２０１０年第１０期 （总第２００期） 黑龙江交通科技 ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．１０，２０１０ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２００） 浅谈地铁隧道混凝土裂缝产生的原因和防治 李双全 （中铁电气化局集团有限公司铁路工程分公司） 摘要：地铁是人类利用地下空间的一种有效形式。随着国民经济的发展，城市地铁建设也得到大力的发 展，因此，隧道工程也占了城市基础建设工程的很大的比例。地铁工程属大体积地下工程，技术复杂，投资巨 大，百年大计，混凝土除强度等级要满足结构要求外，还必须考虑混凝土结构的耐久性和可靠性，渗漏就是一 个重要的控制环节。现从地铁隧道的混凝土施工、混凝土裂缝产生原因及其防治等方面进行简单论述。 关键词：地铁隧道；混凝土；裂缝；原因；防治 中图分类号：Ｕ４４５．７ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１０）１０—０１７２一Ｏ１ １前言 由于混凝土的劣化，失去对钢筋的保护，导致钢筋锈蚀、结构 地铁隧道中有很大一部分位于地下，要想提高地铁隧道 失去承载力，因而，控制裂缝的发生和发展是保证结构安全 的耐久性，就应该要有效的控制混凝土裂缝的发生和发展， 运营的关键。混凝土裂缝产生的原因，其中一个方面就是化 隧道的混凝土渗漏是不可忽视的环节。提高混凝土耐久性 学作用。第一，地铁隧道首先考虑地下水的原因，地下水中 是一个系统工程，设计、选材、施工、养护、后期的维护缺一不 的硫酸盐对隧道混凝土有侵蚀作用，当地下水硫酸根离子含 可。混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混 量较高时，硫酸根离子会与水泥中的水化产物生成新的矿物 合而成的非均质脆性材料。由于混凝土施工、本身变形和约 质，如与水化铝酸钙生成水化硫酸钙，这就使得混凝土体积 束等一系列问题，使混凝土裂缝成了隧道工程中最常见的工 增大１．５倍，与氢氧化钙生成石膏，体积就会增大１．２１倍， 程病害。混凝土裂缝有表面裂缝、贯穿裂缝和深层裂缝。贯 两种盐的生成都会引起很大的内应力，其破坏特征是在表面 穿裂缝，无论对坝体的整体受力，还是防渗效果的影响比之 生成几条较粗大裂缝。硫酸根离子除对混凝土腐蚀外，还会 浅层表面裂缝的危害都大得多。表面裂缝也可能成为深层 渗透到钢筋表面，引起钢筋腐蚀。根据钝态金属活化理论， 裂缝的诱发因素，对坝体的抗风化能力和耐久性有一定影 硫酸根离子能穿透金属表面钝化膜，促使金属锈蚀。第二， 响。由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产 碳化反应，也称为中性化反应，即是指二氧化碳与水泥石表 生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能 面及内部毛细孔道内的水化硅酸钙及氢氧化钙起反应，引起 力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重的将威胁到人民的生 的收缩变形并导致混凝土碱度降低，呈中性化，从而使钝化 命、财产安全。 膜失钝，诱发钢筋锈蚀。第三，碱骨料反应，即是指水化水泥 ２混凝土常见的裂缝类型及产生原因 中的碱性物质与骨料中可反应化学成分之间发生化学反应。 ２．１ 混凝土裂缝的产生类型 一般来说有两类碱骨料反应。一类是碱一碳反应；另一类是 对于混凝土裂缝类型的严格定义可分为微观裂缝和宏 碱一硅反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨 观裂缝。微观裂缝是混凝土在硬结过程中形成的微观裂缝 胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂，碱骨料反应发生的前 与微孔，可分为砂浆裂缝、黏结裂缝和骨料裂缝。混凝土未 提是混凝土中碱含量超标、活性骨料以及水分的存在。第 受力之前，微观裂缝主要是前两种。混凝土受力后，微观裂 四，自生收缩是混凝土在硬化过程中水泥与水发生水化反 缝与微孔逐渐连通，形成宏观裂缝。从裂缝尺寸上讲，宽度 应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的，即收缩，如普 小于０．０５ ｍｍ的裂缝称为微观裂缝，大于０．０５ ｍｍ的裂缝 通硅酸盐水泥混凝土；也可以是负的，即膨胀，如矿渣水泥混 称为宏观裂缝。裂缝宽度小于０．