地铁车站中关于三缝的合理化设置

诱导缝诱导缝 诱导缝（诱导缝（inducing joint） ，通过适当减少钢筋对混凝土的约束等方法在混凝土结构中设置的，通过适当减少钢筋对混凝土的约束等方法在混凝土结构中设置的 易开裂的部位。诱导缝与施工缝的区别是，在设计的诱导缝位置上埋设止水带和裂缝诱导易开裂的部位。诱导缝与施工缝的区别是，在设计的诱导缝位置上埋设止水带和裂缝诱导 物；减少物；减少 3050%的纵向配筋，施工时保持混凝土连续浇筑。的纵向配筋，施工时保持混凝土连续浇筑。 中文名中文名 诱导缝诱导缝 外文名外文名 inducing joint 作作 用用 保持混凝土连续浇筑保持混凝土连续浇筑 方方 法法 适当减少钢筋对混凝土的约束适当减少钢筋对混凝土的约束 诱导缝与施工缝可以在功能上重合为一，此时新老混凝土面不需要进行凿毛处理（视为裂诱导缝与施工缝可以在功能上重合为一，此时新老混凝土面不需要进行凿毛处理（视为裂 缝诱导措施）缝诱导措施） 。当纵向拉应力大到一定程度时，此缝拉开而释放混凝土结构纵向内应力，免。当纵向拉应力大到一定程度时，此缝拉开而释放混凝土结构纵向内应力，免 于在其他部位开裂。但诱导缝的设置要保证整个结构具有足够的强度和刚度。于在其他部位开裂。但诱导缝的设置要保证整个结构具有足够的强度和刚度。 诱导缝与变形缝，在功能上有相一致之处。但从防水施工上分析，诱导缝处的混凝土可以诱导缝与变形缝，在功能上有相一致之处。但从防水施工上分析，诱导缝处的混凝土可以 连续浇筑；变形缝处则必须支撑模板，中止混凝土浇筑，待混凝土硬化后，拆除模板，方连续浇筑；变形缝处则必须支撑模板，中止混凝土浇筑，待混凝土硬化后，拆除模板，方 可继续结构混凝土施工。可继续结构混凝土施工。 变形缝的设置要比诱导缝复杂，工程造价高。诱导缝的设置，可以减少变形缝条数，对整变形缝的设置要比诱导缝复杂，工程造价高。诱导缝的设置，可以减少变形缝条数，对整 个工程来说，降低了成本。个工程来说，降低了成本。 诱导缝和伸缩缝的区别：伸缩缝，仅用于解决建筑物水平的变形问题，且规范要求，在地诱导缝和伸缩缝的区别：伸缩缝，仅用于解决建筑物水平的变形问题，且规范要求，在地 面以上必须将主体沿缝断开，地面以下可视情况决定其断与连的问题。诱导缝，不仅可以面以上必须将主体沿缝断开，地面以下可视情况决定其断与连的问题。诱导缝，不仅可以 用于解决建筑物水平的变形问题，而且可以用于解决建筑竖向变形不均问题。它并不要求用于解决建筑物水平的变形问题，而且可以用于解决建筑竖向变形不均问题。它并不要求 主体结构必需沿缝断开，也就是说，它可以用于解决局部的水平向及竖向变形差异问题。主体结构必需沿缝断开，也就是说，它可以用于解决局部的水平向及竖向变形差异问题。 所以其嵌材要求也与伸缩缝不同。所以其嵌材要求也与伸缩缝不同。 地铁车站中关于三缝的合理化设置地铁车站中关于三缝的合理化设置 摘摘 要要 针对地铁车站中三缝设置，以工程实例为佐证，提出三缝设置的原则和注意事项， 以及多地区、多形式的地铁三缝设置问题的经验总结。 关键词关键词 地铁车站 施工缝 伸缩缝 诱导缝 合理化设置 目前，地下车站一般为现浇的狭长框架混凝土结构，具有尺寸厚、体积大的特点。其作 为普通的钢筋混凝土结构，又常年埋置于地下，不可避免的会因为施工工艺、地基沉降、 内外温差等因素产生裂缝。裂缝对地铁的危害性极大，会导致渗漏水，甚至会影响到车站 的使用功能等等。