隧道二襯混凝土裂縫原因分析與防治

陳　鵬

摘要:在山嶺隧道施工中,二次襯砌混凝土裂縫成為帶有一定普遍性的質(zhì)量問題。文章針對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因,提出裂縫的預(yù)防和治理方法,對提高混凝土襯砌施工水平有借鑒意義。

關(guān)鍵詞:隧道二襯;混凝土裂縫;原因分析;防治

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,山嶺地區(qū)新建隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺車、泵送混凝土施工工藝,但混凝土硬化過程中產(chǎn)生的裂縫不僅影響了美觀,還給工程質(zhì)量留下了隱患。施工中必須采取合理的工程技術(shù)措施,控制和減少混凝土中裂縫的數(shù)量和寬度。

1 裂縫的類型

1.1 干縮裂縫

混凝土在硬化過程中水分逐漸蒸發(fā)散失,使水泥石中的凝結(jié)膠體干燥收縮產(chǎn)生變形,由于受到圍巖和模板的約束,變形產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會出現(xiàn)干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性的,紋理較細(xì)小,走向沒有規(guī)律。影響混凝土干縮裂縫的因素主要有:水泥品種、用量及水灰比,骨料的大小和級配,外加劑品種和摻量。

1.2 溫度裂縫

水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量,在混凝土內(nèi)部和表面間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時(shí)就會產(chǎn)生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬,夏季較窄。溫度裂縫的產(chǎn)生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關(guān)。

1.3 荷載變形裂縫

地質(zhì)原因或防水設(shè)施處理不當(dāng),圍巖沉降產(chǎn)生荷載; 仰拱和邊墻基礎(chǔ)的虛碴未清理干凈,混凝土澆筑后,基底產(chǎn)生不均勻沉降;模板臺車或堵頭板沒有固定牢固,以及過早脫模,或脫模時(shí)混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產(chǎn)生變形裂縫。荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土病害中占有的比例逐年增大,已經(jīng)引起了廣大工程技術(shù)人員的重視。

1.4 施工縫(接茬縫)

施工過程中由于停電、機(jī)械故障等原因迫使混凝土澆筑中斷時(shí)間超過混凝土的初凝時(shí)間,繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r,原有的混凝土基礎(chǔ)表面沒有進(jìn)行鑿毛處理,或者鑿毛后沒有用水沖洗干凈,也沒有鋪水泥砂漿墊層,就在原混凝土表面澆筑混凝土,致使新舊混凝土接茬間出現(xiàn)裂縫。

2 裂縫形成的原因分析

2.1 設(shè)計(jì)粗糙,建設(shè)、監(jiān)理單位工作隨意性大

由于多方面的原因,勘察設(shè)計(jì)單位無法深入地開展地質(zhì)勘探工作,隧道圍巖類別評價(jià)及支護(hù)結(jié)構(gòu)等級設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)依據(jù),帶有一定的盲目性。個(gè)別建設(shè)單位限于自身管理和專業(yè)技術(shù)水平的欠缺,任意變更原設(shè)計(jì)。

2.2 施工工藝或現(xiàn)場操作不規(guī)范

隧道開挖成型差,襯砌混凝土厚度嚴(yán)重不均勻;欠挖或初期支護(hù)侵入襯砌限界,造成襯砌混凝土厚度不足。個(gè)別隧道襯砌混凝土背后存在脫空、防水處理不當(dāng)、防水板破漏等現(xiàn)象;未開展監(jiān)控量測工作或量測走與形式僅憑經(jīng)驗(yàn)來確定二次襯砌的施作時(shí)間,安全可靠性差,造成二次襯砌超設(shè)計(jì)荷載承受圍巖壓力;混凝土生產(chǎn)時(shí)原材料計(jì)量誤差大,尤其外加劑的摻加隨意性大,沒有根據(jù)砂、石料的實(shí)際含水率及時(shí)調(diào)整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。在混凝土運(yùn)輸及泵送過程中加水的現(xiàn)象也比較普遍;采用整體式鋼模板臺車施工,混凝土澆筑時(shí)不振搗或漏振,混凝土均質(zhì)性差;盲目追求施工進(jìn)度,隨意提前脫模時(shí)間,使低強(qiáng)度混凝土過量承受荷載,破壞了混凝土結(jié)構(gòu)。脫模后沒有進(jìn)行混凝土的潮濕養(yǎng)護(hù);夏季施工時(shí)砂、石料露天堆放,無切實(shí)有效的降溫措施,混凝土入模溫度高。冬期施工時(shí)采取的防寒保溫措施不力。

2.3 原材料質(zhì)量差、配合比設(shè)計(jì)不合理

水泥品種選擇不當(dāng),安定性不良,不同批次的水泥混用。碎石、砂級配差,含泥量超標(biāo),碎石中石粉含量大,針、片狀物過多,影響了水泥與骨料的膠結(jié)。

進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí),忽視水泥用量增多對混凝土品質(zhì)的影響,錯(cuò)誤認(rèn)為水泥用量越多,混凝土強(qiáng)度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo),往往達(dá)不到預(yù)期的效果。

3 混凝土裂縫的治理

3.1 細(xì)微裂縫

隧道襯砌混凝土表面常出現(xiàn)一些沒有擴(kuò)展性的細(xì)微裂縫,這種裂縫是穩(wěn)定的,一般可自愈,不會影響結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷環(huán)氧樹脂漿液二至三遍,最后用刮抹料、調(diào)色料處理混凝土表面,使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。

