应用抗裂技术的地铁叠合墙内衬抗裂性能研究

徐同磊

上海公路桥梁（集团）有限公司上海200433

摘要：本文以上海市轨道交通某地铁车站为依托工程，进行了地下车站叠合墙内衬抗裂性能现场试验，对地下车站叠合墙内衬裂缝控制施工技术进行了研究和试验，对比了普通混凝土、抗裂混凝土以及诱导缝+普通混凝土等几种措施的裂缝控制效果。研究结果表明：采用抗裂混凝土内衬墙裂缝数量明显小于普通混凝土以及诱导缝+普通混凝土内衬墙结构，裂缝数量总体减少了60-90%。

关键词：叠合墙；内衬；裂缝控制

引言

随着我国城市化的建设，轨道交通已经成为大型城市人员出行的主要方式，是城市的大动脉，对城市健康发展运行的作用越来越大。城市土地资源稀缺，为了节约土地，城市轨道交通车站多数建设于地下。其中地铁车站叠合式内衬墙结构将主体结构和围护结构有机联合为一整体，既增加了车站的整体稳定性，又增强了车站的整体抗浮性能，同时还有效降低了建造成本，在我国上海等南方地区广泛应用。叠合墙的核心理念是将内衬结构与围护结构合二为一、浇筑成为整体，降低材料用量。但是从结构抗裂性能的角度考虑，叠合墙具有不小缺陷。其一，材料用量减少导致主体接头内衬侧墙较薄严重削弱了抗渗能力；其二，内衬和围护墙之间新老混凝土界面形成天然施工界面，不仅不能完全抵抗地下水渗漏，反而在截面处形成薄弱的水力通道，致使水在内衬最薄弱处渗流；其三，内衬结构施工前外部围护结构已经固定，较薄的内衬结构已经混凝土凝结收缩而失去部分外部约束力，导致内衬墙体多数产生规律性的竖向裂缝。当前解决这些开裂问题的手段非常少，其中采用改善混凝土材料的抗裂材料是其中之一。本文以上海某轨道交通车站主体内衬结构施工为依托工程，对地铁车站叠合式内衬结构抗裂性能进行了现场试验及研究分析，为相关工程积累宝贵经验。

1现场试验设计

1.1依托工程概况

上海某地铁车站为地下二层岛式单柱双跨带配线车站，车站规模590.68m×20.14m（内净），车站标准段基坑深度约16.70m，端头井开挖深度18.5m。车站结构形式为叠合墙结构，地下连续墙厚度800mm，结构内衬墙厚度400mm（其中端头井内衬墙厚度600mm），侧墙混凝土采用C35P8耐久性混凝土。车站主体结构施工分多个区域，现场试验在1-b区实施。混凝土侧墙采用组合钢模板。

1.2试验工程材料

混凝土材料抗裂性不佳是其天然缺陷之一，这是主体结构混凝土内衬开裂的根本原因。为此，现场试验中采取了两种改善开裂的施工措施：一是改善混凝土材料的抗裂性能，除了常规混凝土材料外，增加了抗裂混凝土材料，见表1；二是在内衬浇筑之前预先埋设抵抗裂缝的人工诱导缝施工措施。

表1混凝土配合比

采用诱导缝措施是人为的将要发生裂缝的部位预先埋设好诱导缝专用部件，使其人为的将此截面的混凝土减少，以将裂缝引导到此部位，以防止其它部位混凝土发生裂缝，将裂缝控制在预先设定的位置，并形成有规则的裂缝，通过采取有效的防渗措施，保证诱导缝位置不产生渗漏。采用诱导缝的内衬墙，根据理论的计算，每隔5m竖向设置一道诱导缝，诱导缝的设置由2个A建材和1个BL建材（详见图1、2），通过A建材将裂缝集中产生在此位置，在A建材与BL建材表面均粘贴一种与混凝土紧密黏贴的反应性丁基橡胶，产生裂缝后，通过丁基橡胶与混凝土的紧密粘土，保证此处不产生渗漏。

