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　　大體積混凝土，特別是大型地下混凝土結構，對抗裂性能都有很高的要求。以地鐵車站為例，為滿足其地下混凝土結構耐久性和使用性要求，結構設計上具有很高的防水要求。然而，地鐵工程滲漏水在當下內地工程中較常見，尤其在南方多雨以及地下水位較高的地區，情況較為突出。裂縫是造成滲水的主要原因，控制裂縫是預防滲水的關鍵。本文以江西省某地鐵站為研究背景，從工藝和材料兩方面進行研究，以求找到對混凝土結構裂縫的控制，相關結果可以作為后期工程的重要參考依據。
　　一、 工程概況
　　1.1 車站結構形式
　　工程為江西省地鐵某線的一個標準站。整個工程采用明挖順作法施工，車站長度為163.2m，標準段主體結構寬度為21.3m，端頭井處主體結構寬度為25m，有效站臺中心里程處底板埋深13.11m，端頭井處底板埋深15.64m。車站為地下兩層三跨箱型框架結構，圍護結構與車站主體結構采用復合式結構。
車站按設防烈度6度考慮，三級抗震構造設計。地下側墻厚度均為800mm，負一層設600mm厚內襯，負二層設700mm厚內襯。車站地下結構抗滲等級：主體結構P8（埋深<20m），P10（埋深≥20m，且≤30m）。
　　1.2 工程材料
　　地鐵車站頂板、頂梁、底板、側墻和暗柱、壁柱等臨水構件均采用C35P8防水混凝土，中板、中梁、內墻、中隔墻、樓梯、站臺板采用C35混凝土，內部結構柱子采用C45混凝土，后澆頂板采用C35P8微膨脹混凝土，澆筑中板孔采用C35微膨脹混凝土，底板下墊層采用C20早強混凝土。
　　二、 地鐵車站混凝土裂縫產生原因及控制措施
　　2.1 裂縫產生的原因
　　影響地鐵車站混凝土開裂的因素很多，是十分復雜的系統性問題。由于地鐵車站結構混凝土截面比較厚，屬于大體積混凝土。混凝土結構出現裂縫，并不是因為其強度不夠，而是因為混凝土體積比較大，在水泥水化過程中水化熱產生的溫度應力與大體積混凝土收縮產生的收縮應力的綜合作用。
地鐵車站裂縫一般分為表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土內外溫差形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土抗拉強度便會產生表面裂縫。貫通裂縫是當混凝土強度發展到一定程度時，混凝土溫度降低引起的收縮以及混凝土的干燥收縮，在受到地基和其他結構邊界條件的約束時引起的拉應力，當拉應力超過混凝土抗拉強度時產生的貫通整個截面的裂縫。表面裂縫和貫通裂縫都屬于有害裂縫，但造成滲漏水的主要是貫通裂縫。
　　2.2 裂縫的控制措施
　　根據裂縫成因，主要應從以下4個方面控制裂縫。
　　（1）選用低水化熱水泥
　　水泥的水化熱和放熱速率與C3A和C3S的含量直接相關，C3A水化最快，放熱量也最大，所以應盡量控制C3A的含量，延遲放熱峰，以便在溫度應力峰值時混凝土有足夠的強度抵抗開裂。同時，應控制水泥的比表面積，在不影響水泥的3d和28d強度情況下，盡量選擇顆粒較粗的水泥。
　　（2）選擇合適的活性混合材和礦物摻和料
　　在水泥生產中摻加活性混合材和/或在混凝土制備中摻加摻和料，能降低水泥熟料用量，減小大體積混凝土的水化熱峰值。可選的活性混合材/摻和料有粉煤灰和礦渣粉等，石灰石粉也是較常用的混合材和摻和料。
　　（3）使用合適的外加劑和增強材料
　　通過在混凝土中摻加合適的外加劑、增強材料等措施也能提高混凝土的抗裂性能。合適的外加劑包括高性能減水劑、膨脹劑（CSA）和減縮劑（SRA）等，而增強材料一般為各種纖維。由于摻加聚羧酸系減水劑能不增加混凝土的收縮甚至減小混凝土的收縮，所以聚羧酸系減水劑對減少混凝土的收縮開裂危害有一定好處。膨脹劑具有補償收縮、抑制混凝土早期收縮開裂的功能，摻入適量膨脹劑不僅可以減少混凝土開裂，還可以通過增強密實性而提高混凝土的抗滲性。減縮劑則不同于膨脹劑，它不是被動的補償混凝土收縮，而是從根本上減小混凝土的收縮，因此對混凝土的收縮開裂具有很好的抑制效果。
　　纖維（常用的有聚丙烯纖維、碳纖維和鋼纖維等）能抑制混凝土的塑性收縮開裂，而高模量纖維（碳纖維和鋼纖維等）還能顯著提高混凝土的抗折強度、抗沖擊性能和彎曲抗疲勞性能等。
　　（4）采取各種工藝措施
　　一是降低混凝土內部的絕對溫升，主要措施有前期冷卻（即通過預冷原材料來降低混凝土入模溫度）和后期冷卻（在混凝土結構體內設置冷卻水管）；二是增加混凝土結構抵抗裂縫的能力，如設置抗裂鋼筋網片等。當然，在混凝土澆筑步序上也可采取后澆帶法、跳倉法等工藝措施。
　　三、 地鐵車站混凝土裂縫控制試驗
　　根據經驗，車站混凝土結構分段越長，則越容易導致結構底板、頂板橫向裂縫及現澆墻垂直裂縫，因此車站的分段長度應盡量縮短。本車站在基坑開挖完成后，將主體結構墻體分為9段施工，每段長度控制在16m左右。負二層主要從工藝措施方面減少混凝土裂縫，而負一層則對比了不同外加劑及增強材料對混凝土裂縫的控制效果。
　　3.1 工藝措施應用效果試驗
　　在車站負二層側墻主要對比了降低混凝土入模溫度、設置冷卻水管和設置抗裂鋼筋網片3種工藝措施對混凝土裂縫的控制效果，具體分段設置如下：
　　（1）第1-4段：采用降低混凝土入模溫度的措施進行施工。同時，設置自動測溫系統，跟蹤混凝土里表溫度變化規律。
　　（2）第5-7段：采用降低混凝土入模溫度的措施進行施工，并且在混凝土結構體內部設置冷卻水管，通過水管內的循環冷卻水降低混凝土內部水化溫升。同時，設置自動測溫系統，跟蹤混凝土里表溫度變化規律。
　　（3）第8-9段：采用降低混凝土入模溫度的措施進行施工，并且在混凝土結構體內部設置抗裂鋼筋網片。抗裂鋼筋網片為鋼筋間距50mm、直徑3mm的鋼筋網，以抵抗混凝土的收縮和溫度變化在現澆混凝土內引起的約束應力。
　　3.2 材料措施應用效果試驗
　　材料措施是控制混凝土裂縫的基礎措施，從源頭控制是治本之法。在本工程中，除選用低水化熱的水泥、摻加粉煤灰和礦渣粉等礦物摻和料、摻聚羧酸系高性能減水劑外，還采用了聚丙烯纖維、膨脹劑和減縮劑等3種材料進行裂縫控制。
　　車站負一層側墻分別采用了普通混凝土（摻加聚羧酸系減水劑）以及聚丙烯纖維、膨脹劑、減縮劑單摻和兩兩復摻配制的混凝土進行澆筑，對比不同材料對混凝土裂縫的控制效果。具體分段設置如下：
　　（1）第1-5段：混凝土為普通混凝土，采用降低混凝土入模溫度的措施施工。
　　（2）第6段：混凝土為摻聚丙烯纖維配制的混凝土，采用降低混凝土入模溫度的措施施工。
　　（3）第7段：混凝土為摻膨脹劑配制的混凝土，采用降低混凝土入模溫度的措施施工。
　　（4）第8段：混凝土為摻減縮劑配制的混凝土，采用降低混凝土入模溫度的措施施工。
　　（5）第9段：混凝土為聚丙烯纖維、膨脹劑和減縮劑兩兩復摻配制的混凝土，采用降低混凝土入模溫度的措施施工。
　　為了檢驗聚丙烯纖維、膨脹劑和減縮劑這3種材料是否對混凝土強度造成不利影響，通過試驗室試驗得到了不同配合比情況下混凝土的強度，試驗結果見表1。



