隧洞襯砌混凝土質(zhì)量通病分析與應(yīng)對措施

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110001）

隧洞襯砌混凝土質(zhì)量通病分析與應(yīng)對措施

賀杰

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110001）

針對水工隧洞襯砌混凝土質(zhì)量表面氣泡、蜂窩、麻面、裂縫、鋼筋顯影、錯(cuò)臺等質(zhì)量通病產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出了具體的應(yīng)對措施。為避免隧洞襯砌混凝土質(zhì)量通病的發(fā)生，除采取相應(yīng)的工程措施外，提高施工作業(yè)人員的技能水平、加強(qiáng)責(zé)任心也很重要。

水工隧洞；襯砌混凝土；質(zhì)量通病；應(yīng)對措施

水工隧洞襯砌混凝土質(zhì)量通病，一般是混凝土施工工藝方面的問題及部分配合比方面問題的外在反映，可以減少但難以根除，也并非所有的質(zhì)量通病都需要處理。按水工隧洞襯砌混凝土施工模式的不同，可分為先邊頂拱、后仰拱，先仰拱、后邊頂拱和全圓三種。其中，先邊頂拱、后仰拱施工模式，存在的質(zhì)量通病最為典型，常見的質(zhì)量通病有表面氣泡、蜂窩、麻面、裂縫、錯(cuò)臺、鋼筋顯影等。

1 表面氣泡和水痕問題

1.1 原因分析

表面氣泡主要是指混凝土局部外表面存在的內(nèi)徑大且成片集中的橢圓形凹坑的問題，單個(gè)或個(gè)別出現(xiàn)的氣泡沒有討論的意義。較易出現(xiàn)在馬蹄形斷面和圓形斷面的反弧段和底拱段。水痕是指混凝土表面類似水流過沙土?xí)r產(chǎn)生的痕跡，表現(xiàn)為邊墻上的自上而下的一道道痕跡，在仰拱上則與氣泡交疊在一起形成不規(guī)則的凹痕。氣泡能夠減少，但難以消除；而水痕是可以消除的。

在振搗過程中自由水及氣泡向兩邊及上部運(yùn)動，不吸水的鋼模與混凝土接觸面就會有較多水和氣泡。由于邊墻反弧段和仰拱正處于氣泡擴(kuò)散的方向上，所以水痕和氣泡在此部位容易集中出現(xiàn)。而邊墻上部和頂部混凝土與模板接觸面是在混凝土的下部，氣泡和水向圍巖方向運(yùn)動，在模板側(cè)是反應(yīng)不出來的，所以基本見不到氣泡和水痕。

混凝土中的氣泡主要來源于混凝土拌和、灌注中引入的氣泡和外加劑里引入的氣泡。在澆筑過程中，振搗的作用是使混凝土內(nèi)部各組成均勻分布，擠出大的氣泡和水化反應(yīng)多余的自由水，保留微小但有益的微氣泡，這些擠出的氣泡分布在鋼模與混凝土接觸面，沒有破碎，同時(shí)鋼模表面脫模劑的粘滯力和混凝土與鋼模的摩擦力限制了氣泡向上的排出，在混凝土成型后就會表現(xiàn)為氣泡。

在澆筑混凝土?xí)r，混凝土中含水量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水化反應(yīng)需水量的，經(jīng)過振搗，自由水集中于表面，若澆筑上層料時(shí)，平板振搗器振幅大、功率大，對下層初凝成型混凝土擾動大，下層已成塑性的混凝土就會一模板產(chǎn)生小的間隙，上部水流下，從而產(chǎn)生水痕。

