隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治

田志勇

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治

田志勇

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

通過分析隧道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，在施工過程中采取對應(yīng)的措施和方法來預(yù)防和控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

裂縫;分類;成因;防治

1 裂縫的分類

一般混凝土的結(jié)構(gòu)破壞是從裂縫產(chǎn)生開始，而產(chǎn)生隧道襯砌混凝土裂縫是隧道襯砌施工中最常見的現(xiàn)象。裂縫的產(chǎn)生不僅會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，并且會破壞建筑物的完整性。嚴(yán)重的時候還會造成隧道不能正常使用。因而隧道襯砌混凝土裂縫應(yīng)引起我們的足夠的重視。現(xiàn)隧道裂縫的種類有以下幾種。

1.1 收縮裂縫

混凝土在硬化作用時水分會逐步的流失，從而水泥石里面的凝結(jié)膠體就會產(chǎn)生干燥收縮變形。但是由于混凝土受到圍巖或者模板的約束作用，產(chǎn)生了變形應(yīng)力，當(dāng)這個應(yīng)力值大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時就出現(xiàn)了收縮裂縫。一般情況，收縮裂縫先出現(xiàn)在混凝土的表面，然后向混凝土內(nèi)部發(fā)展，形狀沒有規(guī)律可循。影響混凝土收縮裂縫的主要因素包括水泥的成分、用量，材料的性質(zhì)，骨料的大小、級配。以及外加劑的品種、用量。若沒有及時處理收縮裂縫，多半會變成永久性裂縫。這樣會引起鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性下降。

1.2 沉降裂縫

有三種可能會出現(xiàn)沉降裂縫。第一種是可能建筑物處于土質(zhì)不均勻、松軟的地基上，由于場地清理不干凈或者回填不緊實(shí)和入水造成的不均勻沉降。第二是混凝土在澆筑的時候，因混凝土的振搗不密實(shí)或者坍落度較大而導(dǎo)致的在泌水硬化過程中因鋼筋阻礙骨料的沉降而產(chǎn)生的裂縫。這種裂縫一般沿著鋼筋和箍筋的方向發(fā)展。第三是由于模板的強(qiáng)度不足，致使模板的支撐間距過大或者支撐底部松動。這樣混凝土結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生裂縫。沉降的情況影響裂縫的發(fā)展走向，一般是在與地面呈30°～45°度或者90°方向發(fā)展的。沉降量越大，裂縫的寬度就越寬。沉降裂縫一般不受溫度變化的影響。沉降裂縫在地基溫度之后也逐漸趨于穩(wěn)定。

1.3 溫度裂縫

由混凝土的水化熱或者周圍的環(huán)境的溫度變化引起的影響造成的裂縫稱為溫度裂縫?；炷猎跐仓r釋放出大量的水化熱，從而使混凝土的內(nèi)部溫度上升，在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。不管是升溫還是降溫都會使混凝土的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。新混凝土在老混凝土的約束下也會在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。所有的拉應(yīng)力之和大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，裂縫產(chǎn)生。

1.4 施工裂縫

在隧道混凝土施工的過程中，發(fā)生故障中斷了混凝土的澆筑，并且時間超過了混凝土的初凝時間。然后再繼續(xù)澆筑混凝土，在原來的混凝土表面沒有進(jìn)行清理干凈，或者沒有在表面鋪水泥砂漿墊層。以致于在新老混凝土的接茬間產(chǎn)出裂縫。

2 裂縫形成的原因分析

2.1 選用材料方面

澆筑混凝土的材料選用很重要，材料的品種或者量選用不恰當(dāng)往往會成為產(chǎn)生裂縫主要的原因。材料選擇不當(dāng)表現(xiàn)在以下幾個方面:材料質(zhì)量差、不同批次的材料混用、水泥品種選擇不合適;砂石級配差，含泥量或者含粉量較大，使水泥和骨料的膠結(jié)差;配合比設(shè)計不當(dāng)，水泥用量超標(biāo)，忽略了水泥增多對混凝土的影響;外加劑和摻合料選擇不當(dāng)，缺乏專業(yè)的認(rèn)識，選用的材料不止達(dá)不到預(yù)期效果還產(chǎn)生不好的影響。

2.2 不利的受力條件

從受力的情況分析隧道襯砌裂縫產(chǎn)生的原因，有以下幾個方面。

(1)地基的不均勻沉降。

通觀整條隧道，在縱向要經(jīng)過不同的巖層，各層的地基承載力情況差別較大。不同的斷面的襯砌的抗變形的能力差別較大，或者由于襯砌的回填沒有嚴(yán)格的對稱，這些都會導(dǎo)致隧道在縱向產(chǎn)生不均勻的沉降。這些沉降引起縱向的彎矩，使隧道產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力越大時，隧道的襯砌越容易開裂。

(2)混凝土強(qiáng)度較低。

在澆筑好混凝土后，由于施工的需要，在混凝土的強(qiáng)度還沒到極限強(qiáng)度時，就拆掉支撐和模板。這些措施讓混凝土的強(qiáng)度過小不能承受較大的力從而導(dǎo)致襯砌開裂。并且在拆模的時候由于模板臺車使用時間過長，會使前后端產(chǎn)生一些變形，因此容易在混凝土的空洞區(qū)成頂升裂縫。

