地鐵車站誘導(dǎo)縫的處理方法

地鐵車站誘導(dǎo)縫的處理方法

0車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫目前，國(guó)內(nèi)外已建成的地鐵站結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過(guò)100米。為防止在施工和后期運(yùn)營(yíng)中因混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力和不均勻沉降等,引起車站混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)序開(kāi)裂,其處理方法是在車站結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置誘導(dǎo)縫。采取構(gòu)造措施,使所在截面的剛度削弱,避免車站結(jié)構(gòu)裂縫無(wú)序產(chǎn)生與發(fā)展。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,誘導(dǎo)縫按有限剛度原則控制車站結(jié)構(gòu)的變形。即通過(guò)沿車站縱向設(shè)置若干個(gè)剛度較小的薄弱環(huán)節(jié),使其縱向鋼筋相對(duì)減少,當(dāng)使結(jié)構(gòu)因溫差、混凝土干縮或不均勻沉降等原因引起應(yīng)力變化時(shí),誘導(dǎo)縫所在截面可先行開(kāi)裂,釋放混凝土體內(nèi)的能量和避免混凝土結(jié)構(gòu)隨意出現(xiàn)裂縫,減少裂縫對(duì)車站結(jié)構(gòu)的危害。上世紀(jì)90年代,我國(guó)提出了車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的概念,上海就在一些車站內(nèi)設(shè)置誘導(dǎo)縫,目前已在上海多座已建和在建地鐵車站中應(yīng)用。誘導(dǎo)縫的實(shí)質(zhì)相當(dāng)于變形縫,但因其構(gòu)造和施工方法不同于變形縫,二者在性能上仍有差別。據(jù)已建且運(yùn)營(yíng)地鐵車站的情況,誘導(dǎo)縫控制裂縫的效果及防水性能等均優(yōu)于變形縫。它是一種特殊的變形縫。其特點(diǎn)是除底板誘導(dǎo)縫鋼筋按施工縫構(gòu)造連續(xù)外,中板、頂板在誘導(dǎo)縫處僅留部分縱向鋼筋連續(xù),其余部分則截?cái)?。研究表?在地鐵車站結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置了誘導(dǎo)縫,可有效控制其溫度裂縫及由不均勻沉降所產(chǎn)生的無(wú)序開(kāi)裂。國(guó)外研究地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的文獻(xiàn)較少,僅在工程中有所介紹。本文論述了地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的構(gòu)造和現(xiàn)有的理論計(jì)算方法,并強(qiáng)化研究它對(duì)車站結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。1雙柱式誘導(dǎo)縫地鐵車站結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)縫為常以20～30m為間距,有兩種類型:雙柱式誘導(dǎo)縫和梁板式誘導(dǎo)縫。前者沿車站立柱的橫向軸線設(shè)置,后者常置于縱梁跨距的1/3～1/4處,使得縱向彎矩相對(duì)較小。其中雙柱式誘導(dǎo)縫在構(gòu)造上雙柱分開(kāi),施工繁瑣;梁板式誘導(dǎo)縫構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工簡(jiǎn)便。1.1地鐵中央海表方面的誘導(dǎo)縫構(gòu)造圖1～圖4分別為底板、側(cè)墻、頂板、中板誘導(dǎo)縫(梁板式)的構(gòu)造剖面圖。由圖1可知:底板結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫構(gòu)造一般為凹凸形企口,在縫中和底部設(shè)防水帶,其縱向受力鋼筋全部貫通,見(jiàn)圖5。誘導(dǎo)縫所在底板厚度至少為95cm。