盖挖逆作法结构裂缝控制探究

梅文斌

上海隧道工程有限公司 

摘 要：地下结构裂缝及渗漏水控制一直是建筑行业的重难点，文章通过福州市城市轨道交通4号线省立医院站工程，探究盖挖逆作法车站结构裂缝控制技术要点，重点介绍盖挖逆作法地下结构重点部位防水控制措施，并对侧墙结构裂缝控制进行探究，通过对首段侧墙结构裂缝情况进行统计、原因分析、第二段侧墙测温试验验证、后续侧墙针对性改进措施实施、前后结构裂缝情况对比，总结出盖挖逆作法结构裂缝控制措施及技术要点，可为类似工程提供宝贵经验，并具有扩大应用范围的社会价值。

关键词：盖挖逆作法；结构裂缝控制

0 引言

随着城市建设的不断提高，城市中心化的加剧，布设于城中心段主干路下方的地铁车站在建设中面对着越来越严峻的交通压力大，拆迁困难，施工场地极其狭小或需要分期进行施工的工况，也使得盖挖逆作法在地铁车站的建设中得到了更广泛的应用。而在盖挖逆作工法中，结构裂缝控制成为重中之重，相较于明挖顺作法结构，由于侧墙后做，上部水平施工缝很难达到绝对密实，该处结构裂缝为重难点，且随着地下结构越来越深，地下水压随之增大，对侧墙结构的裂缝控制要求越来越高。文章将借助福州地铁4号线省立医院站盖挖逆作法主体结构施工情况对类似工况下裂缝控制施工技术进行探究。

1 工程应用

1.1 工程概况

福州市城市轨道交通4号线一期工程省立医院站为地下2层岛式车站，车站总长195.8m，标准段宽19.9m，端头井基坑深度22.1m，标准段基坑深度19.4m。车站主体采用地下连续墙作为围护，盖挖逆作施工。因场地条件限制，车站围护及主体结构由东西向纵缝分割为2期进行分期施工。

省立医院站竖向及水平地质差异较大，主要的土层包括：杂填土、填块石、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、粉质粘土(Q3al）、（含泥）粗中砂、(含泥)粗砂、(含泥)卵石、残积砂质黏性土、强风化花岗岩（碎块状）（γ53）、强风化正长斑岩（砂土状）、全风化花岗岩、中风化花岗岩（γ53）、中风化正长斑岩（επ53）。车站西段约三分之一的地下二层结构位于7-1强风化花岗岩及8-1中风化花岗岩范围内，车站底板西段三分之一位置位于8-1中风化花岗岩层，但车站剩余范围的结构及底板又处于3-4-2淤泥质土层中。

车站基坑开挖范围内存在丰富的地下水，主要为上层滞水、松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，其中松散岩类孔隙水及基岩裂隙水具有承压性，承压水水位埋深约5m~8m。

图1 车站地质剖面示意图

车站结构为地下两层单柱双跨（局部双柱三跨）钢筋混凝土框架结构，围护墙与内衬墙组成复合墙结构体系。围护结构采用1000mm厚地下连续墙，工字钢接头。车站顶板、中板、底板厚度分别为900mm，450mm和1100mm，侧墙标准段厚度为800mm，端头井厚度为900mm。结构混凝土强度等级为C35，其中顶板、负一层侧墙防水等级为P8，底板、负二层侧墙防水等级为P10。

图2 车站结构示意图

由于市中心交通压力大，顶板分两期进行施工，车站结构主要的施工工序为：一期围场→一期围护结构及半幅逆作顶板施工→二期交通导改→二期围护结构及剩余逆作顶板施工→基坑开挖及中板施工→底板施工→负二层侧墙施工→负一层侧墙施工。

1.2 结构防水概述

结构防水遵循"以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理"的原则。确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为根本，采取措施控制结构混凝土裂缝的开展，提高混凝土的抗渗性能；以施工缝等细部构造的防水为重点，同时在结构迎水面设置柔性全包防水层。

结构底板、侧墙采用1.5mm厚预铺式高分子自粘胶膜防水卷材（非沥青基），顶板采用2.5mm厚单分子聚氨酯防水涂料。在结构的阴角和阳角处加铺一层预铺防水卷材加强层。

横向垂直、纵向水平施工缝预埋钢板止水带，且兜绕成封闭环。所有施工缝应凿毛并清除表面杂物，涂刷水泥基渗透结晶防水涂料，用量为1.5kg/m2。底板、侧墙施工缝迎水面加一层预铺防水加强层，顶板施工缝迎水面加一层涂料防水加强层（同顶板防水涂料）。

