淺析隧道襯砌混凝土裂縫的原因及其防治

何智鋼，譚 超

（浙江省交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司市政分公司，浙江杭州 310051）

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加快了基礎(chǔ)建設(shè)的步伐，全國(guó)公路里程數(shù)也越來越大，山陵地區(qū)新建公路越來越多，隧道工程所占比例也隨之增大。由于隧道工程中往往采用二次襯砌、整體式鋼模板臺(tái)車，以及泵送混凝土等施工工藝，導(dǎo)致混凝土在硬化的過程中，極有可能出現(xiàn)襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。一方面對(duì)隧道工程的美觀產(chǎn)生較大的影響，另一方面給工程質(zhì)量留下安全隱患。因此在具體的施工過程中，要采取合理有效的措施，避免在隧道工程中出現(xiàn)襯砌混凝土裂縫。本文對(duì)隧道襯砌混凝土裂縫的原因進(jìn)行分析，并提出幾條防治措施，不足之處，敬請(qǐng)指正。

1 工程概況

某隧道工程位置位于浙江省杭州市余杭區(qū)富陽(yáng)市之間，屬低山丘陵地貌，地勢(shì)起伏較大。路線區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨量豐沛，溫暖濕潤(rùn)，四季分明。區(qū)內(nèi)山體植被發(fā)育，地層地質(zhì)主要為粉質(zhì)粘土、灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖組成，淺層巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，穩(wěn)定性較差,為余杭閑祝公路工程的重點(diǎn)控制性工程。工程為分離式隧道（右線長(zhǎng)1865 m，左線長(zhǎng)1892 m），隧道于2010年7月開工，2012年9月30日建成通車。通過一年來的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量回訪，項(xiàng)目在裂縫控制方面取得較好成效，現(xiàn)就隧道襯砌混凝土裂縫的控制做一淺要分析。

2 裂縫類型以及產(chǎn)生的原因

2.1 裂縫的類型

隧道襯砌混凝土裂縫的主要類型有以下幾種：干縮裂縫、外荷載變形裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫及接茬裂縫等。

2.1.1 干縮裂縫

襯砌混凝土在硬化的過程中會(huì)逐漸喪失其水分，而導(dǎo)致水泥石中的凝膠結(jié)體逐漸收縮產(chǎn)生變形，圍巖和模板對(duì)其進(jìn)行約束，產(chǎn)生變形和應(yīng)力，如果應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫。干縮裂縫容易進(jìn)行分辨，多為表面性裂縫，走向無(wú)明顯規(guī)律。影響干縮裂縫的主要原因有：水泥品質(zhì)不佳、用量多少及水灰比的大小，骨料的大小及其配比情況，還有外加劑的品質(zhì)和摻量，都有可能導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生。

2.1.2 外部荷載變形裂縫

仰拱和邊墻為基礎(chǔ)的虛渣沒有得到及時(shí)清理而導(dǎo)致混凝土在澆筑完畢后，基底產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，而且不均勻，模板臺(tái)車以及堵頭板等沒有進(jìn)行固定，使其過早脫模，或者是在脫模時(shí)受到較大的外部載荷作用，導(dǎo)致其產(chǎn)生變形裂縫。外部荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土的施工過程中所占比例極大，對(duì)隧道工程的施工質(zhì)量有著較大的影響，因此工程技術(shù)人員要對(duì)外荷載變形裂縫產(chǎn)生足夠的重視。

2.1.3 沉降裂縫

沉降裂縫產(chǎn)生的可能性有三種情況。第一種是在隧道外圍土質(zhì)不均勻，或者其地基較為松軟，場(chǎng)地沒有得到及時(shí)清理，或者清理得不干凈，而導(dǎo)致不均勻沉降，而出現(xiàn)沉降裂縫；第二種是混凝土澆筑時(shí)，混凝土振搗不密實(shí)，或者坍落度不符合規(guī)范，從而導(dǎo)致泌水硬化，鋼筋阻礙了骨料的沉降，而產(chǎn)生沉降裂縫；第三種是由于模板的強(qiáng)度太小，不能滿足模板支撐間距而導(dǎo)致底部產(chǎn)生松動(dòng)，從而導(dǎo)致沉降裂縫。沉降裂縫的走向一般是和地面呈現(xiàn)30°或者90°的方向，沉降量越大，其寬度也越大，沉降裂縫和溫度無(wú)關(guān)。

