02-诱导缝施工设计(实例)

上海地铁杨高路车站结构防水设计(转）摘要：地下车站结构自防水设计包括结构混凝土自身的防渗漏，结构混凝土的抗裂及结构设“缝”的形式和防水材料的选定等是一个较为复杂的综合工程。通过设置具有一定抗弯和足够抗剪强度的诱导缝，确保缝中橡胶止水带和混凝土的密实，使诱导缝的开裂在有防水措施的条件下，实现“裂而不漏”，从而达到地下车站结构自防水设计的要求。关键词：地下车站、结构自防水、渗漏控制、诱导缝防水层一、总则上海地铁2号线杨高路车站位于浦东新区世纪大道的末端，新区行政中心广场中央，车站全长近600米（为拆返线车站），宽22米，车站埋深约14.8米，为地下二层明挖顺筑法施工的地铁车站。顶板复土在2.3米？2.8米之间，车站底板基本上落在淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土中。围护结构采用厚600毫米的地下连续墙，地下连续墙插入深度为0.6H？0.8H，地下连续墙在施工阶段作为基坑围护结构承受侧向水土压力，在使用阶段与主体结构共同受力。地下车站的结构防水设计应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、综合治理”为原则。以混凝土自防水为主、柔性防水层为辅，对变形缝、施工缝等特殊部位进行多道处理。通常地下车站结构为现浇的钢筋混凝土框架结构，其强度、刚度设计经过荷载组合计算比较容易解决，而混凝土结构裂缝的控制相对比较复杂，裂缝出现所持续的时间较长，它涉及到设计、施工（包括养护）、材料的选择（包括混凝土的配比）等诸多因素。一般地下混凝土结构主要渗漏的部位是变形缝（包括温度伸缩缝、沉降缝）、施工缝，以及侧墙预留穿墙孔和施工造成的蜂窝墙面等。根据地铁地下车站的特殊要求，一般在满足结构受力及正常使用条件下，地下车站混凝土结构设计按允许出现裂缝考虑，但不允许出现通缝、墙面允许有少量、偶见的湿迹，但不允许有滴漏。其控制标准见表一：车站各部位混凝土结构裂缝控制标准（上海地铁2号线工程）通过上海地铁1号线及2号线工程的实践，对地下车站结构防水设计积累了一定的经验，并进一步认识到：地下车站结构防水设计的根本是钢筋混凝土结构的自防水设计，它包括结构混凝土自身的防渗漏、结构混凝土的抗裂及结构设“缝”的形式和防水材料的选定等，钢筋混凝土结构裂缝综合处理的主要途径为“防、抗、放”三个方面。二、裂缝控制及防止途经1．裂缝控制控制地下车站钢筋混凝土结构的裂缝开展，必须将结构防水设计和综合治理相结合。一个良好的结构防水设计，是建立在对防水材料的性能、结构构造、地下车站与周边地质条件、运营过程中列车振动及结构不均匀沉降、温度变化等多方面深入研究后，才能取得较好的防水效果。一旦结构出现贯通裂缝，再高的抗渗混凝土等级也达不到其自防水的目的，所以从某种意义上讲，混凝土结构的抗裂比抗渗更重要。钢筋混凝土结构产生裂缝的因素比较复杂，一般认为有温差（包括收缩）、材料的弹性模量、线膨胀系数、混凝土的极限拉伸、混凝土板厚度（或墙高度）、结构连续长度、混凝土本身的徐变及约束等原因造成裂缝。根据裂缝在结构表面的分布形状和基本走向可归纳为二种：一种为无序状态裂缝，即裂缝的方向不同，分布较均匀，长度较短，深度较浅，这种裂缝多因混凝土的内外收缩不均匀造成的；另一种裂缝为较规则的连续裂缝，通常以一定间距平行出现，其主要是因混凝土结构受到外部的约束造成，裂缝方向与所受约束方向垂直或斜交，有时可贯穿整个构件断面，这也是地下车站结构产生裂缝的主要形式。针对混凝土结构产生的裂缝，一般只要裂缝不继续发展，同时采取适当的补救措施，就不会对结构的承载力造成损害，但对于引起结构渗漏和超过允许宽度范围的裂缝则要进行堵漏处理。大量地下工程实践证明：只要将裂缝宽度控制在0.2~0.3mm之内，该裂缝可以认为不影响结构防水要求。2．