逆作法车站由于侧墙后做，致使顶板与负一层侧墙间施工缝及负一层板与负二层侧墙间施工缝成为防水工程较为薄弱的一个环节。同时，外包防水在侧墙与顶板、负一层板、负二层板结合处均存在缺失部位，成为本工程防水另外一个较为薄弱的环节。另外，频繁的交叉作业及逆作法施工特点导致防水成品保护工作难度增大。本车站分两期施工，车站分期施工纵缝及各分段施工缝成为本工程防水另一个较薄弱的位置。

1.3 侧墙水平施工缝防水

逆作法车站侧墙上方水平施工缝渗漏水是个重难点，主要由于该处混凝土浇筑密实性难以保证。对此，本工程通过以下几点进行改进，已增加该水平施工防水性能。

1）侧墙上方水平施工缝采用斜口形式，增加渗流通道，也便于后续侧墙混凝土浇筑密实。

图3 侧墙上部水平施工缝防水示意图

2）由于止水钢板的存在，会导致止水钢板与地墙之间侧墙混凝土浇筑不密实，在本工程中取消中埋式止水钢板，采用两条遇水膨胀止水条。为了确保止水条的效果，在顶板及中板施工期间，与侧墙连接的底模在遇水膨胀止水条位置放置橡胶条，便于在后续形成凹槽用于放置止水条。

3）施工缝中间预埋注浆管，在侧墙养护后进行压密注浆，填充因混凝土收缩形成的空隙。

4）负一层侧墙上部模板设置斜坡口，喇叭上口到施工缝向上150-200mm处；混凝土浇筑到喇叭上口，施工缝向上200mm处，拆模后，剔除喇叭口混凝土,并用等强度砂浆抹平表面。中板可预留浇捣孔位置优先采用浇捣孔进行浇捣。

图4 侧墙上部模板示意图

1.4 顶板水平纵缝防水

由于场地受限，车站顶板分两期进行施工，致使顶板上方存在一条贯穿纵缝。前后顶板连接采用企口形式，施工缝中部设置钢板止水带+遇水膨胀止水条的止水措施。由于两期顶板施工间隔达7个月之久，在二期顶板开挖期间，施工缝周边500mm范围内采用人工清理渣土，防止钢板止水带破损。

图5 顶板纵向施工缝防水示意图

1.5 诱导缝防水

本工程根据设计要求，未设置变形缝，在端头井附近设置诱导缝，诱导缝2/3钢筋断开，1/3钢筋连通，但连通的钢筋外设置套管，便于该处钢筋自由伸缩。

诱导缝内设置中埋式钢边橡胶止水带，并兜绕成环。中楼板诱导缝中间设置遇水膨胀橡胶止水条，面层局部设置嵌缝槽嵌填低模量聚氨酯密封胶。中埋式止水带需固定于专门的钢筋夹上，水平安装时应成盆形，结扎在固定用钢筋框上，防止止水带下面存有气泡、造成渗水通道。侧墙和底板诱导缝迎水面设置外贴式橡胶止水带。外贴式橡胶止水带用粘接剂和水泥钉固定于围护结构表面。

嵌缝槽的成槽方式：在浇筑混凝土时，在设计位置预埋呈退拔状的金属条或硬木条，并在表面涂抹脱模剂，宜在混凝土初凝时剔出预埋条形成嵌缝槽。注意不得使用一般木条，以免发胀无法剔出。嵌缝施工宜在混凝土达到设计强度后进行。

1.6 侧墙裂缝控制

地下结构裂缝控制一直是个重难点，其中侧墙也是较易渗漏的区域，因此除了做好施工缝防水外，侧墙结构裂缝控制尤为关键。

1.6.1 首段侧墙裂缝情况

本工程负二层首段侧墙位于标准段，改段侧墙长26m，分南北两侧。在底板完成后30天完成浇筑，拆模后对侧墙裂缝进行观察，发现存在较多的竖向裂缝，并请专业单位对裂缝进行检测，经观察侧墙结构裂缝主要特点如下：

1）裂缝均为竖向裂缝或者斜裂缝，共发现49条裂缝，其中裂缝长度小于1m的短裂缝21条，裂缝较长的有28条，最长裂缝达3.2m。

2）采用专业仪器对裂缝宽度进行检测，并由专业单位对裂缝深度进行推算，裂缝最大宽度约0.12mm~0.28mm之间，裂缝推算深度约14mm~42mm之间。

3）裂缝渗水共5处，均为湿渍，占总裂缝数量10.2%。

由以上特点分析裂缝主要为混凝土收缩裂缝，大部分为表面裂缝，由于存在渗水，仍有少量贯穿裂缝。

1.6.2 裂缝原因分析

为改善侧墙结构裂缝，邀请相关专家，并组织设计院、混凝土泵站及施工单位等各方进行分析讨论，根据首段侧墙裂缝情况，并结合施工养护的整个过程，初步分析裂缝产生原因主要有以下几点：