故如何控制裂缝的产生，一直是结构界讨论的话题。 本文主要依据笔者从事地下结构的设计经验，探讨目前地铁车站中三缝的合理化设置。 1 三缝的作用及区别三缝的作用及区别 地铁设计中常见的三缝主要包括施工缝、沉降缝、伸缩缝。其中，设置施工缝主要是出 于施工作业的需要，可以通过其实现分段浇筑，减少超长或大体积混凝土结构的收缩应力。 沉降缝则是为了适应不同地基或不同体量的构筑物差异沉降的需要。而伸缩缝主要是为了 适应大体积混凝土长期受内外温差影响产生变形的需要。 2 三缝的合理化设置三缝的合理化设置 2 1 施工缝的合理化设置施工缝的合理化设置 车站施工缝主要包括环向施工缝和纵向施工缝。一般由施工单位结合本工程的施工方 案，根据当地设计经验而确定。但必须遵循的原则是: ( 1) 施工缝应留在剪力较小的部位，如 1/4 1 /3 柱跨范围内。 ( 2) 施工缝应避开结构的薄弱环节，如车站楼扶梯等大孔洞处。 ( 3) 施工缝一般位于结构的切平面内，并垂直于结构面法线方向。 ( 4) 施工缝设置还要考虑施工方案的简便易行，在施工段数划分上应该考虑和伸缩缝合 二为一。 间距是施工缝设置的主要问题。目前明挖车站的施工缝，各地标准不尽相同。如深圳地 铁施工缝采用 8 12 m 间距; 上海地铁因为设置有伸缩缝，故中间不再设置横向施工缝， 缝间距 24 m 左右; 北京地铁设置基本与上海相同。不同实践表明，放坡开挖或采用复合式 侧墙的结构，结构表面的干缩裂缝基本能够控制; 而采用叠合式侧墙时，则裂缝较多。可 见，施工缝与结构内外部的约束条件以及伸缩缝的形式、间距等关系密切。 除此之外，施工缝间距还有混凝土浇筑时的外部气候条件有关，有实践经验表明，冬季 浇筑的地铁车站裂缝明显小于夏季。故夏天施工的车站，施工缝间距还有必要较之冬季缩 短。 以西安地铁春季施工的车站为例，该车站长约 130 m，框架高约 20 m，施工分段方案 如图 1、图 2 所示。车站结合诱导缝设置横向施工缝，将车站分成五段，每段间距 26 m 左右。纵向施工缝又将车站分成 4 层，每层每段混凝土方量不超过 900 m3。施工时外界 温度 13左右，施工期间采取正常养护措施，截止目前一直没有出现裂缝迹象。 2 2 沉降缝的合理化设置沉降缝的合理化设置 车站沉降缝一般设置于车站主体和附属之间，释放因体量大小的不同和地基承载力不同 造成的差异沉降。沉降缝的设置要注意以下几点问题: ( 1) 沉降缝将结构物从上至下分开，缝宽一般为 20 mm。 ( 2) 沉降缝偏离主体侧墙外皮的距离一般不小于 1 200 mm 且不宜过大，1 200 mm 是根 据 150 mm 的围护结构施工外放量 + 甩筋长度 35 d 确定的。 ( 3) 沉降缝两侧要满足防水加强层和接水槽的施工要求，故两侧 500 mm 范围内不能有 突出板面的梁等。 ( 4) 沉降缝一般设置为水平缝，不能设成转折而造成应力集中，且有利于预埋钢板的防 水施工。 ( 5) 图 3、图 4 是根据工程经验列举 2 种沉降缝设置的正误对比。 2 3 伸缩缝的合理化设置伸缩缝的合理化设置 伸缩缝的设置是出于控制大体积混凝土温度应力的考虑，故一般在车站主体设计中经常 遇见。伸缩缝又分诱导缝和变形缝，根据各地的水位和地质情况不同，其适用范围也各有 不同。如深圳、合肥、西安、杭州等地车站主体结构都采用诱导缝，北京、青岛等地车站 主体结构均采用变形缝，而郑州和长沙标准站车站主体结构不设缝等等。