11.3 工程材料

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地铁设计规范 GB50157-2013

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11.3.1 地下结构的工程材料应根据结构类型、受力条件、使用要求和所处环境，以及结合其可靠性、耐久性和经济性选用。主要受力结构可采用钢筋混凝土结构，必要时也可采用钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、型钢混凝土组合结构和金属结构。
11.3.2 混凝土的原材料和配比、最低强度等级、最大水胶比和单方混凝土的胶凝材料最小用量等，应符合耐久性要求，满足抗裂、抗渗、抗冻和抗侵蚀的需要。一般环境条件下的混凝土设计强度等级不得低于表11.3.2的规定。

表11.3.2 一般环境条件下混凝土的最低设计强度等级
表11.3.2 一般环境条件下混凝土的最低设计强度等级

11.3.3 大体积浇筑的混凝土应避免采用高水化热水泥，并宜掺入高效减水剂、优质粉煤灰或磨细矿渣等，同时应严格控制水泥用量，限制水胶比和控制混凝土入模温度。
11.3.4 普通钢筋混凝土和喷锚支护结构中的钢筋应按下列规定选用：
1 梁、柱纵向受力钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋，其他纵向受力钢筋也可采用HPB300、RRB400钢筋；
2 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋。
11.3.5 钢筋混凝土管片间的连接紧固件的连接形式及其机械性能等级，应满足构造和结构受力要求，且表面应进行防腐蚀处理。
11.3.6 喷射混凝土应采用湿喷混凝土。
11.3.7 注浆材料宜采用对地下环境无污染及后期收缩小的材料。

条文说明

11.3.1 地下结构采用钢筋混凝土结构有利于提高耐久性，地铁结构的主要受力构件，尤其是直接与地层接触的结构应采用钢筋混凝土。位于隧道内部的构件（包括主要受力构件和次要受力构件）根据需要也可采用其他结构材料和型式，包括钢与混凝土共同组合形成的结构（如钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构和组合构件等）、单纯的金属结构以及其他材料等，所选用的材料应满足耐久性要求。

11.3.2 表11.3.2中混凝土的最低强度等级大多是从满足工程的耐久性要求考虑的。

根据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476，一般环境条件结构处于干湿交替环境时，混凝土最低强度等级要求为C40。但考虑到地铁地下结构在防水措施等方面的有利，以及地铁地下结构的厚度较大（本规范将小于300mm的钢筋混凝土结构视为薄壁构件），因此放宽了对混凝土最低强度等级的要求。

混凝土强度等级的提高会导致超长结构混凝土的收缩应力和温度应力增大，因此，设计时不宜盲目提高混凝土的强度等级，且宜适当采取措施控制混凝土的涨缩影响。

本次修订要求喷射混凝土应采用湿喷工艺，因此将其最低强度等级由原C20调整为C25。

11.3.4 2002版国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010对普通钢筋推荐采用HRB400级和HRB335级钢筋，而在该版规范的使用期内，地铁工程除个别的围护结构采用了HRB400级钢筋外，实际采用HRB400级钢筋的极少，其主要原因是地铁地下结构承受荷载大，钢筋用量多，配筋大多由裂缝要求控制。依《混凝土结构设计规范》GB50010裂缝宽度的计算公式，HRB400级钢筋在弹性模量、粘结特性、配筋率等关键参数方面与HRB335级钢筋并无差异，因此在裂缝宽度控制方面没有优势，采用设计强度较高的HRB400级钢筋并不能达到减少钢筋用量或减薄断面厚度的目的。

《混凝土结构设计规范》GB50010及国内其他规范对混凝土裂缝宽度控制的要求，主要基于混凝土的耐久性考虑。根据有关国内外的研究成果，到目前为止，对混凝土裂缝宽度及对钢筋侵蚀影响的认识还有争议，目前还没有明确的试验证据能认定存在侵蚀危险的裂缝宽度界限。

国外有试验指出混凝土的质量、充分的受压和足够的混凝土保护层可能比控制混凝土表面裂缝宽度对防止侵蚀更为重要。国外对混凝土裂缝宽度的控制要求也较国内更加宽松，如美国混凝土结构规范（ACI318-05）对结构钢筋分布（直径和间距）等方面的要求是建立在最大估计裂缝宽度为0.4mm的经验公式基础上，并且其表面裂缝宽度在实践中得到了广泛的认可。
根据国内大量的实验研究和文献，实测的钢筋混凝土结构裂缝宽度与《混凝土结构设计规范》GB50010推荐公式和参数计算所得的裂缝宽度之间存在较大差异，实验裂缝宽度仅相当于理论计算值的50%~85%。国内专家学者已经注意到了这些问题以及对HRB400及钢筋应用的影响。