3.2 貫通性裂縫

貫通性裂縫的危害較大,必須采取有效的治理方法。沿裂縫方向鑿成寬5cm、深3cm的V形槽,在槽內(nèi)騎縫每隔0.5m鉆一孔,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,并不得穿透襯砌以防跑漿。用清水沖洗干凈槽內(nèi)的雜物及粉塵,在孔內(nèi)插入￠10的壓漿管,利用環(huán)氧樹脂水泥砂漿錨固,用灰刀將砂漿壓實(shí)抹光。環(huán)氧樹脂砂漿配比,環(huán)氧樹脂:水泥:細(xì)砂:乙二胺:二丁酯=1:1.6:3.2:0.1:0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。待環(huán)氧樹脂砂漿有一定的強(qiáng)度后,以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環(huán)氧樹脂漿液。壓漿結(jié)束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調(diào)色料處理。

3.3 密集裂縫

襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足引起的密集裂縫,必須進(jìn)行防水和地層加固處理。沿裂縫兩側(cè)每隔1.2m～1.5m交錯(cuò)布點(diǎn),鑿成10cm×10cm大小深5cm的方槽,用風(fēng)動鑿巖機(jī)鉆孔,孔深3m,安裝￠600mm中空注漿鋼花管,注入純水泥漿,水灰比1:1,施工時(shí)由下往上逐級注漿,注漿壓力以0.6MPa～1.0MPa為宜。注漿結(jié)束后,另鑿新孔在0.8MPa～1.2MPa壓力下壓入純水泥漿檢查注漿效果,當(dāng)達(dá)到規(guī)定壓力而砂漿壓不進(jìn)時(shí),即認(rèn)為已經(jīng)注滿。注漿24h后用環(huán)氧樹脂砂漿抹平方槽,表面用刮抹料和調(diào)色料處理。

4 預(yù)防或緩解混凝土裂縫的措施

4.1 提高設(shè)計(jì)精度同時(shí)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

加強(qiáng)工程前期地質(zhì)工作,為設(shè)計(jì)提供詳盡的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探資料,提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量、同時(shí)在施工中加強(qiáng)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,為不良地址段提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2 把好材料進(jìn)場關(guān),嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

4.2.1 水泥

施工現(xiàn)場多使用普通硅酸鹽水泥,但應(yīng)盡量減少單位水泥用量。不同品牌、不同規(guī)格、不同批次的水泥不能混用。

4.2.2 碎石

根據(jù)泵送管路的內(nèi)徑,盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴(yán)格控制含泥量≤1%,針、片狀物含量≤15%,粒徑以5～31.5mm為宜,最大不超過40mm。

4.2.3 砂

采用級配良好的中砂,細(xì)度模數(shù)應(yīng)為3.0～2.3,粒徑小于0.315mm的顆粒含量所占比例宜為15～20%,嚴(yán)格控制含泥量在3%以內(nèi)。為方便混凝土的運(yùn)輸、泵送和澆筑,砂率取35%～45%。

4.2.4 水

最好選用飲用水。當(dāng)采用其他水源時(shí),應(yīng)按國家現(xiàn)行《砼拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn),PH值應(yīng)大于4。水灰比越大,混凝土的干燥收縮越大。嚴(yán)格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。施工中水灰比在0.45～0.55之間,混凝土入泵塌落度控制在(12±2)cm。

4.2.5 摻合料。推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術(shù),等量替代水泥,以減少水泥用量。對強(qiáng)度等級C25以下的混凝土,粉煤灰摻量一般為水泥用量的10%～15%,膨脹劑摻量為水泥用量的8%～12%,具體摻量需經(jīng)試驗(yàn)確定。

4.2.6 外加劑。高效減水劑能夠有效減少拌合用水,降低水化熱,延緩水化熱釋放速度,從而減少溫度裂縫,但摻量過多,會引起混凝土的腫脹和開裂。施工時(shí)必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。

4.3 嚴(yán)格混凝土施工工藝

a.提高鉆眼技術(shù)水平,優(yōu)化鉆爆參數(shù),提高光面爆破效果,加強(qiáng)隧道開挖斷面檢測,嚴(yán)格控制超欠挖,為襯砌施工創(chuàng)造良好的條件。

b.加強(qiáng)監(jiān)控量測工作,嚴(yán)格控制二襯施做時(shí)間。二次襯砌施作,應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。當(dāng)圍巖變形較大、流變特性明顯,需提前進(jìn)行二次襯砌時(shí),必須對初期支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

c.混凝土的拌合:①嚴(yán)格按施工配料單計(jì)量,定期檢查校正計(jì)量裝置。加強(qiáng)砂石料含水率檢測,及時(shí)調(diào)整拌合用水量。②控制混凝土的入模溫度。夏季施工時(shí),當(dāng)氣溫高于32℃時(shí),砂石料、攪拌機(jī)應(yīng)搭設(shè)遮陽棚,用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。

d.混凝土的灌注:混凝土在運(yùn)輸和泵送過程中嚴(yán)禁加水;適當(dāng)放慢灌注速度,兩側(cè)邊墻對稱分層灌注,到墻、拱交界處停1h～1.5h,待邊墻混凝土下沉穩(wěn)定后,再灌注拱部混凝土;混凝土灌注過程中必須振搗,振搗一般采用附著式振搗器和插入式振搗器組合振搗,以提高混凝土的密實(shí)度和均質(zhì)性,減少內(nèi)部微裂縫和氣孔,提高抗裂性。