前者诱导缝，为 一种顶板、中板不完全断开而底板连通的缝，常用于在地质条件差、水位高的地区。后者 变形缝，为一种贯通结构整个横断面的断缝，常用于地质条件好、水位低的地区。其中变 形缝类似沉降缝做法，诱导缝的设置则需要注意以下几点: ( 1) 诱导缝设置有两种形式: 一种设置在柱中间即( 双柱式) ; 一种设置在纵梁跨距 1/3 1/4 处。前者与后者比较，立柱钢筋容易与橡胶止水带相碰，施工较为困难，故通常采 用后者。 ( 2) 诱导缝间距: 诱导缝间距不宜过大或过小。间距过大会加大诱导缝裂缝，如果超过 橡胶止水带的张拉能力则会产生漏水; 间距过小，则会增加施工难度。一般诱导缝间距在 24 m 左右为宜。 ( 3) 诱导缝的配筋: 当设计确定了诱导缝间距后，可以通过诱导缝中的钢筋配筋量来控 制裂缝宽度 W。目前，诱导缝的纵向钢筋一般为正常截面钢筋量的 30% 40%。 ( 4) 诱导缝的防水做法各地基本相同，唯一不同的是各地防水材料的选用不同。以西安 地铁为例，介绍一下诱导缝处防水的基本，见图 5。 ( 5) 合理的诱导缝设置还要避开一些重要孔洞和设备基础，以避免诱导缝处开裂后对设 备的影响。 3 结束语结束语 本文主要归纳了地铁车站中三缝的设置原则及注意事项，通过对实践经验的总结，探讨 如何通过合理化设置三缝，来达到有效控制地下结构混凝土裂缝的目的。当然除了设计上 采取合理设缝外，还需要采取多种针对性技术措施，如施工单位精心施工、严格养护条件 等等，才能从多角度防止地下结构裂缝的产生。 杨高路车站诱导缝间距一般为 2532 米，从裂缝宽度计算结果分析，主要是顶板裂缝 宽度较大，达 3.5mm，侧墙与底板均小于 1.0mm，通过对顶板诱导缝进行配筋计算比较， 控制诱导缝中的纵向钢筋，使缝中的钢筋抗拉强度混凝土强度（AsfyAcfc） ，由计算 得 As=41.3cm2，其含义就是当诱导缝中设置了这些面积的钢筋，正好达到混凝土的强度， 杨高路车站顶板纵向实际配筋量为 22150，顶板诱导缝中贯通的钢筋量约 16.72cm2， 是需通过量的 40%，这样就确保了诱导缝的开裂。另一方面，为了有效地控制诱导缝裂缝 的开展，做到裂而不漏，一般要求诱导缝在实施中不人为设缝宽，接缝表面新、老混凝土 不作特殊处理，但需设置内、外止水措施，确保接缝不漏水或少渗水。 3）诱导缝结构构 造 本车站钢筋混凝土结构纵向诱导缝的设计除了必须的控制裂缝宽度计算、诱导缝 间距计算和钢筋数量计算外，还需要根据车站具体部位、使用要求和受力状况进行针对性 的构造设计。 (1) 对于底板结构 车站底板不允许出现挠曲变形和剪切位移，以 确保列车的正常运行，所以诱导缝设计就必须以保持底板结构的整体性为前提，在缝中设 置凹凸槽，以防止出现剪切位移，同时底板纵向钢筋全部贯通，保证底板受力均匀（见图 3） 。 图 3 底板诱导缝半部分(2) 对于侧墙结构 诱导缝构造（指双层衬砌）分中楼 板以上和以下，从地铁车站结构诱导缝开裂的原理分析，由于地下混凝土结构越接近地面 部分，其内外温差较大，故一般顶板裂宽度大于底板裂缝宽度，同样侧墙上半部分裂缝宽 度大于下半部分裂缝宽度。根据这一特点，侧墙下半部分诱导缝设计为剪切杆形式，其主 要功能是在设放结构纵向应力的同时，还帮助控制车站竖向的剪切变形；而对于上半部分， 诱导缝则设计为剪力筋形式，使其既有抗剪作用，又能起到部分抗弯和控制裂缝宽度的作 用（见图 4a、b） ； a. 