防止途经通过对上海地铁2号线杨高路地下车站工程的设计总结以后建成后的跟踪调研，逐步认识到解决地下车站混凝土结构裂缝的主要途径有：(1)控制车站纵向施工缝分段长度；(2)减少车站纵向不均匀沉降而引起的纵向变形；(3)设置诱导缝，控制裂缝的开展；(4)适当添加外防水材料，采用补偿受缩防水混凝土进行结构自防水，防水混凝土的抗渗等级不小于0.8Mpa，以控制混凝土初期的收缩；(5)加强施工养护，减少混凝土温差应力，增加结构抗裂强度。三、车站结构抗裂设计1．增加结构刚度，提高结构整体抗裂能力地下车站通常为狭长条“箱函”壳体，长宽比较大，根据地铁车站结构受力特点分析，其横向刚度较大，纵向刚度较小，增加结构纵向刚度是减少车站结构有害裂缝的主要途径，一般可从以下几个方面考虑：1）严格控制地下连续墙不均匀沉降，提高车站结构纵向刚度：通常地铁车站底板座落在土上，地基的不均匀沉降是引起混凝土结构开裂的主要原因。杨高路车站为折返线车站，车站全长约600m，在考虑结构纵向稳定方面，除了采用通常的地下连续墙作为围护结构以外，对地下墙的施工工艺也提出了严格的要求，在控制地下墙竖向沉降方面，首先要求严格控制地下墙墙趾处的沉碴沉泥数量，同时结合土层的分布情况，尽量将地下墙墙趾插入相对土层压缩量较小的土层中，其具体反映在综合考虑地下墙插入深度范围内各土层特性，分别计算地下墙在各个不同阶段的竖向位移，根据计算结果分析：最终将地下墙墙脚插入到土质相对较硬的暗绿色粘土（即⑥号土）内1m~2m范围，并对地下墙墙脚进行注浆加固，以改善地下墙墙脚处的承载能力，消除地下墙竖向沉降给车站结构受力带来的不利影响。2）增加内衬墙厚度由于杨高路车站长度较长，与周边道路、地面地下建筑物结合较多，车站顶板复土荷载变化大，故结构布置极为复杂，为确保车站纵向稳定，通过增加内衬侧墙厚度来达到车站结构纵向整体刚度的提高（杨高路车站内衬墙厚度600mm，一般标准车站均为400mm）。3）加大车站底板纵向梁的刚度根据车站底板受力较大的特点，一般在不增加基坑开挖深度和确保车站正常使用空间的前提下，增大车站底板纵向梁断面尺寸，杨高路车站底板沿纵向设置了2条800x2240上翻梁，并做到沿车站纵向连续不断，通过该梁的设计，对提高车站纵向刚度，增强结构抗裂起到了极大的作用。从杨高路车站纵向沉降的实测结果分析，整个车站不均匀沉降均控制在15mm以内。所以，通过地铁1号线、2号线地下车站的实施，可以认为：增加车站的纵向刚度，可减少由车站结构纵向不均匀沉降产生的裂缝。2．设置变形缝，设放结构应力由于杨高路车站长度为600米左右，要在如此长度的钢筋混凝土结构中控制其裂缝的出现是相当困难的，然而间隔一定距离设置变形缝是控制其结构裂缝无规则出现的有效措施之一。为此，本车站根据地铁使用功能要求选用了诱导缝和部分地区后浇带的形式，较好地解决了这一问题。诱导缝不仅能解决混凝土在施工阶段因温差产生的收缩裂缝，还能调节车站在使用阶段产生的不均匀沉降和季节温差引起的变形和收缩。而后浇带主要是针对无法采用诱导缝的部位，如车站主体结构与锦绣路下立交斜交等部位，后浇带宽度1.0米，后浇期30天，采用添加微量膨胀剂的混凝土浇灌。所有变形缝均需采取了止水防水措施，本车站按内外橡胶止水带考虑，施工实践表明：通过设置诱导缝，对减少混凝土结构无规则的裂缝起到了很好的作用，但同时也出现了由于缝中的橡胶止水带处的钢筋较密，使混凝土搅捣不易做到密实，容易出现空洞而引起漏水。杨高路车站通过诱导缝的设置，结构混凝土本身因裂缝产生的渗漏现象很少，但个别诱导缝由于多种因素造成了渗漏现象。3．提高混凝土施工质量大体积混凝土结构出现裂缝的另一个因素就是混凝土材料的本身早期收缩：它包括混凝土的塑性收缩，温度收缩，以及养护不当引起的收缩，这种早期的收缩在受到约束的情况下使混凝土产生拉应力，当初期混凝土尚不具备足够的强度时过早承受荷载，就会引起混凝土的开裂。一般情况下，大部分的结构裂缝都是出现在混凝土施工的初期及夏季高温条件下施工的钢筋混凝土结构，在经过第一个冬季时产生了大量裂缝，这足以说明混凝土的收缩是引起大体积混凝土结构开裂的主要原因。地铁杨高路车站结构在纵向长度约600m的范围内，断面形式多种多样，要控制混凝土出现裂缝是相当困难的。