1.2 應(yīng)對措施

1）模板處理。表面應(yīng)保持光潔，脫模劑涂抹均勻,可在脫模劑中滲加適量滑石粉。

2）正確振搗。合理確定振搗時(shí)間、振搗間距、振搗深度等參數(shù)。時(shí)間過長，會出現(xiàn)粗骨料下沉，水泥漿上浮，從而混凝土泌水、離析現(xiàn)象，時(shí)間過短，骨料還沒有靠攏密實(shí)，氣泡沒有排出，因此振搗時(shí)間長短需要通過試驗(yàn)確定。一般振搗棒的振搗半徑是50～70 cm，間距50～60為宜，下料分層厚度不應(yīng)過大；平板振搗器有效厚度一般20 cm，同時(shí)振搗過程中要“快插慢拔”；合理使用振搗器，先插入式后平板式振搗較好，平板振搗器振搗時(shí)間不宜過長，尤其不能在下部混凝土已初凝時(shí)對下部混凝土產(chǎn)生擾動。通過這樣的振搗，達(dá)到混凝土外光內(nèi)實(shí)。

3）外加劑使用。很多施工單位反應(yīng)，外加劑尤其是引氣劑的使用，導(dǎo)致拌和后的混凝土含有大量較大的氣泡，且表面張力較大，氣泡不易破裂，而且導(dǎo)致混凝土粘性大，流動性減弱，為了保證泵送順暢，用水量加大。這無形中加大了混凝土出現(xiàn)裂縫和表面氣泡的風(fēng)險(xiǎn)。因此必須把好原材料質(zhì)量關(guān)，在選擇外加劑時(shí)，應(yīng)選用引氣氣泡小、分布穩(wěn)定均勻的引氣劑，盡量少用或不用產(chǎn)生氣泡較多的引氣劑。

4）合理的水灰比。拌和時(shí)要嚴(yán)格按配合比控制用水量，若流動性不能保證泵送順暢，現(xiàn)場調(diào)整配合比時(shí)，必須按要求調(diào)整，以現(xiàn)場能夠泵送就可以了，澆筑過程中，絕對不能加水；對先前澆筑的混凝土用平板振搗器進(jìn)行二次輔助式振搗，振搗時(shí)機(jī)以距初次振搗間隔一段時(shí)間但混凝土還未初凝，振搗時(shí)間3～5 s即可，通過二次振搗可消除和破壞水、氣泡；施工單位應(yīng)對現(xiàn)場操作人員加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督檢查，加強(qiáng)責(zé)任心教育，及時(shí)根據(jù)通病情況采取應(yīng)對措施。

5）表面修補(bǔ)。一般的氣泡和水痕并不需要處理，只有較大或與混凝土內(nèi)部氣泡連片出現(xiàn)時(shí)，才需要處理。

混凝土拆模后，立即按設(shè)計(jì)要求處理；處理完1 d后，開始養(yǎng)護(hù)。

2 麻面

2.1 原因分析

氣泡過度集中容易形成麻面，粘模也會形成麻面。粘模的原因主要是因?yàn)槟０灞砻娌桓蓛?，粘有灰漿；脫模劑沒有涂刷到位；脫模時(shí)間過長。前兩個(gè)原因比較常見。

2.2 應(yīng)對措施

每模后都要檢查模板表面，及時(shí)清理模板表面的灰漿；及時(shí)補(bǔ)刷脫模劑。

3 蜂窩

在薄壁混凝土中，由于平板振搗器的使用，蜂窩不容易出現(xiàn)，一般出現(xiàn)時(shí)主要在兩側(cè)底腳反弧段，是由于局部粗骨料集中且沒有振搗引起，若此處保護(hù)層薄，就會露筋。只要混凝土料均勻、振搗到位就能避免。

4 裂縫和面滲

4.1 原因分析

壓力水形成的滲水通道、施工冷縫、應(yīng)力裂縫、干縮縫、澆筑過程中的層間軟弱結(jié)合面等，均形成裂縫。在邊頂拱的表現(xiàn)形式有水平通長裂縫，有環(huán)向裂縫，有不規(guī)則的頂部裂縫，有些裂縫還有水流滲出。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際檢查，多數(shù)裂縫為深度裂縫，甚至是貫通裂縫，對配筋危害較大，影響混凝土的耐久性。水平通長裂縫影響結(jié)構(gòu)安全。