2.1.4 溫度裂縫

水泥水化的過程中會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，熱量在混凝土內(nèi)部和表面之間形成溫度差，而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果溫度應(yīng)力超過外部約束力，則會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫的寬度隨著季節(jié)而產(chǎn)生變化，溫度裂縫的產(chǎn)生也和襯砌混凝土的厚度，以及水泥的用量、品質(zhì)等有很大的關(guān)系。

2.1.5 接茬裂縫

在隧道工程施工過程中，由于外部原因，比如停電、機(jī)械故障等，導(dǎo)致混凝土澆筑中斷，中斷時(shí)間過長(zhǎng)，甚至超過了初凝時(shí)間，而繼續(xù)進(jìn)行澆筑時(shí)由于原來的混凝土表面沒有做過鑿毛處理，或者沒有用水進(jìn)行沖刷干凈，導(dǎo)致原混凝土、新混凝土接茬間出現(xiàn)接茬裂縫。

2.2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.2.1 選用的材料

隧道工程襯砌混凝土在選用材料方面也是極其重要的，材料的品質(zhì)、用量等都有可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。材料選擇的恰當(dāng)與否可以用以下幾個(gè)原則進(jìn)行衡量：首先，材料質(zhì)量較差、批次不同的材料進(jìn)行混用，或者水泥品質(zhì)選擇得不恰當(dāng)、不合適，這是不可取的；其次，砂石級(jí)配比不恰當(dāng)，含泥量較大，或者含粉量較大，水泥和骨料的膠結(jié)差等，都是導(dǎo)致襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因；再次，配合比設(shè)計(jì)得不合理，水泥用量超出設(shè)計(jì)規(guī)范，工程設(shè)計(jì)人員忽略了水泥用量加大對(duì)混凝土產(chǎn)生的影響；最后，外加劑、摻合料等選擇得不恰當(dāng)，有些工程人員對(duì)外加劑的認(rèn)識(shí)不足，選用的材料難以達(dá)到預(yù)期效果等。

2.2.2 不利的受力條件

不同的受力條件會(huì)導(dǎo)致不同種類的襯砌混凝土裂縫。其產(chǎn)生原因也有所區(qū)別，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，地基不均勻沉降。由于隧道工程襯砌混凝土要經(jīng)過不同的巖層，每一層的地基承載力有所區(qū)別，受力不同，斷面的襯砌混凝土抗變形能力也相差不小，或者是襯砌混凝土回填不對(duì)稱，隧道工程縱線產(chǎn)生不均勻沉降。以上沉降都會(huì)產(chǎn)生縱線彎矩，致使隧道產(chǎn)生變形應(yīng)力。

其次，混凝土的強(qiáng)度問題。混凝土在進(jìn)行澆筑時(shí)，也是施工的需要，在襯砌混凝土的強(qiáng)度沒有到達(dá)極限時(shí)進(jìn)行支撐、模板等的拆除，這些措施極有可能導(dǎo)致在混凝土強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求前，甚至是無(wú)法承受較大的力，而導(dǎo)致襯砌混凝土裂縫的出現(xiàn)，或者是在拆模的時(shí)候，使用模板臺(tái)車的時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致混凝土孔洞形成頂升裂縫。

最后，混凝土注漿壓力太大。襯砌混凝土在進(jìn)行注漿時(shí)，壓力過大會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。注漿的方式主要有兩種，掌子面注漿和背后回填注漿，前者進(jìn)行的過程中要對(duì)注漿的壓力變化和注漿量的多少進(jìn)行時(shí)刻觀察，以防二次襯砌混凝土?xí)r出現(xiàn)溢漿的現(xiàn)象。如果溢漿情況出現(xiàn)，則要適當(dāng)改變注漿方式，從而避免產(chǎn)生漿液擴(kuò)散。注漿壓力過大產(chǎn)生裂縫的原因是二次襯砌混凝土?xí)r背后注漿回填空隙和處理裂縫，要對(duì)注漿壓力進(jìn)行控制，盡量采用排氣管，避免裂縫的產(chǎn)生。