上半部 b. 下半部图 4 侧墙诱导缝构造 (3) 对于顶板结构 诱导缝的设置主要 是控制混凝土裂缝的开展，由于顶板混凝土在硬化过程中受温差影响较大，容易产生不规 则裂缝，造成渗漏，所以顶板诱导缝处的纵向钢筋全部断开，只考虑设置一定数量的连通 钢筋（见图 5） 。 (4) 对于中楼板结构 其处于车站内部，受外界温度变化的影响 较小，一般缝中不考虑连通钢筋。 4）诱导缝的防水措施 诱导缝中除了设置必要 的钢筋外，一旦出现过大的裂缝还必须考虑设置止水措施，故一般在顶板、侧墙及底板中 设置成环、封闭的内外橡胶止水带，只有通过多道设防，才能真正做到诱导缝裂而不漏。 图 5 顶板诱导缝五、车站结构防水要点 1顶板防水 对于地铁车站顶板结 构，控制混凝土温差显得尤为重要，杨高路车站顶板厚度 800mm，在混凝土浇捣过程中， 内外温差较大，特别是在夏季施工，白天与夜间的温差大于 25，超过了诱导缝间距范围 内允许出现的温差而产生收缩裂缝，对此必须以减少顶板混凝土的温差来控制混凝土的开 裂，故一般要求顶板混凝土采用补偿收缩防水混凝土、同时适当控制混凝土的坍落度、混 凝土浇捣尽可能避开高温季节或将浇捣时间安排在夜间进行以及顶板混凝土养护采用蓄水 养护等。另外在车站顶板与侧墙的结合部位也是结构混凝土最容易开裂的薄弱环节，根据 混凝土施工工艺要求，一般顶板与侧墙混凝土同时浇捣，在混凝土结硬过程中，顶板与侧 墙转角部位，因周边约束条件不同，顶板混凝土收缩相对比 较自由，而侧墙混凝土受到外侧地下墙的约束，使混凝土收缩受到限制，而造成这部分混 凝土容易出现开裂现象。所以，有条件最好使两者隔开或将诱导缝位置设在地下墙接缝处， 以减少相互影响。 2侧墙防水 从结构防水、防渗漏角度分析，具有双层侧墙的 地下车站结构的纵向受力整体性较好，地铁杨高路车站纵向长度达到 600 米左右，车站上 部又有不同类型的地下、地面建筑物与其相结合，地铁车站纵向刚度变化较大，由此而生 成的结构不均匀变化所引起的结构开裂更为突出，采用双层衬砌，增加了车站结构的纵向 刚度，减少了车站结构纵向的不均匀沉降。但由于内衬混凝土在硬化过程中，一侧受到地 下墙的约束，混凝土不能自由收缩，造成侧墙内侧混凝土出现不规则的收缩裂缝，通常双 层衬砌的侧墙一旦出现漏点，其渗漏源也难以确定，这样给堵漏、修复工作带来困难，所 以一般认为：双层衬砌结构的防水措施更加重要，这就要求在浇侧墙混凝土时，必须确保 围护结构表面保持干燥，若有渗漏点必须先堵漏（或引流） ，后浇侧墙混凝土。 3底板 防水 地铁杨高路车站底板埋深在地面以下 14.60 米左右，其混凝土受温差变化较 小，一般按标准要求进行分段浇捣、标准养护、控制钢支撑的拆除时间、待混凝土结构达 到强度后使其逐步受力，所以底板结构混凝土通常不会出现裂缝现象，然而，必须指出的 是有时往往忽视了底板结构的混凝土强度，盲目赶工期，在底板混凝土还未达到设计强度 时，过早地拆支撑或过早关闭基坑井点管的降水，造成底板结构受力过早而引起的混凝土 开裂，对于这种现象，是必须严格控制的。 4 接驳器连接处防水 随着钢筋接 驳器在地铁车站结构中的广泛使用，由此而带来的方便施工，保证结构受力的特性已普遍 被认可，但在地铁车站中，由于使用接驳器对混凝土结构的防水、抗渗也带来了薄弱环节。 