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摘要：在地铁施工过程中，大体积混凝土主要出现在暗挖车站顶纵梁、底纵梁，深基坑明挖车站的底板、顶板、顶纵梁及车站与附属结构接口处的框架梁、柱等结构。大体积混凝土在结构安全中非常重要，且易产生裂缝，所以分析大体积混凝土裂缝成因并控制以保证施工质量显得非常必要。本文从大体积混凝土裂缝的成因分析，从而提出控制措施，最后结合北京某地铁项目工程实例，更形象的帮助读者了解控制措施在工程各阶段中的应用及存在的弊端。
关键词：地铁施工；大体积混凝土；裂缝成因；裂缝控制措施
大体积混凝土是指结构最小几何尺寸≥1m或预计会产生有害裂缝的混凝土。研究混凝土裂缝产生的原因，大致可分为由外荷载应力引起的结构型裂缝和由温度及混凝土收缩等非受力因素引起的材料型裂缝两类。要在工程实体中解决大体积混凝土裂缝问题，可从设计、施工两个方面的具体细节着手，其中以施工方面对混凝土质量影响最大［1］。
1设计方面
1.1裂缝产生原因
设计结构应力集中、配筋不合理、未充分考虑构件的温度应力和收缩变形、混凝土级配不合理等因素。
1.2裂缝控制措施
⑴设计中应灵活考虑混凝土拉应力与压应力的变化关系，一般大体积混凝土的抗压强度是没有问题的，要慎重选择混凝土抗拉强度。
⑵设计中对必须采用断面突变结构而产生应力集中时，应有加强措施。
⑶采用混凝土膨胀剂等补偿收缩混凝土技术以补偿混凝土的收缩，减少收缩裂缝的产生。
⑷在设计中采用60d龄期混凝土强度值作为设计值，减少混凝土用灰量，同时加入混凝土掺合料，降低水化热，减少混凝土温度应力。
⑸“抗”与“放”设计原则，即利用混凝土抗拉性能吸收热量，利用结构位移释放能量［2］。
2施工方面
2.1裂缝产生原因
2.1.1收缩裂缝
收缩裂缝在非结构型裂缝中站很大比例。收缩裂缝多出现新浇筑的大体积混凝土表面，水灰比、混凝土原材料质量、水泥或掺合料用量、混凝土浇筑振捣效果、养护效果等都可能使大体积混凝土产生收缩裂缝，同时环境温度与表面失水、收缩值成正比，影响裂缝的进一步扩展。
2.1.2温度裂缝
温度裂缝多为深或贯穿性裂缝，严重影响结构的刚度。主要集中在大体积混凝土浇筑完成后前7天内，由水泥水化热造成大体积混凝土内外部温差大形成温度应力，当温度应力大于混凝土的内外部约束力时，开始产生细小裂缝［2］，甚至在几个月后形成贯穿裂缝。
2.1.3沉陷裂缝
沉陷裂缝多为贯穿性裂缝，为大体积混凝土结构发生不均匀沉降而引起的的，其位置与沉陷方向一致，裂缝可在结构上部或者下部。地铁施工中未按照规范和设计要求，在混凝土强度未达到强度要求时拆模是产生沉陷裂缝的主要原因。混凝土的强度无法承受自重，梁、板的结构的中部下沉，极易产生沉陷裂缝。
2.2裂缝控制措施
2.2.1优化混凝土材料选择及配合比
裂缝控制措施，一般从降低混凝土水化热、收缩补偿、提升抗裂性能三个方面进行控制，但必须都以保证大体积混凝土强度和塌落度为前提。
2.2.1.1水泥
选用水热化低、凝结时间长的中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥等水泥，减少水泥用量，延缓水热化发散速率。同时选用低水胶比的混凝土配合比，延缓水泥的水化［3］。
2.2.1.2骨料
选择优质骨料，控制含泥量，含泥量多的骨料不仅会增加混凝土的收缩，造成收缩裂缝，且会降低结构强度。根据图纸及设计规范要求，选取粒径较大、膨胀系数较低且级配好的骨料，可减少孔隙率及总表面积，每立方米用的水泥砂浆量和水泥用量同比减少，可随之降低水热化，同时可保证混凝土设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工匀质性指标和强度保证率，提高抗裂性。
2.2.1.3掺和料
粉煤灰、矿渣等混凝土掺合料具有抗渗能力强、增加混凝土密实度的特点，加入可改善混凝土的工作温度，降低最终收缩值，减少水泥用量，减低大体积混凝土水化热及放热速率，减缓达到最高温度速度，减小温度裂缝影响，增加混凝土抗裂性能。
