墙中裂缝的走向大部分是竖直的,有少量的环向裂缝,以及极少横向裂缝。在混凝土结构

2、中,影响混凝土裂缝开展的因素很多,把其分为外荷载和变形荷载两大类。外荷载是指静荷载、动荷载和其他外界荷载,变形荷载是指温度收缩、干缩变形和不均匀沉降等;其中变形荷载是引起裂缝的主要原因。地铁车站的侧墙是混凝土薄壁结构,裂缝产生的主要原因是干缩变形和温度收缩变形。混凝土的干缩变形主要是指由于混凝土因水分散失而引起的体积缩小。温度收缩变形主要是由于在混凝土硬化过程中,混凝土中的水泥释放出大量的水化热,同时又在热量的不断散失过程中,结构内部产生的温度变化引起的胀缩变形。侧墙中的裂缝根据其发生的情况不同可分为两类:表面裂缝和贯穿裂缝。下面就这两类裂缝的产

3、生机理和原因进行了分析[1]。1　表面裂缝1.1　表面裂缝机理及原因分析在混凝土薄壁结构中表面裂缝产生的主要原因是干缩变形和结构内部温度非线性分布,导致结构本身的相互约束产生的应力引起的,即内约束作用。1)干缩变形对混凝土薄壁结构来说,由于混凝土结构的体表面积较小,所以与空气接触的外表面水分散失较快,由其引起的干缩变形也大。而该结构中水分散失由表及里逐渐减小,成非线性发展。这种非线性发展,使内外变形不一致,因而表面的干缩变形受到内部干缩变形的约束。2)温度收缩变形混凝土浇筑后,胶凝材料在水化凝结过程中要散发大量的水化热,内部温度急剧上升。一般浇筑

4、后1ｄ就能达到温峰。而后随着混凝土的凝结,水化热不断散失,温度逐渐降低到与环境温度相当。当浇筑温度控制在30℃时,在混凝土薄壁结构中,由于水化热作用结构中温度可上升到50℃～60℃。而结构的外表面散热快,因而薄壁结构中的温度梯度相当大。因为升温阶段短暂,而且此时混凝土的弹性模量很小,徐变较大,升温引起的压应力并不大,不会引起裂缝的产生,所以不加考虑。当温度逐渐降低时,随着混凝土的硬化,弹性模量逐渐变大,徐变减小。混凝土结构冷却时,表面温度较低,内部温度较高,表面的温度收缩变形受到内部的约束,从而表面出现拉应力,在内部出现压应力[2]。1.2　应力

5、分析在干缩和温缩的共同作用下,混凝土薄壁结构的外表面受到拉应力的作用,而内部则出现压应力,为此在应力分析时采用以下假设。假设干缩的应力换算成温度应力。对于内约束温度应力可设想为在混凝土内深处有个“约束面”约束着表层混凝土的收缩变形。“约束面”的约束度(Ｒ)为1.0,ｌ很大,ｈ很小,ｌ/ｈ比值更大,以至于表面的Ｒ可趋近于1.0。混凝土表面温度下降,“约束面”温度不变(仍为Ｔ),于是产生表里温差(ΔＴ△=Ｔ-Ｔο)。对于混凝土约束温度应力σ(ｔ),大多3　裂缝的影响因素和控制方法3.1　水化热水泥水化放出的热量聚集在结构的内部不能及时散失而引起温升,

6、由其引起的不均匀膨胀与收缩在受到约束时,就会导致混凝土开裂。水泥的水化热与混凝土单位体积中水泥用量、水泥品种有关,并随混凝土的龄期按指数关系增长。特别是在防止贯穿裂缝发展时,有效地降低水泥水化热是控制内部温差的主要手段之一。一般可通过采取如下措施来降低混凝土中水泥的水化热:1)选用低热水泥,如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。若只能采用普通硅酸盐水泥,最好不用早强水泥。2)在允许范围内尽量减小混凝土的水灰比。3)掺加适量减水剂,可减少用水量,这样在确保混凝土设计标号的条件下(即水灰比不变),水泥用量也相应减少了。4)必要时在混凝土内部埋置冷却水管

7、,进行通水冷却,可降低内部温度6℃～10℃。3.2　浇筑温度和外界气温ＧＢ5020492混凝土结构工程措施及验收规范的有关规定主要有两条:1)浇筑温度不宜超过28℃;2)大体积混凝土表面和内部温差控制在设计要求的范围内。目前建筑工程中的内外温差允许值的研究成果不多,加之混凝土表面裂缝的原因也很复杂,因此规范规定了一个“允许稍有选择”的标准,即不宜超过25℃。大量的工程实践也表明,当混凝土内外温差不超过25℃时,一般来说,混凝土体内的温度应力不会导致混凝土产生裂缝[5]。1)控制混凝土的浇筑温度。浇筑温度Ｔｊ是由混凝土的机口温度再加上运输浇筑过程中

8、的温度回升(或降低)而定的。拌和前每ｍ3混凝土中原材料的总热量∑CiWｉTｉ(ｃi为比热,Ｔi为温度,Ｗi为质量),再加上拌和时产生的机