(3)注漿壓力過大。

注漿的方式主要有兩種，掌子面注漿和襯砌背后回填注漿。在進(jìn)行掌子面封堵注漿時，要時刻注意注漿的壓力和注漿量的多少，并保證在二次襯砌混凝土?xí)r無溢漿情況出現(xiàn)。要是溢漿情況出現(xiàn)時，要改變注漿方式，從而防止?jié){液的擴(kuò)散。注漿時出現(xiàn)裂縫的原因是二次襯砌混凝土背后注漿回填空隙、注漿堵水和處理裂縫。要想控制注漿的壓力，防止裂縫的產(chǎn)生，則要設(shè)置排氣管。

2.3 施工工藝不規(guī)范

據(jù)有關(guān)數(shù)字統(tǒng)計，混凝土裂縫產(chǎn)生的主要因素中施工不規(guī)范占80%左右。施工工藝或者操作不規(guī)范包括以下幾個方面:(1)隧道開挖時成型較差。超欠挖或者初期支護(hù)越過襯砌邊界，造成襯砌混凝土的厚度嚴(yán)重不均勻。甚至有些隧道襯砌混凝土背后出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。(2)在二次襯砌施工之前沒有進(jìn)行可靠的監(jiān)控測量工作，使得安全系數(shù)低，造成了二次襯砌承受超出設(shè)計荷載的圍巖壓力。(3)生產(chǎn)混凝土?xí)r原材料計算不精確，特別是外加劑使用的隨意性。沒有根據(jù)實(shí)際的砂石材料的含水量來調(diào)整澆筑混凝土的用水量，造成了混凝土的水灰比較大。在泵送混凝土的過程中隨意加水的現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。

2.4 設(shè)計不當(dāng)

由于一些原因，勘察設(shè)計單位在設(shè)計之前不能深入的進(jìn)行地質(zhì)勘探工作，對隧道周圍的圍巖判別和支護(hù)構(gòu)造的設(shè)計沒有一定的專業(yè)依據(jù)。這些原因使得設(shè)計工作變得粗糙并且?guī)в幸欢ǖ拿つ啃?。有個別的建設(shè)單位本身缺乏專業(yè)技術(shù)水平的認(rèn)識和自身管理的認(rèn)知，卻隨意的變換原來的設(shè)計。最后造成由于設(shè)計原理不恰當(dāng)而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

3 裂縫防治措施

針對隧道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，現(xiàn)從以下幾個方面下手來防治裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

3.1 預(yù)防混凝土收縮

嚴(yán)格把握混凝土的配合比，加強(qiáng)混凝土的抗裂度;混凝土的養(yǎng)護(hù)的方法采用封閉保水，適當(dāng)?shù)难娱L養(yǎng)護(hù)時間;適當(dāng)?shù)脑谒鼗炷恋牡胤教砑邮湛s縫;混凝土出現(xiàn)細(xì)小裂縫是要立馬采取灑水養(yǎng)護(hù)。

3.2 預(yù)防沉降裂縫

在邊基處理時對松軟的圍巖基礎(chǔ)進(jìn)行加強(qiáng)處理，可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或者配筋的方法;清理干凈邊墻基底的稀泥和虛渣;保證混凝土在澆灌過程中地基被水浸泡;選用足夠強(qiáng)度、剛度的模板，保證地基受力均勻，模板臺車的軌道應(yīng)整平夯實(shí)，最好在隧道鋪底超前。

3.3 預(yù)防溫度裂縫

改進(jìn)施工工藝，控制混凝土的澆灌溫差，改善混凝土的約束條件要減少溫度應(yīng)力;采用水化熱低的水泥品種和骨料級配好的砂石;采用高效減水劑、冰屑來減少水泥的水化熱;選擇合理的施工工序，采用薄層澆搗方法，方便散熱;合理的配置構(gòu)造鋼筋，減少溫度應(yīng)力。

3.4 已有裂縫的處理方法

(1)對于不影響結(jié)構(gòu)使用的表面裂縫，可以在裂縫穩(wěn)定后采用砂漿找平抹面或者采用填縫劑進(jìn)行填補(bǔ)。(2)對于深入的貫穿性裂縫，首先展開對裂縫發(fā)展的觀測，如果發(fā)生在圍巖較好的地段，此裂縫是穩(wěn)定性裂縫，可以不用處理。處于表層的則進(jìn)行先鑿槽后用砂漿填槽的方法。(3)處在松軟地段或者其他不良地段的裂縫。在對裂縫的不良時期的檢驗(yàn)的同時，要在裂縫的不同點(diǎn)分段打孔注漿。必要時要采用暗錨連接混凝土。處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)的裂縫，要進(jìn)行返工處理。由于重載列車和其他荷載的作用不容忽視，所以要認(rèn)真對待那些仍在發(fā)展但發(fā)展趨勢有所收斂的裂縫。

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