淺談水工隧洞砼表面裂縫的防治措施

摘 要 某大型引水工程的輸水隧洞，二次利砌的砼面不同程度的產生表面裂縫。經過對產生裂縫發(fā)生的時間、原因、過程和溫度變化等因素進行分析，從而獲得二次襯砌的砼表面裂縫產生的原因和發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，制訂出防治措施，并實施，通過調整和完善施工過程參數，最終找到了最佳的解決途徑，達到裂縫的防治效果。

關鍵詞 表面裂縫；白鈣：溫度應力；裂縫成因

中圖分類號TU7 文獻標識碼A 文章編號1673—9671—(2009)122—0036—01

1 工程概況

某大型引水工程是某省重點工程，引水至城西，以改善城西水環(huán)境，其輸水隧洞長8022km，開挖洞徑：原設計采用馬蹄形斷面，后變更為城門洞形斷面。Ⅱ、Ⅲ類麗巖開挖斷面為6.26m×6.24m，Ⅳ、Ⅴ類嗣巖開挖斷面為6.56m×6.49m。按隧洞圍巖類別不同，其砼襯砌厚度為：Ⅱ、Ⅲ類嗣巖為C25素砼襯砌厚350mm，Ⅳ、Ⅴ類圍巖為C30鋼筋砼襯砌厚450mm。

隧洞所經區(qū)域地貌形態(tài)屬丘陵山區(qū)，所經區(qū)域為一套古生代砂巖地層，以石英砂粒巖、長石石英中細粒砂巖、紅色粉砂質泥巖、泥沙巖、泥巖等為主，受區(qū)域構造影響，巖層中斷層和節(jié)理裂隙較為發(fā)育，部分地段地下水富水性較好。水系發(fā)育的部位，開挖后容易崩塌。

2 施工現狀

在隧洞二次襯砌過程中，經項目部技術人員跟蹤檢查，發(fā)現砼表面產生裂縫，主要有兩種：一種是砼干裂縫。另一種是濕裂縫；裂縫寬度在0.05～0.3mm之間。砼干裂縫一般出現在砼澆筑完10～15天后，邊墻和拱頂都不同程度的出現，且基本為環(huán)向分布；砼濕裂縫出現一般在3天后，伴有滲水，流水或出現白鈣等現象，底腳、邊墻和拱頂部位都有出現，且環(huán)向、橫向分布均有，環(huán)向“Y”字形分布更多。

3 隧洞二次襯砌產生裂縫原因分析

隧洞二次襯砌產生裂縫的原因有：

3.1 砼材料及配合比不符合要求 配合比設計不當直接影響砼的抗拉強度，是造成砼開裂不可忽視的原因。有關試驗資料顯示：用水量不變時。水泥用量每增加10％，砼收縮增加5％；水泥用量不變時，用水量每增加10％，砼強度降低20％，砼與鋼筋的粘結力降低10％?？偨Y的原因有如下方面： 1)粗細集料含泥量過大，造成砼收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配，容易造成砼收縮的增大，誘導裂縫的產生。2)骨料粒徑越細、針片含量越大，砼單方用灰量、用水量增多，收縮量增大。3)砼外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當，嚴重增加砼收縮。4)水泥品種原因，礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。5)水泥等級及砼強度等級原因：水泥等級越高、細度越細、早強越高對砼開裂影響很大。砼設計強度等級越高，砼脆性越大、越易開裂。

3.2 溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫

1)溫度變化引起的裂縫，砼具有熱脹冷縮的性質，當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化，砼將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過砼抗拉強度時即產生溫度裂縫。溫度裂縫的特征主要是表面裂縫的走向一般無規(guī)律性，深層或貫穿裂縫的走向一般與主筋平行或接近平行；裂縫寬度大小不一，受溫度變化的影響熱細冷寬。2)地質條件差，原開挖塌方大，砼襯砌厚度大，并厚薄不均勻，在外圍巖應力或砼自身應力不均勻的情況下，容易產生表面或深度裂縫。3)內水水壓過大仍是砼裂縫產生的主因；即在砼未達到強度前，內水壓力超過砼初期強度的情況下，導致薄弱部位產生砼裂縫。