在地下墙围护结构中事先预埋好各楼层板的钢筋接驳器，在浇捣内衬混凝土结构时，一旦 地下墙出现渗漏现象，则渗漏水就有可能延接驳器流入侧墙内，形成新的渗漏点，从而影 响结构的受力，针对由此引起的结构防水薄弱部位，主要的解决方法是在浇混凝土结构之 前，事先对地下墙表面渗漏点进行堵漏处理，力求做到在墙面干燥的状态下进行内衬混凝 土浇捣，对特别重要部位还应在接驳器钢筋上外套水膨胀性橡胶止水条，以确保接驳器免 受锈蚀的侵入，保证结构受力，保证设计质量。 六、体会 通常地下车站结构计 算以横断面为主，纵向配筋按构造配置，配筋率约 0.2%0.3%，然而，杨高路车站结构形 式复杂，纵向刚度变化较大，理论计算与实际效果还有一定距离，出现内衬侧墙竖向裂缝 较多和顶板诱导缝处有渗漏水现象，分析其中原因，第一是地下一层侧墙混凝土与顶板混 凝土一起浇捣时，两 部分混凝土收缩条件不同，内衬混凝土在结硬过程中受到外侧地下墙的约束，使其无法自 由收缩，特别是侧墙上端与顶板相连部位，容易出现斜向不规则裂缝。第二是车站顶板主 筋通过钢筋连接器与地下墙连接，使顶板角部混凝土收缩受到地下墙的约束，引起顶板混 凝土开裂，对于这类裂缝，最主要的解决途径还是解除约束，设置隔离层设放内应力，或 适当增加顶板靠近侧墙处的纵向钢筋，通过钢筋来约束混凝土的塑性变形。 1对于双层 衬砌结构，当地下墙与内衬侧墙结构按复合式计算时，通常要求地下墙墙缝与诱导缝对齐， 使诱导缝与地下墙共同协调收缩。但在下墙共同协调收缩。但在实际设计过程中往往不宜 做到，主要原因是地下墙的施工与内衬结构的布置、诱导缝位置的设置在时间上没有同步 进行，针对这种情况可将与诱导缝相邻的地下墙与内衬之间设置一道柔性防水层，该防水 层兼起到隔离层的作用，将两者分开（见图 6） ，形成一个可自由滑动的墙面，以确保结构 诱导缝在横向全断面地自由收缩，使诱导缝能够真正起到作用。 图 6 两缝墙面处理 2加强钢筋混凝土结构的浇捣及初期的养护 是控制混凝土裂缝开展的另一个主要措施，作为脆性材料的混凝土，要提高其极限拉伸强 度十分困难。为了克服砼结构初期的变形裂缝，最有效的技术途径是如何降低混凝土的温 差和收缩，一般来讲，混凝土结构的抗裂比抗渗来得更重要，但在实际施工中是否能够保 证结构自防水是受到许多外界因素制约的，并非靠单纯提高混凝土的抗渗等级就能够解决 的。结构自防水混凝土在设计和施工过程中，要求采取切实有效的防裂、抗裂措施，并保 证混凝土具有良好的密实性、整体性，减少结构裂缝的产生，提高结构防水自防水能力。 那种在混凝土中夹泥夹杂物，振捣不够，漏振、浇捣中出现冷缝等现象都有可能导致混凝 土结构自防水的失效。养护的目的是使混凝土保持或尽可能接近于饱和状态，使水化作用 达到最大速度，以得到更高强度的混凝土，对于地铁车站这类大体积混凝土的施工，通常 要求车站顶板、底板最好采用蓄水养护，侧墙采取浇水或喷水养护，养护期一般不少于 14 天，通过这些综合措施，车站结构裂缝是能控制的，除此之外，还可以通过外加适量的缓 凝高效减水剂（UEA）补偿收缩混凝土等措施，来减少混凝土结构的裂缝。 3 通过杨高 路车站结构自防水设计，以及后期个别部位诱导缝中漏水问题的处理，设计者认为以下几 方面值得进一步研究和改进： 1）诱导缝裂缝宽度过大，造成缝中止水带拉伸破坏而引起 漏水，一般橡胶止水带本身允许 10mm 左右的拉伸。由车站实测资料分析，诱导缝宽度一 般在 26mm 之间（见图 7） ，说明诱导缝中的止水带完全能满足变形