1.3现场试验设计

为验证增强施工措施后的内衬结构抗裂效果，在依托工程进行了三组现场试验，见下表：

表2现场试验各组施工措施方法

现场试验组名称所采用的施工措施

图8东端头井内衬墙温度历程

根据上图7、8的实时监测温度历程曲线显示混凝土入模之后，混凝土温度先急速升高，然后急速降低，之后持续平缓下降，最终温度逐步趋于环境温度，但是混凝土温度一直保持在环境温度之上。同时从图上可以看出环境温度波动起伏较大，但是混凝土温度变化幅度较小；并且还可以看出混凝土内衬墙最内侧（贴地墙侧）温度最高，沿着墙厚越趋于外侧温度越低。

从图7和图8综合分析，总体上图中显示同一施工段不同位置温度历程相同，混凝土里表温差很小。

由于冬季施工，内衬墙厚度较小，合理采用组合钢模板等因素共同作用下，温升与温降率均较小，冬季施工不容易产生裂缝。

2.2内衬结构裂缝情况统计分析探讨

因现场施工组织问题，只采集了负二层内衬墙裂缝的数据，内衬墙裂缝产生的统计结果详见下表3：

表31-b区负二层裂缝统计表

根据图9、图10的裂缝统计结果显示，结果表明：混凝土内衬浇筑完成半年之后，抗裂混凝土内衬裂缝数量为0.24条/10延米，而普通混凝土内衬裂缝数量为1.68条/10延米，诱导分内衬裂缝数量为1.60条/10延米。抗裂混凝土内衬的裂缝比普通混凝土内衬和诱导缝内衬少很多，尤其体现在后期。

根据图10显示，抗裂混凝土内衬、普通混凝土内衬和诱导缝内衬在混凝土浇筑完成初期（20-40天之内）几乎不产生裂缝，但是随着时间的推移内衬裂缝不断增加，尤其是普通混凝土和诱导缝混凝土。

总体上显示设置诱导缝对混凝土内衬抗裂效果并不理想。采用抗裂混凝土的内衬后期抗裂效果非常理想。可见内衬裂缝数量发展的主要因素为混凝土自身的抗裂性能，通过诱导缝等外力降低内衬渗漏型裂缝需要充分结合抗裂混凝土自身材料性能。

综上分析，通过上海某车站1-b区内衬墙结构的实施试验，对比普通混凝土、抗裂混凝土以及诱导缝+普通混凝土等几种措施的裂缝控制效果，结果显示：采用抗裂混凝土的内衬墙结构在混凝土浇筑完成较长的一段时间内每延米产生的裂缝数量约为0.02条，明显小于普通混凝土和诱导缝的每延米0.1-0.23条，裂缝数量总体减少了60-90%以上

3结论

1）地铁内衬墙混凝土入模之后，混凝土温度先急速升高，然后急速降低，之后持续平缓下降，最终温度逐步趋于环境温度，但是混凝土温度一直保持在环境温度之上。同一施工段不同位置温度历程相同，混凝土里表温差很小。

2）在内衬墙施工完成后初期，无论是采用普通混凝土，抗裂混凝土还是采用诱导缝措施，内衬墙裂缝均较少。但是混凝土浇筑完成后2个月之后，裂缝逐渐发展，抗裂混凝土内衬的抗裂性能明显发挥出来，相比普通混凝土和诱导缝，采用抗裂混凝土的内衬墙裂缝数量总体减少了60-90%以上。

3）通过上海某车站1-b区内衬墙结构的实施试验，对比普通混凝土、抗裂混凝土以及诱导缝+普通混凝土等几种措施的裂缝控制效果，在混凝土中添加抗裂剂可以有效减少内衬墙裂缝的产生，从而减少后期内衬墙节后堵漏、修补的维护费用。经过该工程的试验分析，改善混凝土内衬抗裂最佳方式为改善混凝土原材料的材料抗裂性能。如选用诱导缝等外在措施降低渗漏型裂缝措施，最好结合内衬混凝土自身材料性能进行诱导缝设计及布置方式。今后可着重在混凝土材料性能以及外部措施设计两方面来进行混凝土内衬裂缝控制研究。

参考文献

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