　　根據混凝土抗壓強度測試結果可知，所有配合比的混凝土的抗壓強度均滿足C35混凝土強度等級要求，除聚丙烯纖維與膨脹劑雙摻混凝土、膨脹劑與減縮劑雙摻混凝土的28d抗壓強度略低于普通混凝土外，其余配合比的混凝土28d抗壓強度均高于普通混凝土，說明聚丙烯纖維、膨脹劑和減縮劑的摻入不會對混凝土強度造成不利影響。
　　四、 地鐵車站側墻裂縫情況統計
　　混凝土澆筑后即按照正常程序養護，拆模后統計每一段側墻裂縫分布情況（第1段側墻由于位于基坑端頭井處不便觀察，因而沒有統計其裂縫）。之后每隔一周時間測量各段側墻的裂縫數量、裂縫長度、裂縫寬度及裂縫深度，直至裂縫數量、長度、寬度及深度基本穩定為止。調查發現所有裂縫均是呈垂直或接近垂直方向，每段側墻裂縫數量一般在5條以內，裂縫寬度一般在0.2mm以內，裂縫長度一般在3m以內，裂縫深度一般在100mm以內，均為表面裂縫。
　　4.1 負二層側墻裂縫統計
　　負二層主要從工藝措施方面減少混凝土裂縫，對比了降低混凝土入模溫度、設置冷卻水管和設置抗裂鋼筋網片3種工藝措施對混凝土裂縫的控制效果。各段裂縫統計情況見表2。