3.3 結合施工情況，產生裂縫原因分析 我標采用的水泥是復合硅酸鹽水泥，砂是天然河砂，碎石為優(yōu)質機制碎石。在施工期間，經按規(guī)范對原材料進行多次抽查和試驗：水泥共檢測22組，3天和28天的檢測指標均合格水抽檢3組，PH值、不溶物、可溶物、CI^-、SO²項目均符合JGJ63-2006《砼用水標準》的要求；河砂檢測8組，含泥量在0.9～1.2％，常規(guī)指標均符合要求；碎石檢測20組，其中5～20mm的9組，20～40mm的ll組，含泥量在0.4～0.8％，級配等常規(guī)指標也符合要求；以上數據顯示，原材料均合格，原材料不是產生裂縫的主要問題。 設計為C25W8和C30ws的泵送砼，由于有抗?jié)B要求，水泥用量很大，且由有相應資質的實驗室配置的配合比強度分別為32.8MPa和37.2MPa；加上泵送砼坍落度大，對砼產生收縮裂縫有一定的影響。經對施工過程監(jiān)控的情況，施工中嚴格按砼配合比下料，且澆筑過程并未違規(guī)，這不是產生砼表面裂縫的主因。為搶工期，拆模時間基本控制在10小時左右，這是產生砼裂縫的主要因素之一。 在1月3月份施工期間的冬、春季，洞外溫度在-2～23℃，溫差較大，隧洞襯砌施工是24小時作業(yè)的。經現場勘察和檢測，隧洞上游溫度在13～18℃，隧洞下游溫度在28～33℃，內外溫差大，經統(tǒng)計這個時候產生裂縫最多的是隧洞上游，這是產生砼表面裂縫的主要原因。

隧洞襯砌施工采用12米長的鋼模臺車施工，經抽查產生砼表面裂縫部位進行統(tǒng)計：在原開挖時塌方較大處占30％，原調車場部位占20％，原涌水大部位占50％，并發(fā)現有80％的裂縫出現在鋼模臺車襯砌分縫邊線的3～6m的部位。由此可見，溫差大，地質條件差，涌水大，襯砌分縫過長也是產生砼表面裂縫的主要原因。

4 采取的防治措施

1)與水泥供應廠家協商，經試驗合理調高水泥的細度，以改善水泥的早強強度。 2)與試驗室協商，對原配合比進行調整，在保證砼強度的前提下，盡量將水泥量降低，配合比調整如下：

3)做好砼的保暖工作，減少洞內溫差，如在隧洞口掛布簾，防止空氣流動過快；在隧洞內燒無煙碳爐，提高隧洞內溫度；砼拆模后覆蓋塑料薄膜等。 4)對地質條件差塌方大的部位，放慢砼澆筑速度，加強振搗，保證砼密實性，并延長拆模時間(拆模時間保證在18h以上)。 5)對有水的部位，澆筑時預埋排水孔或澆筑完后及時打設排水孔，排除內水壓力，砼達到強度后及時進行灌漿處理。 6)縮短襯砌分縫長度，將襯砌分縫改為9.6米，減少環(huán)向拉應力。 7)對已產生裂縫的部位進行化學灌漿補強，并用膠水及水泥按1:6進行表面美化處理。

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效果檢查

采用以上措施進行處理后，經對砼表面進行監(jiān)控，發(fā)現砼表面的裂縫大大減少，原產生的裂縫也并未有擴展的跡象，而且經對產生的裂縫進行化學灌漿及表面美化處理成果明顯，該工程項目也順利通過了竣工驗收，并評為優(yōu)良工程。