除縫中設(shè)中埋式鋼邊止水帶外,底板下表面還需設(shè)置外貼式止水帶。施工先將外貼式止水帶置于墊層上,綁扎誘導(dǎo)縫一側(cè)的鋼筋,并將中埋式止水帶用鐵絲固在一定位置(做成向上15°角),立刻在企口縫處支模,模板沖孔使縱向鋼筋通過(guò)(或者斷開(kāi)鋼筋直接支模,待一側(cè)混凝土拆模后使用接駁器連接誘導(dǎo)縫兩側(cè)的縱向鋼筋)。澆注混凝土?xí)r,應(yīng)將中埋式止水帶上下表面的混凝土振搗致密。由圖2可知:側(cè)墻誘導(dǎo)縫不用企口,內(nèi)外側(cè)縱向鋼筋中使1/3鋼筋貫通,其余截?cái)?縫中設(shè)一條止水帶?？v向貫通的鋼筋用長(zhǎng)約2m(兩側(cè)各1m)的套筒套住穿過(guò)誘導(dǎo)縫。施工先綁一側(cè)的鋼筋,并在鋼筋截?cái)嗵幑潭ㄖ新袷街顾畮Ш椭０?并將模板沖孔使部分縱向鋼筋通過(guò)(或斷開(kāi)鋼筋直接支模,待一側(cè)混凝土拆模后使用接駁器連接誘導(dǎo)縫兩側(cè)的縱向鋼筋)。其混凝土澆注工藝與底板相同。車站頂板、中板誘導(dǎo)縫的構(gòu)造分別見(jiàn)圖3、圖4及圖6、圖7。由圖3和圖4可知:二者的構(gòu)造和施工方法與側(cè)墻誘導(dǎo)縫基本相同,區(qū)別在于頂板誘導(dǎo)縫中埋設(shè)的止水帶須向上傾斜(仰角約15°)。由上可知:地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫剛度的控制,主要在于適當(dāng)減少誘導(dǎo)縫的連續(xù)縱向鋼筋的數(shù)量使剛度降低。底板結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫選為企口形,目的是使底板結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)曲率半徑過(guò)小的撓曲變形和量值較大的剪切位移;側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成剪力桿,既可控制裂縫寬度,又能控制其豎向剪切變形的大小。頂板結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫兩側(cè)部分鋼筋連續(xù)是為了混凝土滿足因四季溫度變化、干縮和不均勻沉降引起頂板縱向變形的需要。中板結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫構(gòu)造的設(shè)置目的及構(gòu)造原理與頂板相同。另外,誘導(dǎo)縫的位置應(yīng)和地下連續(xù)墻的分縫對(duì)齊。1.2中板誘導(dǎo)縫與梁板式誘導(dǎo)縫的構(gòu)造相比較,雙柱式誘導(dǎo)縫底板的構(gòu)造梁板式誘導(dǎo)縫相同,其剖面見(jiàn)圖1,底板誘導(dǎo)縫連續(xù)鋼筋示意如圖5。雙柱式誘導(dǎo)縫側(cè)墻、頂板、中板的構(gòu)造與梁板式誘導(dǎo)縫均有差異,其特征剖面如圖8～圖10。由圖8可知:雙柱式側(cè)墻誘導(dǎo)縫也不用企口,但內(nèi)外側(cè)縱向鋼筋在誘導(dǎo)縫處全部截?cái)嚅_(kāi),另在中間位置設(shè)?40mm@500mm剪力鋼筋,縫一側(cè)的剪力鋼筋固定澆筑在混凝土中,另一側(cè)用長(zhǎng)約0.6m的鋼管套筒套住伸入混凝土中,且套筒內(nèi)填滿牛油?？p中設(shè)置一道止水帶。施工時(shí)先綁一側(cè)的鋼筋,并在鋼筋截?cái)嗵幑潭ㄖ新袷街顾畮Ш椭?并將模板沖孔能使剪力鋼筋通過(guò)。其混凝土澆注工藝同梁板式誘導(dǎo)縫的底板。雙柱式車站頂板誘導(dǎo)縫的構(gòu)造特點(diǎn)是頂板的上下排縱向鋼筋在誘導(dǎo)縫處全部截?cái)?并在上下排鋼筋之間另設(shè)剪力筋(圖9)。常用?22mm@300mm規(guī)格的剪力筋,在誘導(dǎo)縫兩側(cè)剪力鋼筋的長(zhǎng)度為2.2～2.5m,且縫兩側(cè)距縫1.0m內(nèi)的鋼筋用長(zhǎng)約1.0m的塑料套筒套住,內(nèi)填滿牛油并用膠布兩端封口?？p中設(shè)一道向上傾斜15°的止水帶。混凝土澆注同側(cè)墻。中板誘導(dǎo)縫構(gòu)造如圖10。由圖10可知:它與頂板誘導(dǎo)縫相比較,主要區(qū)別是不再設(shè)止水帶。這類誘導(dǎo)縫上下排鋼筋中之間常用?16mm@300mm的剪力鋼筋,縫兩側(cè)的剪力鋼筋長(zhǎng)度仍約2.2m,且縫兩側(cè)距縫1m內(nèi)的鋼筋也用長(zhǎng)約1m的塑料套筒套住,其內(nèi)填滿牛油,兩端用膠布封口。