　　為了對比設置冷卻水管對混凝土內部溫度的降低效果，同時設置了自動測溫系統，得到了混凝土里表溫度變化規律。通過里表溫度測試發現，設置冷卻水管對混凝土內部溫度具有一定的降低效果。圖1、圖2分別為第4段側墻和第6段側墻的里表溫升曲線。第4段側墻未埋設冷卻水管，混凝土初始里表溫度分別為52℃和39.5℃，里表溫差為12.5℃，第6段側墻設置了冷卻水管，混凝土初始里表溫度分別為48℃和35.6℃，里表溫差為12.4℃，兩段側墻初始里表溫差非常接近。而對比兩段測墻48h后里表溫差可知，第4段側墻在48h后的里表溫差最高仍高達11℃，而第6段側墻在48h后的里表溫差最高僅為6.5℃，可知設置冷卻水管具有比較明顯的降溫效果。


　　根據裂縫分布情況可知，第2-4段側墻平均每段有6條裂縫，而第5-7段側墻平均每段只有4條裂縫，裂縫數目有所降低，說明設置冷卻水管對控制裂縫具有一定的效果，但同時也發現第5-7段側墻裂縫平均長度、平均寬度及平均深度均無明顯降低，因此可見，加設冷卻水管不能較好地解決混凝土裂縫問題。
通過對比設置抗裂鋼筋網片的側墻裂縫分布情況可知，第8、9段側墻設置抗裂鋼筋網片后，第8段側墻發現2條裂縫，第9段側墻僅發現1條裂縫，并且均為長度不超過3m、寬度不超過0.2mm、深度在50mm以內的細微裂縫。設置抗裂鋼筋網片措施相比于設置冷卻水管措施，具有更好的裂縫控制效果，但無法完全消除裂縫。
　　4.2 負一層側墻裂縫統計
　　負一層側墻主要從材料措施方面減少混凝土裂縫，對比了聚丙烯纖維、膨脹劑和減縮劑單摻及兩兩復摻配制混凝土對裂縫的控制效果。各段裂縫統計結果見表3。由負一層側墻各段裂縫分布情況可知，采用普通混凝土澆筑的每段側墻均有數條裂縫產生，而采取摻外加劑或聚丙烯纖維措施的混凝土澆筑的側墻除第6段側墻裂縫較多外，其余側墻裂縫均只有1條或者沒有裂縫。第6段側墻采用摻聚丙烯纖維配制的混凝土澆筑，其裂縫數與采用普通混凝土澆筑的側墻相比也不見明顯減少，說明單摻聚丙烯纖維對側墻裂縫的控制效果較差。第7-9段側墻僅發現1條裂縫，并且裂縫長度、寬度和深度均比較小，為表面裂縫，說明摻膨脹劑和減縮劑對側墻混凝土裂縫具有非常好的控制效果。


　　通過工程實體試驗，表明3種材料中膨脹劑和減縮劑均具有良好的控制裂縫的效果，尤其是減縮劑效果最佳，而聚丙烯纖維效果相對較差。但是當聚丙烯纖維與膨脹劑或減縮劑復摻時，對裂縫控制具有非常理想的效果。
　　五、 結論
　　（1）大體積混凝土結構裂縫的出現，主要是由于水泥水化過程中水化熱導致的溫度應力與大體積混凝土收縮產生的收縮應力的綜合作用導致。因此，主要應從降低水泥水化熱和減小混凝土收縮這兩個方面著手解決裂縫問題。
　　（2）通過工藝措施應用試驗可知，采取工藝措施對減少混凝土的裂縫具有一定的效果，其中冷卻水管的效果較差，抗裂鋼筋網片效果較好，但也無法完全解決裂縫問題。
　　（3）通過材料措施應用試驗可知，聚丙烯纖維對裂縫的控制效果較差，膨脹劑和減縮劑對裂縫控制效果較好，其中減縮劑的效果最佳。可見采取適當的外加劑能從根本上防止裂縫的產生。

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