2.2.3 施工工藝不規(guī)范

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，混凝土裂縫產(chǎn)生的原因中施工工藝不規(guī)范所占比例較大，約為80%，由此可見施工工藝或者操作不規(guī)范對(duì)于隧道工程施工質(zhì)量的影響是非常大的。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，隧道工程開挖的過程中成型較差，超欠挖造成襯砌混凝土厚度不均勻，甚至是出現(xiàn)襯砌混凝土背后脫空的情況；其次，二次襯砌混凝土施工之前沒有做好監(jiān)測(cè)工作，使得施工安全系數(shù)降低，導(dǎo)致二次襯砌混凝土無(wú)法承受設(shè)計(jì)載荷；最后，襯砌混凝土所用原材料的計(jì)算的不準(zhǔn)確，以及外加劑的用量等無(wú)法準(zhǔn)確定量，使得實(shí)際的砂石材料含水量用來調(diào)整澆筑混凝土的用水量，導(dǎo)致混凝土水灰比不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，泵送混凝土過程中出現(xiàn)隨意加水的現(xiàn)象也有可能導(dǎo)致混凝土裂縫。

2.2.4 設(shè)計(jì)不當(dāng)

綜合某些原因，導(dǎo)致勘察設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)之前無(wú)法深入考察施工現(xiàn)場(chǎng)，甚至是對(duì)隧道周圍的圍巖判別，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)，沒有一定的專業(yè)依據(jù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作無(wú)法做到專業(yè)細(xì)致，甚至是帶有一定的盲目性。甚至個(gè)別建設(shè)單位的管理水平太低，缺乏專業(yè)的人才，或者設(shè)計(jì)方案的多變性等，綜上由于設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑?，都有可能?dǎo)致襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 防治混凝土裂縫的措施

襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生以后，首先經(jīng)過建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位對(duì)裂縫情況進(jìn)行檢查，指定破檢位置，并進(jìn)行監(jiān)督，鉆孔取樣，以確定裂縫類型，并針對(duì)不同類型的裂縫采取不同的防治措施。具體有以下幾個(gè)方面。

3.1 從設(shè)計(jì)方面著手，提高設(shè)計(jì)精度，加強(qiáng)項(xiàng)目管理

隧道工程施工之前做好工程前期的地質(zhì)勘查工作，為設(shè)計(jì)單位按照設(shè)計(jì)規(guī)范，提供出一份詳細(xì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等的勘查資料，并對(duì)工程所處地區(qū)常年的溫度、氣候，以及溫差變化等做詳細(xì)了解，提高設(shè)計(jì)的精度和質(zhì)量，加強(qiáng)工程項(xiàng)目的管理，進(jìn)行規(guī)范化管理。

3.2 對(duì)施工原材料質(zhì)量及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格控制

（1）水泥：隧道工程襯砌混凝土多用普通硅酸鹽水泥，但是應(yīng)該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，不能混合使用。

（2）碎石：符合泵送管路的內(nèi)徑要求，盡量選擇較大粒徑的碎石，對(duì)含泥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，不要超過1%，針、片狀物的含量不要超過15%，粒徑不要小于5 mm，不要超過40 mm。

（3）砂：砂的選擇原則是最好采用級(jí)配良好的中砂，對(duì)含泥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，最好不要超過3%，砂率的選取要綜合考慮混凝土運(yùn)輸、泵送，以及澆筑等，不要低于35%，不要超過40%。

（4）水：水的選擇較為單一，可以選用飲用水，水灰比的大小也很重要，比例越大，混凝土的干燥收縮比越大，要對(duì)泵送混凝土的用水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，這是減少襯砌混凝土裂縫的重要措施。隧道工程施工中水灰比約為0.5，混凝土入泵坍落度約為12 cm。

（5）摻合料：選擇粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術(shù)，以代替水泥用量。強(qiáng)度等級(jí)低于C25的混凝土，可以采用粉煤灰摻量來代替水泥，粉煤灰摻量?jī)H僅為水泥用量的的15%，膨脹劑摻量為水泥用量的10%。

（6）外加劑：選擇高效減水劑，降低水灰比，減少溫度裂縫，施工時(shí)合理選取外加劑的品質(zhì)和摻量。

3.3 對(duì)混凝土的施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制

首先，要提高鉆眼技術(shù)水平，對(duì)超欠挖現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)格控制；其次，對(duì)二次襯砌時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，混凝土拌合中要注意配料單計(jì)量，以及混凝土入模溫度；再次，混凝土灌注中要嚴(yán)禁泵送、運(yùn)輸過程中加水，注意灌注速度不要太快；最后，注意混凝土的脫模和養(yǎng)護(hù)。

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