其混凝土澆注工藝與側(cè)墻基本相同。雙柱式誘導(dǎo)縫柱子的構(gòu)造如圖11。由圖11可知:柱子沿軸線一分為二,成為誘導(dǎo)縫兩側(cè)并立的兩柱。每柱都按原設(shè)計(jì)要求配筋,其間聯(lián)系僅有位于頂縱梁、中縱梁部位的剪力鋼筋,及在頂板部位設(shè)置的止水帶。其施工過(guò)程與側(cè)墻、頂板、中板都有聯(lián)系。施工時(shí)先施作與誘導(dǎo)縫一側(cè)的側(cè)墻、頂板、中板相聯(lián)系的立柱,待誘導(dǎo)縫一側(cè)結(jié)構(gòu)施工且有一定強(qiáng)度后,再施工誘導(dǎo)縫另一側(cè)的立柱和其它車站結(jié)構(gòu)。立柱的施工工藝則與框架柱基本相同。2地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的確定誘導(dǎo)縫在地鐵車站結(jié)構(gòu)中已被廣為采用,但對(duì)其計(jì)算理論的研究卻較少。葛世平(2000)對(duì)可能引起地鐵車站結(jié)構(gòu)開(kāi)裂破壞的各種不利因素進(jìn)行研究分析,得出其主要不利因素是溫度應(yīng)力和不均勻沉降。通過(guò)對(duì)含有誘導(dǎo)縫的地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維數(shù)值模擬計(jì)算分析,并在材料為線彈性的假定下,建立了誘導(dǎo)縫的水平位移量u(圖12)和誘導(dǎo)縫之間車站結(jié)構(gòu)因溫度引起拉應(yīng)力σ的計(jì)算式,同時(shí)對(duì)誘導(dǎo)縫的構(gòu)造措施、施工工藝、開(kāi)裂堵漏技術(shù)進(jìn)行了論述。該方法填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫計(jì)算理論研究的空白,其適用性較廣,然而未對(duì)誘導(dǎo)縫接縫界面的承載力(剪力、彎矩)進(jìn)行研究,車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫處截面的內(nèi)力較未設(shè)置誘導(dǎo)縫之前的內(nèi)力如何,需進(jìn)一步分析研究。誘導(dǎo)縫的水平位移和其間車站結(jié)構(gòu)水平拉應(yīng)力的計(jì)算式為u=2αΤ(1-θL2)βchβL2-θshβL2shβL2(1)u=2αT(1?θL2)βchβL2?θshβL2shβL2(1)σ=EcαΤ[1-(1-θL2)βchβxβchβL2-θshβL2σ=EcαT[1?(1?θL2)βchβxβchβL2?θshβL2·ξ(2)β=√CxEhβ=CxEh???√,θ=2EsAsEcA0L(3)式中As為誘導(dǎo)縫處鋼筋截面積;A0為縫間板的換算截面積;α為混凝土結(jié)構(gòu)熱脹系數(shù);L為結(jié)構(gòu)段的長(zhǎng)度;T為綜合溫差;Ec,Es分別為混凝土及鋼筋的彈性模量;Cx為水平阻力系數(shù);h為混凝土板厚度;ξ為徐變系數(shù)。劉國(guó)彬等通過(guò)可能引起地鐵車站結(jié)構(gòu)開(kāi)裂破壞的各種因素進(jìn)行分析,指出溫度是主要不利因素,并應(yīng)用線彈性力學(xué)的假定,建立了誘導(dǎo)縫的水平位移w(圖13)的計(jì)算式w′w=1+fLcEcAc+1ζδ(1+w′sw)EsAsls/EcA0Lc(4)式中w′為混凝土板在溫度變化為ΔT時(shí)的自由伸長(zhǎng);f為土體與混凝土之間的摩擦系數(shù);Lc為混凝土板的長(zhǎng)度;Ec,Ac分別為混凝土的彈性模量及混凝土板的界面面積;ζ為混凝土板與剪力墻和梁柱等相互作用的修正系數(shù);δ為誘導(dǎo)縫處鋼筋有效長(zhǎng)度修正系數(shù);w′s為誘導(dǎo)縫配筋在溫度變化為ΔT時(shí)的自由伸長(zhǎng);ls為誘導(dǎo)縫鋼筋的有效長(zhǎng)度;A0為混凝土板的幾何橫截面面積。該法以線彈性理論為基礎(chǔ),將車站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一板進(jìn)行分析研究其接縫的張開(kāi)位移量,未考慮車站結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間的相互效應(yīng),因此該法僅可作為車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的水平張開(kāi)位移量的一個(gè)參考。