2.2.1.4外加剂
通过加入一定比例的减水剂、引气剂，可改善混凝土拌合物的性能，防止混凝土产生泌水、离析，增加混凝土的和易性、耐久性，降低水灰比，提高抗裂性能。加入一定比例的膨胀剂可用于收缩补偿，主要原理为膨胀剂在混凝土中生成钙矾石作为膨胀源，在混凝土内部产生微膨胀，可以限制或推迟混凝土因各种因素引起的收缩变形发展。充足的水分养护对膨胀剂发挥膨胀作用以补偿混凝土自身早期收缩至关重要。纤维和膨胀剂相互作用亦可降低混凝土收缩性能，特别是长度不一的聚丙烯纤维与钢纤维混掺，可降低混凝土收缩，提升抗裂性能。
2.2.2混凝土施工过程控制
混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑、养护等一系列过程，每一环节都很关键。
2.2.2.1混凝土生产及运输过程控制
在混凝土拌制过程中，要严格按照计算后的配合比进行加料，同时严格控制混凝土出机塌落度，要尽量保证混凝土的出机温度。
混凝土场外运输时应保证在混凝土及时到达现场，且运送混凝土车辆应满足均匀、连续供应混凝土的浇筑需要。泵送混凝土前，先泵送清水，必要时添加润泵剂，以湿润和清洁管道，然后压入纯水泥浆润滑管道后再泵送混凝土。开始送压混凝土时速度要慢，待混凝土出端部时可以逐步加快，并转入正常速度进行连续泵送。
2.2.2.2混凝土分层分段浇筑
对于大体积混凝土因其面积及厚度尺寸相对较大，宜采用分层分段施工，浇筑为连续浇筑，合理控制好浇筑时间，应保证在上一层混凝土初凝之前浇筑第二层混凝土，若超过初凝时间，两层混凝土之间界面按施工缝处里，此种情况应尽量避免。混凝土初凝前需将其振捣实，避免过振、漏振，以混凝土表面无泛浆、气泡为准。在混凝土初凝前1h可进行二次振捣以防止裂缝产生。
2.2.2.3“抗—放”结构施工
“放”即将后浇带、施工缝设置在在结构最小受力处，减小沉降收缩裂缝。“抗”即优化配合比改善混凝土抗拉性能或在应力集中部位施做钢筋或钢筋网片等增强措施，改善混凝土结构的抗拉强度和抗拉变形能力。
2.2.3混凝土拆模及养护
2.2.3.1拆模
大体积混凝土由于其自重大，若拆模过早，在薄弱区易产生裂缝，因此必须严格控制拆模时间，确保混凝土达到强度时再拆模。
2.2.3.2养护
大体积混凝土养护应在成型后立即开展，养护时间不少于14d。大体积混凝土因水化热因素内部温度较高，内外温差大，内部散热不及时，采取在大体积混凝土中预埋冷凝管措施带走内部热量，以减小内外温差，减缓水化热升温速率，削弱温度应力，从而减小裂缝出现机率。夏季凝土表面应采取覆盖塑料薄膜等保湿隔热措施，并定期洒水养护，降低混凝土内外温差，防止表面产生收缩裂缝。冬季施工应采取覆盖棉被或搭设暖棚等防冻措施。根据混凝土尺寸，在其内部埋设一定数量的测温点，可及时测得大体积混凝土内外温度，当内外温差接近25℃时，可及时采取措施。
2.3大体积混凝土缺陷的处理
大体积混凝土为表面裂缝时，对结构安全性、耐久性和防水性基本没有影响，可用素水泥抹平或缝口凿槽嵌缝等简单美化措施处理即可。对深层和贯穿裂缝可采取凿除裂缝且凿槽断面为梯形，断面清洗干净后，在断面1.5m范围内用水湿润，然后用净水泥浆涂刷，最后用预缩砂浆或混凝土进行回填修补处理。对于III类裂缝，应采取相应综合补强加固或特殊处理措施，补强加固有预应力发、粘贴钢板或玻璃钢法、粘贴碳纤维布、增加断面法与充填法和灌浆法等结合［4。
3北京某地铁项目工程大体积混凝土施工实例
北京某地铁项目工程大体积混凝土主要包括车站明挖段顶板、底板、顶纵梁、底纵梁，车站暗挖段及暗挖换乘厅的顶纵梁、底纵梁。大体积混凝土浇筑之前的原材料选择、配合比的选取等都是经过精确计算和挑选，这里不再赘述，主要以车站明挖段顶板、顶纵梁施工为例进行介绍。
3.1顶板概况
顶板厚度1000mm，顶板南北长度25.750m，东西长度55.120m，东西分两个流水段施工；顶纵梁下反1100mm，上反700mm，梁高2800mm，宽1500mm；车站结构与2号风道接口处设一道加强梁，顶板盾构出土口、盾构吊装口设环梁，各种结构复杂，施工困难。