裂縫的成因復(fù)雜，根據(jù)對多個(gè)洞段的統(tǒng)計(jì)分析，環(huán)向裂縫一般為應(yīng)力裂縫。由于混凝土外壁圍巖側(cè)表面起伏差大，混凝土厚的約1.0 m，薄的約0.2 m，即使開挖質(zhì)量較好且?guī)r石完整性較好的，起伏差也要在20 cm以上，這樣造成混凝土厚薄不均，在內(nèi)部出現(xiàn)較多應(yīng)力集中部位。混凝土早期水化反應(yīng)后，內(nèi)部溫度會下降，體積會收縮，由于襯砌混凝土為薄壁結(jié)構(gòu)，溫降很快，加之混凝土高標(biāo)號水泥用量大收縮明顯。此時(shí)靠近圍巖側(cè)產(chǎn)生約束，而外部臨空側(cè)沒有約束，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力差，當(dāng)超過混凝土的抗拉能力時(shí)，裂縫就產(chǎn)生了，由于混凝土厚度差別大，故而表現(xiàn)不規(guī)則的裂縫，尤其表現(xiàn)在環(huán)向裂縫。

此外，很多洞段為了搶進(jìn)度，拆模過早，有的洞段從開始澆筑到拆模的時(shí)間僅24 h，混凝土強(qiáng)度低，頂部出現(xiàn)沉降，在此荷載作用下，混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力破壞了表面的完整性，由此產(chǎn)生了裂縫，也可以稱為過載裂縫，此種裂縫多出現(xiàn)在頂部。

當(dāng)兩側(cè)底腳與底板墊層間摩擦力小，難以約束上部混凝土重力擠壓時(shí)向內(nèi)部移動，同時(shí)上部混凝土受壓向下，此時(shí)水平裂縫出現(xiàn)了，而且這個(gè)裂縫多出現(xiàn)在距仰拱表面1.5～2.5 m的高度，這個(gè)高度往往是反弧段與上部弧段交接部位。

溫度裂縫一般出現(xiàn)在大體積混凝土表面或外界溫差變化較大時(shí)?；炷羶?nèi)部與外部熱脹冷縮程度不同，表面產(chǎn)生一定拉應(yīng)力，超過抗拉極限時(shí)，出現(xiàn)裂縫，且一般表現(xiàn)在表面，且多發(fā)生于混凝土中后期。襯砌混凝土厚度在0.3～0.5 m間，這樣的薄壁結(jié)構(gòu)散熱快，洞內(nèi)環(huán)境溫度基本恒定且不太低，故出現(xiàn)溫度裂縫的機(jī)率極小。且薄壁混凝土散熱快，隧洞襯砌混凝土基本不存在此種裂縫。

表面干縮裂縫是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長短不一。洞內(nèi)不存在產(chǎn)生的的條件。

還有一種情況，若欠挖較多，混凝土過薄，則出現(xiàn)裂縫的機(jī)率增大很多。

若裂縫所在位置有圍巖裂隙水時(shí)，裂縫內(nèi)部會有水滲出。襯砌前的巖面有淋滲水時(shí)，若不加以引排，在混凝土澆筑后就容易出現(xiàn)滲水點(diǎn)或線，因?yàn)榉忾]內(nèi)水要有外排通道。

4.2 應(yīng)對措施

從澆筑到拆模的間隔時(shí)間不能太短，要通過試驗(yàn)確定強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)再拆模；加強(qiáng)兩側(cè)底腳建基面清理，把軟弱層清理掉，把水排凈；提前處理欠挖，保證混凝土設(shè)計(jì)厚度；在澆筑前，對淋滲水進(jìn)行集中引排；正確振搗，充分振搗，不漏振；提前處理周邊圍巖表面突出部位；注意層間結(jié)合部位的振搗，一定要使用振搗棒振搗到位，且要插入下層一定深度，保證層間充分結(jié)合；做好施工準(zhǔn)備，對混凝土供應(yīng)中斷或堵管的情況有處理預(yù)案，減小澆筑間歇時(shí)間，避免冷縫。

