浅谈地铁隧道混凝土裂缝产生的原因和防治
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关键词 ： 铁隧道 ； 地 混凝土 ； 裂缝 ； 因； 原 防治
中 图分 类 号 ：４ ５ ７ Ｕ ４ ．
１ 前
文 献 标 识 码 ： Ｃ
文章 编 号 ：０ ８— ３ ３ ２ １ ） ０— １２一Ｏ １０ ３ ８ （０ ０ １ ０ ７ １
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 ， 中一个方面就是化 其 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 ． 与氢 氧化 钙生 成石 膏 ， 积就会 增大 １２ 倍 ， 体 ．１ 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 １５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 ， 促 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 ， 使金 属锈蚀。第二 ， 也称为 中性化 反应 ， 即是指 二氧化碳与水 泥石表 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 ， 引起 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 ， 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 ， 中性化 ， 而使钝 化 呈 从 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 ． 般来说有 两类碱 骨料反应。一类 是碱 一 反应 ； 碳 另一类是 硅反应 。碱 骨料 反应 的结 果是在水 泥骨料表 面发生膨 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 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 ， 骨料反应发 生的前 碱 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 、 性 骨料 以及水 分 的存在。第 活 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 这种收缩与外界 湿度无 关 ， 且可 以是 正 的， 即收缩 ， 如普 缝与微孔逐渐连通 ， 形成 宏观裂缝 。从 裂缝 尺寸上 讲 ， 度 应 ， 宽 小 于 ００ ．５ｍｍ的裂缝称 为微观 裂缝 ， 于 ０ ０ 大 ．５ｍｍ的裂缝 通硅酸盐水 泥混凝土 ； 可以是 负的 ， 也 即膨胀 ， 如矿渣水 泥混 称为宏观裂缝。裂缝宽度小于 ０ １ｔ ｉ ． ｎ 时具 有 自愈 、 ｏ 自封现 凝土 、 粉煤灰水泥混凝土 。 象， 当裂缝宽度 在 ０ １～０ ２ｍ 之 间时混凝 土结 构虽无 自 ． ． ｍ （） 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～ ， ３ｈ 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 、 缩、 胀 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 ， 、 泡等质量 小的组分浮至混凝土面层 ， 水 气 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 ， 土在 硬化过程中水分逐渐蒸发散失 ， 混凝 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 ， 泥水 化过 程 中产生 大量 水 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 ， 会产 生温 度裂 就 宏观裂缝 。在 同样施工环境下 ， 于区间隧道 ， 对 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 ， 构和 明挖段 相对较少 。 盾 匀、 松软 ， 或回填 土不实或浸水而造成不均匀沉 降所致 ； 或者 ２２ 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 １４页 ） ７
（ 铁 电 气化 局集 团有 限公 司 铁 路 工 程分 公 司 ） 中
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 ， 市地铁 建设 也得到 大力 的发 城
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 。
２１ ００年 第 １ ０期 （ 总第 ２ ０期） ０
黑龙 江交通 科技
ＨＥＬＯＮＧＪＡＮＧ Ｉ Ｌ Ｉ ＪＡＯＴＯＮＧ Ｊ ＫＥ
Ｎｏ １ ２ １ ． ０， ０ ０
（ ｕ ｏ２ ０ Ｓ ｍ Ｎ ．０ ）
浅 谈 地wenku.baidu.com 隧道 混 凝 土裂缝产 生 的原 因和 防治
李双全
中 图分 类 号 ：４ ５ ７ Ｕ ４ ．
１ 前
文 献 标 识 码 ： Ｃ
文章 编 号 ：０ ８— ３ ３ ２ １ ） ０— １２一Ｏ １０ ３ ８ （０ ０ １ ０ ７ １
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 ， 中一个方面就是化 其 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 ． 与氢 氧化 钙生 成石 膏 ， 积就会 增大 １２ 倍 ， 体 ．１ 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 １５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 ， 促 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 ， 使金 属锈蚀。第二 ， 也称为 中性化 反应 ， 即是指 二氧化碳与水 泥石表 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 ， 引起 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 ， 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 ， 中性化 ， 而使钝 化 呈 从 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 ． 般来说有 两类碱 骨料反应。一类 是碱 一 反应 ； 碳 另一类是 硅反应 。碱 骨料 反应 的结 果是在水 泥骨料表 面发生膨 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 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 ， 骨料反应发 生的前 碱 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 、 性 骨料 以及水 分 的存在。第 活 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 这种收缩与外界 湿度无 关 ， 且可 以是 正 的， 即收缩 ， 如普 缝与微孔逐渐连通 ， 形成 宏观裂缝 。从 裂缝 尺寸上 讲 ， 度 应 ， 宽 小 于 ００ ．５ｍｍ的裂缝称 为微观 裂缝 ， 于 ０ ０ 大 ．５ｍｍ的裂缝 通硅酸盐水 泥混凝土 ； 可以是 负的 ， 也 即膨胀 ， 如矿渣水 泥混 称为宏观裂缝。裂缝宽度小于 ０ １ｔ ｉ ． ｎ 时具 有 自愈 、 ｏ 自封现 凝土 、 粉煤灰水泥混凝土 。 象， 当裂缝宽度 在 ０ １～０ ２ｍ 之 间时混凝 土结 构虽无 自 ． ． ｍ （） 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～ ， ３ｈ 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 、 缩、 胀 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 ， 、 泡等质量 小的组分浮至混凝土面层 ， 水 气 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 ， 土在 硬化过程中水分逐渐蒸发散失 ， 混凝 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 ， 泥水 化过 程 中产生 大量 水 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 ， 会产 生温 度裂 就 宏观裂缝 。在 同样施工环境下 ， 于区间隧道 ， 对 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 ， 构和 明挖段 相对较少 。 盾 匀、 松软 ， 或回填 土不实或浸水而造成不均匀沉 降所致 ； 或者 ２２ 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 １４页 ） ７
（ 铁 电 气化 局集 团有 限公 司 铁 路 工 程分 公 司 ） 中
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 ， 市地铁 建设 也得到 大力 的发 城
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 。
２１ ００年 第 １ ０期 （ 总第 ２ ０期） ０
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Ｎｏ １ ２ １ ． ０， ０ ０
（ ｕ ｏ２ ０ Ｓ ｍ Ｎ ．０ ）
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