3.2模板支撑体系
顶板的模板支架采用WDJ碗口式脚手架支撑体系，支撑点间距600×600mm，水平拉杆步距600mm顶板梁下支撑点间距300mm×600mm水平拉杆步距600mm，脚手架搭设较密集，以保证顶板施工稳定。
严格控制拆模时间及拆模时混凝土强度，实行拆模时间和混凝土强度双控指标，必须两项都达到要求才能拆模。
3.3振捣
顶板浇筑过程中采用加强振捣方式，提高混凝土浇筑密实度，防止土内部产生气泡，以避免在早期混凝土强度较低时，出现过大的收缩而造成裂缝。
3.4分段分层浇筑
顶板厚度适中且面积较大，宜采用分段分层浇筑方式。通过合理安排施工顺序及每层浇筑厚度，确保混凝土的温度平缓上升。
3.5冷凝管水循环降温措施
为防止混凝土中心温度与表面温差过高，混凝土收缩量加大，采取顶板冷凝管水循环降温措施。冷凝管采用32mm×3.5mm钢管，预埋在顶板上铁下铁钢筋中部，采用扎丝与钢筋连接，U型布置，避开孔洞位置，冷凝管间距1500mm，与结构侧墙钢筋间距1000mm，头部套丝用套管加麻丝连接。冷凝管设一进一出两个接头，成S形布置，沿侧墙引至地面降水井，进水端与循环水泵相连，当混凝土内外温差大于20℃时开启，进行顶板混凝土降温。
混凝土浇筑完成后，立即测记混凝土浇筑成型的初温度，严格控制混凝土内部与表面温差，当温差超过20℃则立即通过混凝土中埋设的冷凝管进行混凝土降温，通过循环水调控内部温度，控制内外温差，减少由温差应力产生的开裂。冷凝水管一般需继续通水（常温水）4天以上，直至冷凝管出水口的水降至常温后停止通水。
3.6测温
浇筑混凝土时埋设好电子测温线，电子测温线为一组三根，混凝土中间一根，离混凝土上下面20cm各一根，埋设时进行pvc穿管保护，防止混凝土浇筑时破坏电子测温线，自混凝土浇筑完成日开始，每日进行测温，第1～3d：每2h测记一次；第4～7d：每4h测记一次，其后为8h，严格控制混凝土的内外温差。
3.7暖棚
因顶板施工为冬期施工，故在顶板上加设暖棚，混凝土自行散热使暖棚内温度升高，此时混凝土内外温差为混凝土内部温差与暖棚内温差，而不是混凝土内部温差与大气温度温差，同时防止了雨雪对混凝土表面温度的影响，大大可减小混凝土内外温差，从而避免温度裂缝。
现场暖棚利用顶板上未拆除的一道钢支撑进行搭设，在钢支撑两端拉设钢丝绳，两端固定于钢支撑上，暖棚采用宽4m的彩条布设置，内部设温度计进行测温。
3.8覆盖
现场混凝土浇筑完成后进行覆盖，覆盖分两层：第一层为紧贴混凝土表面覆盖塑料薄膜，因混凝土表面蒸发较快，覆膜可以有效对混凝土进行锁水，防止表面收缩裂缝的产生，同时也可省去后期的洒水养护措施；第二层为塑料薄膜外侧覆盖棉被，进行混凝土的保温。通过同时采用混凝土覆盖、暖棚两种保温措施，有效的避免了因内外温差过大而导致的温度裂缝。
3.9混凝土施工质量自控
混凝土拆模后，本项目质检部组织对混凝土质量进行自检，自检完成后邀请设计、混凝土搅拌站、驻地监理、工区技术人员等四方人员召开混凝土施工质量交流会，对大体积混凝土出现的问题进行分析并制定相关处置方案。
4.总结
大体积混凝土裂缝主要分为结构型裂缝和材料型裂缝，大体积混凝土裂缝对结构安全、质量存在一定影响。经过多年不断努力，针对大体积混凝土易产生裂缝弊端，在设计、施工、养护等方面均有重大突破。但若在大体积混凝土裂缝问题治理上再进一步，必须加大科研投入，鼓励大体积混凝土裂缝作为课题深入研究，总结经验、加以推广，以促进大体积混凝土在建筑施工中发挥更大作用，促进中国建筑行业的蓬勃发展。
参考文献：
[1]汤建龙.《浅析大体积混凝土裂缝的原因、修补及防治措施》，2009年第1期《科技创业月刊》
[2]王涌.《大体积混凝土结构抗裂设计和评价》，苏州科技大学，2017
[3]夏玲.《大体积混凝土施工的裂缝控制研究》，湖北工业大学，2017
[4]《南水北调中线干线工程混凝土结构质量缺陷及裂缝处理技术规定》（试行），2007