5 鋼筋顯影

1）原因分析。鋼筋顯影并非是質(zhì)量通病專有名詞，僅對“混凝土表面出現(xiàn)的與內(nèi)部鋼筋網(wǎng)分布相似、顏色與表面混凝土有明顯色差”現(xiàn)象的一種形象描述，遠(yuǎn)看像動物的肋骨，故也稱為“肋骨狀陰影”。這個(gè)現(xiàn)象是對鋼筋與鋼筋到表面間混凝土關(guān)系的反應(yīng)，其中一個(gè)指標(biāo)是鋼筋保護(hù)層厚度。

色差是粉煤灰顏色比水泥深所致。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是因?yàn)?，振搗過程中，由于此處受擾動較大，粗骨料遠(yuǎn)離鋼筋，而此處水泥與粉煤灰相對較多，由于粉煤灰輕，更容易集中于表面，當(dāng)保護(hù)層薄時(shí)，此現(xiàn)象更加明顯。

通過對部分顯影部位的檢測表明：有鋼筋顯影響現(xiàn)像的，可能存在混凝土保護(hù)層不足的問題；但保護(hù)層過小的部位一定出現(xiàn)鋼筋顯影現(xiàn)象。

2）應(yīng)對措施。保證混凝土中鋼筋保護(hù)層的厚度；振搗時(shí)，不要振到鋼筋。

6 錯(cuò)臺

6.1 原因分析

兩倉混凝土間結(jié)構(gòu)縫處，出現(xiàn)高差即為錯(cuò)臺。經(jīng)常出現(xiàn)在頂拱和兩側(cè)底腳的個(gè)別部位。

出現(xiàn)在兩側(cè)底腳的原因是混凝土澆筑過程中模板受壓向內(nèi)變形，導(dǎo)致變形的原因可能是模板鋼度不足，也可能是支撐模板的液壓或機(jī)械支撐由于存在間隙在受力時(shí)出現(xiàn)小幅回縮。

出現(xiàn)在頂拱的原因是模板兩側(cè)輪廓不同，模板臺車整體沉降時(shí)也會出現(xiàn)這種情況。

還有一種情況，在混凝土澆筑過程中，單側(cè)下料過快過高，兩側(cè)受力差過大，引起臺車偏移。由于模板臺車一端搭接在已澆筑成型的上一倉混凝土上，此端被約束，但沒有約束的另一端會向一側(cè)發(fā)生小量偏移，錯(cuò)臺就會在下一倉混凝土中表現(xiàn)出來。

6.2 應(yīng)對措施

鋼度不足的，加固模板；已出現(xiàn)變形的，進(jìn)行校正；在澆筑過程中，施工作業(yè)人員要注意觀察模板變形情況，及時(shí)緊固液壓或機(jī)械支撐。控制分層澆筑混凝土的高度。

7 結(jié)語

水工隧洞襯砌混凝土質(zhì)量通病的影響因素很多，在此不一一列舉。此外，為避免隧洞襯砌混凝土質(zhì)量通病的發(fā)生，提高混凝土施工作業(yè)人員的技能水平、加強(qiáng)責(zé)任心也很重要。工程實(shí)踐表明，明確了混凝土質(zhì)量通病的成因，積極采取有效的應(yīng)對措施，提高作業(yè)人員的技能培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)，并注重加強(qiáng)責(zé)任心教育，可使水工隧洞襯砌混凝土上述質(zhì)量通病得到有效控制。

［1］馬虎臣，建筑工程質(zhì)量監(jiān)督與控制［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001.

［2］王杰.鋼筋混凝土質(zhì)量通病防治措施［J］.山西建筑，2006，32（2）.

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1002－0624（2017）05－0017－03

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2017-01-10