龐貴磊對(duì)軟土地區(qū)異形(非長(zhǎng)條形)地鐵車站誘導(dǎo)縫的設(shè)置進(jìn)行研究,其中對(duì)各種可能引起混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的因素及防治措施進(jìn)行分析,根據(jù)工程實(shí)際情況得出誘導(dǎo)縫對(duì)于控制地鐵車站結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂及防水效果良好,提出誘導(dǎo)縫的設(shè)置原則,并對(duì)含有誘導(dǎo)縫的地鐵車站進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析,結(jié)果表明車站誘導(dǎo)縫處的內(nèi)力明顯小于不設(shè)誘導(dǎo)縫時(shí)的內(nèi)力。國(guó)內(nèi)學(xué)者在地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的位移張開(kāi)與閉合量估計(jì)方面研究較多,而對(duì)于誘導(dǎo)縫處余留鋼筋的傳力效應(yīng),誘導(dǎo)縫接縫面的承載能力,誘導(dǎo)縫兩側(cè)混凝土構(gòu)件的橫豎向滑移效應(yīng)方面的研究較少,有的尚未提及。因此,開(kāi)展車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫接縫界面的承載能力、接縫兩側(cè)的鋼筋傳力效應(yīng)機(jī)理等方面的研究有重要的意義。3地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫從上世紀(jì)90年代開(kāi)始,上海采用誘導(dǎo)縫這一構(gòu)造措施,控制地鐵車站結(jié)構(gòu)的無(wú)序開(kāi)裂,其它城市也相繼效仿,效果良好,但都未檢驗(yàn)其對(duì)車站結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)的抗震研究主要針對(duì)車站結(jié)構(gòu),對(duì)誘導(dǎo)縫地震響應(yīng)的研究極少。事實(shí)上,地鐵車站結(jié)構(gòu)可發(fā)生嚴(yán)重震害,而誘導(dǎo)縫作為車站結(jié)構(gòu)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),在地震作用下有可能首先發(fā)生破壞,進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)車站結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。因此,有必要對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫開(kāi)展建立抗震分析理論和試驗(yàn)研究。誘導(dǎo)縫既削弱了地鐵車站結(jié)構(gòu)的連續(xù)性,又增加了結(jié)構(gòu)的柔性。與地面結(jié)構(gòu)抗震縫的作用功能類似,地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加內(nèi)力,可通過(guò)誘導(dǎo)縫的張開(kāi)與滑動(dòng)予以釋放,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利,但抗震縫的抗震能力有限,且地下結(jié)構(gòu)抗震影響因素較多,如土層參數(shù)、震級(jí)大小、結(jié)構(gòu)形式等。針對(duì)不同的影響因素,設(shè)誘導(dǎo)縫的地鐵車站在地震作用下的橫向變形和不均勻沉降程度如何,在多大程度上能發(fā)揮其抗震防災(zāi)減災(zāi)作用,即在地震時(shí)車站結(jié)構(gòu)是否安全可靠,這都需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。4地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫地下混凝土結(jié)構(gòu)