1）福州天气炎热，气温较高，混凝土搅拌、运输、浇筑过程均受气温影响，致使混凝土入模问题较高；

2）经各方对混凝土配合比进行分析，发现该混凝土配比产生的水化热较大；

3）侧墙拆模时间需要根据侧墙温度变化情况进行调整，有可能侧墙拆模时机不对，拆模过早，混凝土外部温度急速下降，导致内外温差过大易产生裂缝；

4）在福州炎热天气下，侧墙采用洒水养护很难保证侧墙时刻保持湿润。

1.6.3 混凝土测温试验

为了验证混凝土配合比水化热，并更好的确定拆模时间及采取针对性的养护措施，对第二段侧墙混凝土内部温度变化进行监测。

监测结果显示，混凝土入模温度在38℃~41℃之间，混凝土浇筑后，温度随之上升，在36小时达到温度最高点，内部温度最高达65℃~70℃。随后温度开始缓慢下降，下降速率约6℃/天，混凝土浇筑7天后可降至40℃以下。

1.6.4 改进措施

经测温试验，进一步验证混凝土水化热较大，且侧墙模板拆除时机不对，首段侧墙拆模时间为浇筑后2.5天，该时刻模板拆除后，内外温差达20℃。

通过测温试验及裂缝原因分析，制定针对性措施如下：

1）调整混凝土配合比，在确保混凝土强度、抗裂、抗渗等强度不变的情况下，通过添加剂的使用减小水泥用量，进而减小水化热；

2）混凝土拌和采用冷水，水温不超过10℃；

3）混凝土浇筑选择夜间气温较低的时段进行；

4）控制混凝土拆模时间，在浇筑7天后进行拆模；

1.6.5 水能量养护膜的应用

常规侧墙混凝土养护采用洒水养护，由于侧墙养护需要14天，养护周期长，人工消耗大，且由于福州天气炎热，水分蒸发快，很难保证侧墙每个区域时刻保持湿润，另外洒水过程中地面会形成给水需要清理。

另外一种养护方式是采用养护剂，即在模板拆除后，在混凝土表面喷洒养护剂，形成保护膜，减少水分蒸发，该工艺节约水和人工，但养护剂除了成本较高，在混凝土表面形成的养护剂存在色差，在混凝土养护完成后需进行打磨。

本工程在综合考虑成本，环境等因素的情况下，采用水能量养护膜进行养护，即在拆模后，先进行洒水，保证混凝土表面湿透，洒水后立即采用水能量养护膜进行覆盖保湿。

水能量养护膜是一种混凝土节水保湿养护膜，该养护膜是以新型可控高分子吸水材料为核心,以塑料薄膜为载体,通过设备加工复合而成的卷材产品。其中高分子材料可吸收自重200倍的水分,吸水膨胀后变成透明的晶体状,把液态水变成固态水,每平方米养护膜可蓄水0.5KG,成为一个固态的微型水库,然后通过毛细管的作用向混凝土养护面渗透,同时不断吸收混凝土在水化热过程中产生的蒸发水,因此在一个养护期内总能保持混凝土表面湿润。水能量养护膜具有以下特点：

1）水能量养护膜洒水湿润后铺盖，后续无需再洒水，能够很大程度解决用水量，并减少养护劳动力；

2）水能量养护膜具有恒久保湿特性，养护期间，每平方米最少可固定0.8kg水分，膜内相对湿度达80%以上；

3）水能量养护膜还具有保温效果，养护期间膜内温度比外界高4~15℃；

4）水能量养护膜相较于养护剂，养护完成后无需进行打磨，拆除养护膜即可。

1.6.5 效果对比分析

通过对混凝土配比、浇筑及养护工艺调整，混凝土裂缝有明显减少，经统计，后续侧墙每平方裂缝减少50%，渗水裂缝减少70%。

2 结语

通过对省立医院站主体结构重点部位防水施工分析，总结盖挖逆作法车站结构防水难点有以下几点：1、侧墙上部水平施工缝混凝土密实性；2、逆作顶板水平纵缝防水保护；3、侧墙竖向裂缝，并在文中结合实际施工给出了具体的防水设计及施工技术。文中通过侧墙裂缝控制探究及改进措施的应用，突出混凝土测温试验的必要性及水能量养护膜的优势，测温试验为后续改进措施提供依据，通过一系列改进措施的实施，减少侧墙混凝土裂缝产生，提高结构质量，减小后续质量缺陷修复成本。

随着城市地铁建设日益增多，地铁车站由于场地及周边环境原因采用盖挖逆作法施工工艺也将逐渐增多，省立医院站地质条件及结构形式具有一定的普遍性，希望文章中的结构裂缝控制措施总结能够为类似地下结构施工提供技术借鉴。

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