HRB400级及以上高强钢筋在国外的应用已经相当普遍，高强钢筋较传统钢筋有诸多优势，以HRB400级钢筋与HRB335级钢筋比较为例，HRB400级钢筋的优势体现在：

1 强度高，经济性好

HRB335级钢筋的抗拉强度设计值为300MPa，而HRB400级钢筋强度提高到360MPa，等代使用可节约15%左右的钢筋。

2 机械性能好

HRB400级钢筋显著改善了HRB335级钢筋在力学性能方面的不足，避免了尺寸效应大以及应变延伸率小的弊病，HRB400级钢筋的冷弯性能也明显优于HRB335级钢筋，克服了弯折钢筋部位出现的微细裂纹，易于消除结构质量隐患。

3 焊接性能好

HRB400级钢筋的碳当量低，钢筋金相组织好，非金属夹杂物含量低。焊接方便，易于操作。

4 有利于混凝土结构的抗震

由于HRB400级钢筋的强屈比>1.60，有利于提高建筑结构的抗震性和安全性。

5 规格齐全

产品直径为6mm~50mm，推荐直径为6、8、12、16、20、25、32、40、50，克服了HRB335级钢缺少Φ>25mm粗直径直条筋的难题，便于施工下料与配筋绑扎，使钢筋布置更趋合理，易于混凝土的浇捣，适用于柱、梁、墙、板等结构构件。

新版的《混凝土结构设计规范》GB50010较前一版规范在钢筋的应用方面作了大幅度的修改，重点推荐使用高强钢筋，限制使用传统钢筋。

为了有利于高强钢筋的应用，也为了解决旧版规范计算裂缝宽度与实际情况存在差异这一问题，《混凝土结构设计规范》GB50010对裂缝宽度计算有关的参数（如构件受力特征系数）和取用荷载（将标准组合改为准永久组合）进行了调整，解决了高强钢筋应用的经济性问题。另外，钢筋产业产品在今后一段时间肯定会有相应的调整，传统钢筋的生产和供应会受到一些限制，因此本规范建议在地铁工程中应重点采用高强钢筋。

在地铁结构中，有部分构件当耐久性要求不高时是可以放宽裂缝控制要求的，如基坑的围护结构、矿山法隧道的初期支护结构和其他临时性的支护结构等，应用HRB400级钢筋的优势更加明显。

根据住房和城乡建设部、工业和信息化部《关于加快应用高强钢筋的指导意见》建标[2012]1号的精神，明确淘汰335MPa级螺纹钢筋，因此本规范不再规定可以采用HRB335钢筋。

11.3.5 管片间的连接形式多种多样，目前最常见的是采用弯螺栓连接方式，其他还有斜螺栓连接、销棒连接、卡扣连接等多种形式，其中斜螺栓和销棒连接方式国内也已经有了应用。连接件的材料除金属材料外，也有采用尼龙等材料。

地铁盾构隧道钢筋混凝土管片钢制连接螺栓的机械性能等级一般采用4.6~6.8级，特殊情况也有采用8.8级的。为了保证隧道的使用寿命，螺纹紧固件表面必须进行防腐蚀处理，防腐处理建议采用锌铬涂层或热镀锌等方法，应禁止使用冷镀锌方法为连接件进行防腐处理。

11.3.6 本条是为提高喷射混凝土的耐久性和改善作业环境而提出的要求。城市地铁矿山法隧道大多数修建于第四系地层中，由初期支护和二次衬砌共同承受使用阶段的荷载。因此，对由以喷射混凝土为主要材料构成的初期支护，也应具备一定的耐久性。地铁工程中应采用湿喷混凝土工艺，本规范在强调采用湿喷混凝土工艺的情况下，将喷射混凝土的最低强度等级提高到了C25。

随着喷射混凝土工艺及混凝土添加剂材料的进步，喷射混凝土的性能能够较以往传统工艺有大幅度的提高，尤其在抗渗性能方面，国内已经有研究证明采用湿喷工艺和混凝土新型添加剂的喷射混凝土能够达到P12以上抗渗指标。

掺入钢纤维的喷射混凝土可以大大改善喷射混凝土的性能，具备和易性好、坍落度损失少、回弹量低、后期强度高、抗渗性和耐久性好以及使用中腐蚀性风险低等优点，故宜在地铁工程中推广，掺入钢纤维的喷射混凝土的强度等级可适当提高。

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