１ ｔｏｎｉ时具有自愈、自封现 凝土、粉煤灰水泥混凝土。 象，当裂缝宽度在０．１～０．２ ｍｍ之间时混凝土结构虽无自 （２）物理作用的损害。 封现象，但却有自愈现象。故从防渗角度而言，控制宏观裂 另一方面，即是物理方面。第一，塑性收缩，混凝土硬化 缝的产生就成为地铁抗裂防渗的关键所在。宏观裂缝是在 前没有沉实或沉实不足或不均就会发生裂缝，这种裂缝发生 两类荷载作用下产生并扩展的。一类是由静荷载、动荷载与 在浇筑后１～３ ｈ，混凝土尚处于塑性阶段，几乎没有强度或 结构次应力组成的荷载，另一类是由温度、胀缩、不均匀沉降 强度很小，在重力的作用下，粗骨料等质量大的颗粒缓慢沉 等因素产生的荷载。这两种荷载引起裂缝机理的区别在于后 降密实，水、气泡等质量小的组分浮至混凝土面层，出现分层 者产生裂缝的起因是结构首先要求变形，当变形得不到满足 现象。第二，干缩，混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失， 才引起应力，而且应力尚与结构的刚度大小相关，只有当应力 使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和 超过一定数值才引起裂缝。引起渗漏的宏观裂缝主要集中在 模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强 顶板与侧墙，且顶板多于侧墙，底板开裂最少。温度高时浇筑 度时，就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多发生在混凝土表面， 的混凝土出现宏观裂缝的机率高于温度低时浇筑的混凝土， 走向没有规律。第三，温度裂缝，水泥水化过程中产生大量 冬季施工出现宏观裂缝的机率高于夏季。水泥用量过大时混 的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力。 凝土宏观裂缝出现较多。围护结构与主体没有分开的易产生 当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂 宏观裂缝。在同样施工环境下，对于区间隧道，矿山法施工段 缝。第四，沉陷裂，沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不 出现宏观裂缝较多，盾构和明挖段相对较少。 匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者 ２．２混凝土裂缝产生的原因 因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导 （１）化学作用的损害。 致沉陷而产生裂缝。 混凝土劣化的直观表现是结构出现裂缝、疏松、剥落等。 （下转第１７４页） 收稿日期：２０１０—０７—１９ ・１７２・ 总第２００期 ３．２工程施工中的质量控制 黑龙江交通科技 第１Ｏ期 ①项目经理部应对现场管理和成品保护做出详细的规 定，对施工顺序进行合理的安排，以免相互干扰，如果下一道 工序不可避免的会对上一道工序造成损伤或污染，要及时的 目经理部，成立工程质量管理小组，全权负责工程质量的检 对上道工序采取相应的保护措施，一旦成品受到损伤或污 查和验收工作。 染，要立即进行修补或清除。 ②经过分包的工程项目的质量则由各施工队的队长负 ②尽量避免在成品或半成品区域施工或进行原材料的 责，工程质量管理部门要定期对各班组的施工质量情况进行 装卸，以免出现撞伤或划伤。 检查，以确保各部分的工程质量能够达到工程的总体要求。 ③施工现场的原材料应避免露天存放，施工单位在开工 （２）加强对施工人员的质量教育，强化质量意识 前应该建立专门的仓库以存放原材料，如果条件不允许，则 在施工的准备阶段以及施工过程中，要定期对施工人员 进行质量教育，强化它们的质量意识，要求他们严格遵守工 程规范和技术要求。 （３）加强对与工程建设相关资料的管理 在施工过程中，一定要确保在工程建设中所使用的标 准、规章、设计图等文件为有效文件，并派专人按照工程质量 （１）在施工过程中要设立工程质量管理部门 ①为了确保工程质量，应实行项目经理责任制。建立项 要用篷布对其进行遮盖并垫高，避免因雨淋水淹而引起的锈 蚀和变质。 ④如果存在可能对成品或半成品造成损伤和污染的情 况，则应及时采取相应的保护措施对其进行保护，以免造成 不必要的损失。 ⑤对于已经浇筑成型的混凝土，要对其表面进行覆盖， 并设立警示牌，严禁行人通行。 ⑥提倡文明施工，严禁野蛮作业。一旦发现有野蛮作业 的情况，要及时予以制止，并且进行相应的经济处罚。 ４结语 ’ 管理的要求对这些技术文件进行妥善保管。对于无效或作 废的文件要加盖作废印章，并及时进行销毁。为了防止文件 丢失，存储于光盘等移动介质的文件均应备份，并做好标签 以便日后辨认。 （４）定期进行工程质量检验和抽验 严格执行互检、自检和工序交接检验，依据工程施工规 范和质量检验规章，按时按量的对每一道工序进行检验和抽 检，频率应符合项目要求。质检报告应如实反映工程的实际 总而言之，混凝土道路施工现场的管理与质量控制是非 常复杂的工作，是施工阶段的一项重要工作，必须事无巨细， 随时做好防备工作，方方面面均需有所准备，同心协力，才能 按时保质、保量地完成施工任务，在施工过程中应首先从材 施工状况，要做到精确、可靠、不返工、不修改。在接受监理 工程师和上级质检单位检查时，应出示原始资料。 ３．３其他控制 料开始控制，充分重视人为因素的影响，规范各个工序的操 作行为，并有针对性地对主要指标，确保施工质量达到设计 要求，以期实现最佳效益。 参考文献： （１）对施工人员进行成品保护教育，实行成品保护责任 制 ①项目经理部应成立施工现场领导小组，负责施工现场 的日常管理和成品保护工作。 ②定期对施工人员进行文明作业和成品保护教育，提高 其进行文明作业和自觉保护成品的意识。 ［１］ 曹永先．道路工程施工［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１０． ［２］ 周爱军．道路工程施工实用便携手册［Ｍ］．北京：机械工业出 版社。２００８． ［３］戴成元．市政工程施工质量检验速学手册［Ｍ］．北京：中国电 力出版社，２００９． ③定期对成品的安全性和完整性进行检查，如发现成品 出现损坏、污染，应及时采取相应措施进行补救，并追究责任 人的责任。 （２）进行科学的现场管理，减少成品损失 （上接第１７２页） ３混凝土裂缝防治 ［４］ 闰超军、丁明科、费秉胜．道路工程施工技术［Ｍ］．北京：水利 水电出版社，２００８． ［５］ 田卿艳．施工现场验收技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２０ｏ８． 混凝土产生裂缝。从结构设计方面，防水混凝土的结构设计 般都要进行裂缝开展的验算，设计过程中应尽量保持构件 一混凝土裂缝的产生大部分由材料、施工和结构设计三方 面原因，所以防治也应该从这三方面出发来制定裂缝控制措 截面均匀，避免截面突变出现尖角、棱角，以减小混凝土收缩 应力和荷载应力的集中。 ４结束语 施。从材料方面，应从水泥、砂石和外加剂和掺和料四个环 节对裂缝进行控制。在水泥的选材环节上，主要从水泥品种 的选择、水泥用量的确定以及水泥技术指标的要求等方面进 行控制。水泥应尽可能优先采用水化热低、大厂旋窑生产的 混凝土产生裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以有 效控制的，裂缝的控制与防治应从设计与施工两方面进行。 渗漏水是地铁隧道的质量通病，其治理是一项综合技术。在 隧道工程中，涉及到经济、技术、设计、管理、施工等诸多方 面，必须用科学系统的方法研究混凝土工程裂缝，综合管理、 科学组织、合理安排，以便有效的控制混凝土裂缝。 参考文献： 优质水泥，且不宜使用早强水泥。在满足混凝土的强度和抗 渗性条件下，尽量减少水泥用量是防止混凝土开裂的一条重 要措施。砂石宜采用中砂，用于防水的商品混凝土含泥量不 应大于３％。外加剂在外加剂中，对混凝土抗裂有重要影响 的有膨胀剂、减水剂和防裂复合型外加剂。在抗裂方面最为 常用的掺和料是粉煤灰，加人到混凝土中后，能起到润滑作 用，可显著地改善混凝土的和易性，同时在满足强度要求下 可代替部分水泥，以降低水化热，减小混凝土的温度应力，从 而增加地铁混凝土的抗裂性能。从施工方面，在施工中，施 工环境、参数控制、施工注意事项、拆模时间及养护都会影响 到地铁混凝土的抗裂性能。地铁主体结构防水混凝土施工 最好采用钢模板，钢模板散热快，失水少，振感灵敏而不易使 ・［１］ 赵国藩．钢筋混凝土结构的裂缝控制［Ｍ］．海洋出版社，１９９１． ［２］张声．混凝土裂缝的防治与处理技术［Ｊ］．山西建筑，２００５，３１ （５）． ［３］ 张伟．钢筋混凝土裂缝购控制［Ｊ］．山西建筑， Ｏｏ４，３０（１）． ［４］ 王铁梦．工程结构裂缝控制［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， １９９７． ［５］赵志缙，赵帆．高层建筑基础工程施工（第二版）［Ｍ］．北京： 中国建筑工业出版社，１９９４． 】７４・