增加结构纵向配筋是控制结构出现裂缝的有利因素之一，进行适当配筋，可以约束混凝土的塑性变形，从而分担混凝土的收缩拉应力，特别是当地铁车站顶板复土较薄时，混凝土结构受温差影响较大，容易产生裂缝的现象。实践证明：在混凝土结构中适当配置构造钢筋，无论是对于控制温度应力还是收缩应力，其都能提高结构的抗裂性能。四、诱导缝设计诱导缝的设计，最初在上海地铁1号线中的个别车站使用，它在防止车站顶板及内衬侧墙等部位的混凝土开裂起到了明显的效果。通过近年来的不断总结，吸取了其中的经验教训，在上海地铁2号线车站设计中，诱导缝作为一条设计原则得了全面推广使用。1．诱导缝型式诱导缝型式主要是根据地铁车站结构形式的不同来确定，杨高路车站为地下二层、双层衬砌明挖顺筑法施工的结构形式，根据车站站厅层建筑功能（包括柱网尺寸）及楼板开洞位置等布置，在车站长度范围内，设置了15条诱导缝平均长度约30m，最长达56m（跨越正环路下立交），本车站诱导缝设置在车站立柱中间（即双柱标准型式），诱导缝将车站纵向梁、板及侧墙钢筋全部断开（除底板以外），随后根据诱导缝间距长短，板厚度等计算，分别在车站顶板和侧墙中配置钢筋，以期达到诱导裂缝的目的，以减少裂缝无规则的开展，这样使结构受力分析最为清楚，实际效果尤为明显，能够有针对性地进行有效的设防达，做到裂而不漏的要求（见图1）。图1车站诱导缝型式2．诱导缝设计原则诱导缝设置的目的在于沿车站纵向一定长度范围内形成一个横向的薄弱环节，使诱导缝处的刚度弱于主体结构刚度，一旦车站内部结构沿纵向出现较大的拉应力时，混凝土产生收缩，则裂缝首先出现在诱导缝处，从而控制车站结构混凝土随意出现裂缝的情况。诱导缝设置的原则就是要求做到裂而不漏，同时在缝内根据所处的不同部位设置内外橡胶止水带防水、纵向构造钢筋或剪力杆及其他设施，使诱导缝设计具有一定的抗弯和足够的抗剪强度。3．诱导缝结构设计1）诱导缝间距及缝宽的确定诱导缝间距的大小，直接影响到混凝土结构裂缝出现的大小及多少？如果间距过大，则不能有效地控制混凝土裂缝的有序开展，将失去诱导缝的作用；而诱导缝中裂缝宽度过大，超出裂缝中橡胶止水带允许承受的张拉能力，则会造成结构漏水现象；如果间距过密，则增加施工难度，引起不必要的浪费。所以，诱导缝间距及缝宽的计算，是一个较为复杂的计算，通常在理论计算的基础上，并根据实际施工操作要求两者结合起来确定。(1)理论计算：由于车站结构顶板、侧墙及底板所处的条件各不相同，故需分别对顶板、侧墙及底板进行计算（见表三、四）。诱导缝间距长度计算表三*εp：考虑徐变，偏于安全地设为弹性极限的0.5倍，即乘1.5。诱导缝裂缝宽度计算表四*ψ：考虑结构材料非弹性及钢筋的约束作用系数，一般取0.3~0.5。**β：其中的Cx、Et与诱导缝间距计算相同。从理论计算结果分析，可以比较清楚地发现，诱导缝间距的大小，除了与温差有关，还受到结构周围环境约束条件的影响。这一现象，通过地铁2号线地下车站结构裂缝现场调查得到证实，即一般车站的内衬侧墙表面上、下出现裂缝的数量较多，裂缝间距呈比较规则的3.0m~5.0m间隔出现，如杨高路车站内衬侧墙裂缝实测图（见图2）。图2杨高路车站侧墙裂缝(2)实际施工要求从实际施工操作方面分析，杨高路车站长度在600米左右，地下二层车站，根据车站的内部布置、底板埋深及与周边环境的结合综合分析，为保证混凝土施工质量要求，将车站沿纵向按刚度变化情况分成若干施工段分别实施，在选取施工段长度时，同时兼顾车站纵向柱距和车站内部开洞位置、楼梯孔布置等要求，施工段长度一般控制在25~32米左右。另外，诱导缝间距的大小，还同车站结构混凝土施工季节密切相关，在夏季，由于温差较大，混凝土结构出现收缩裂缝的概率也大，因此诱导缝的间距就应该短些，而冬季施工，间距则可相对长些。2）诱导缝中钢筋的设置诱导缝中纵向钢筋设置的多少，直接影响到诱导缝缝宽的确定及诱导缝处刚度削弱的程度，作为地铁车站的设计原则，允许诱导缝出现较小的裂缝，但必须严格控制裂缝宽度的开展，以保证诱导缝不出现渗漏