隧道工程自應(yīng)力混凝土防水防裂措施探討

呂 鳳

(廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

公路隧道大多修建在山區(qū)和地下，在公路隧道建設(shè)過程中，難免會(huì)因?yàn)楦鞯丨h(huán)境不同和施工目的不同而出現(xiàn)各種問題，比如沿海城市由于海拔較低，公路隧道的地下水侵蝕或者滲透會(huì)很嚴(yán)重；比如四川地區(qū)由于地震頻發(fā)，公路隧道可能會(huì)受到地震影響從而開裂甚至塌方。

隧道二襯開裂是現(xiàn)在各種地區(qū)隧道工程皆為常見的病害之一，其危害甚巨，如不能正確處理，后患無窮。自應(yīng)力混凝土有較好的抗裂防滲性能，能夠很好地應(yīng)用于公路隧道中。

1 自應(yīng)力混凝土

在混凝土硬化過程中，混凝土的體積會(huì)逐漸收縮，其內(nèi)部便產(chǎn)生了大大小小的微觀裂縫。雖然表面上看上去很結(jié)實(shí)，但其內(nèi)部已經(jīng)滿面瘡痍，一旦受到外界的壓力作用，這些微觀裂縫便會(huì)迅速成長(zhǎng)為使混凝土崩裂的大裂縫。因此，我們需要使用一種具有補(bǔ)償收縮和產(chǎn)生自應(yīng)力性能的混凝土，能夠避免或大大減輕混凝土的開裂。

自應(yīng)力混凝土應(yīng)運(yùn)而生，與一般的硅酸鹽混凝土不同，自應(yīng)力混凝土中添加了鋁酸鹽。在混凝土硬化過程中，鋁酸鹽會(huì)水化膨脹，用鋁酸鹽的膨脹的多余體積彌補(bǔ)硅酸鹽收縮的體積，從而減少混凝土硬化過程中的體積改變。自應(yīng)力混凝土的使用，就像打鐵時(shí)刀刃上添加的一些高硬度合金，提升了混凝土的綜合性能，當(dāng)然，只是“減少”了混凝土的體積變化。在實(shí)際施工過程中，由于環(huán)境因素的影響，還有混凝土中各項(xiàng)成分配比的不同，其硬化過程中內(nèi)部的各種變化也略有差異，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各個(gè)成分的比例。

自應(yīng)力混凝土有較好的抗裂防滲性能，能夠很好地應(yīng)用于公路隧道中，保證施工和運(yùn)營(yíng)期間隧道的穩(wěn)定性和功能性。

2 隧道襯砌結(jié)構(gòu)裂縫機(jī)理

自應(yīng)力混凝土只是“減少”了普通混凝土在硬化過程中的體積變化，實(shí)際上在微觀上來講，混凝土內(nèi)部的縫隙在數(shù)量上并不會(huì)減少，只不過縫隙的開裂程度會(huì)減輕許多。如果說普通混凝土是一把黃土，那么自應(yīng)力混凝土就是將這把黃土捏緊了，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)相較之前而言更加緊實(shí)，性能也更加穩(wěn)定，但并不代表黃土變成了石頭，即使捏緊了的黃土碰到水還是會(huì)被沖掉的。所以自應(yīng)力混凝土即使結(jié)構(gòu)更強(qiáng)，但其本質(zhì)還是混凝土，其內(nèi)部依舊有許多微觀縫隙，在受到各種因素的影響時(shí)依舊會(huì)使其內(nèi)部縫隙擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土整體開裂。

2.1 外力作用

這里主要是指自應(yīng)力混凝土周圍的各種環(huán)境產(chǎn)生的壓力或者是改變了混凝土周圍原來的壓力環(huán)境，從而導(dǎo)致的混凝土開裂。

(1)松馳壓力。像廣西桂林和廣東丹霞等具有喀斯特地貌的流水沖蝕型地區(qū)，由于水將巖石內(nèi)部侵蝕掉了，導(dǎo)致巖石失去了原本的內(nèi)壓，從而使得彎曲的混凝土拱頂會(huì)向巖石內(nèi)部凹陷，產(chǎn)生裂縫，很容易發(fā)生隧道頂部塌方。

(2)偏壓。偏壓就是隧道整體承受的壓力不均勻，比如某段隧道外部由于時(shí)間的推移而長(zhǎng)了一棵樹，樹根不斷地向隧道內(nèi)伸展，這部分隧道承受的壓力就會(huì)變大，而其他區(qū)域沒有樹根的擠壓，壓力就小，這樣，由于壓力不均勻，就會(huì)使隧道開裂。

(3)膨脹性土壓。就像海綿吸水一樣，富含黏土的巖石在濕潤(rùn)的環(huán)境下容易吸水膨脹，不斷地?cái)D壓隧道的空間，導(dǎo)致隧道開裂。如果發(fā)生在隧道頂部，則會(huì)導(dǎo)致隧道局部被壓潰。

(4)水作用力。這里包含兩種作用力：①由于連續(xù)的降水或者氣候濕潤(rùn)，長(zhǎng)年累月的積水會(huì)造成隧道的受壓增加而產(chǎn)生裂縫；②在寒冷的地區(qū)，巖石周邊的水分會(huì)凍結(jié)膨脹，隨著時(shí)間的推移、水分的積累，巖石的體積會(huì)慢慢增加，從而擠壓隧道使隧道變形。

2.2 襯砌材質(zhì)的劣化

(1)經(jīng)年劣化。隨著時(shí)間的推移，空氣中的二氧化碳會(huì)與混凝土中的堿性物質(zhì)反應(yīng)，影響混凝土的結(jié)固。

(2)凍害。在高原以及寒帶地區(qū)，凍害是導(dǎo)致隧道永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)壽命縮短的主要原因，會(huì)使混凝土混入空氣導(dǎo)致表面不平整，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致表層脫落。

(3)水。地下水中的酸性物質(zhì)會(huì)與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，使混凝土質(zhì)量下降。

2.3 施工工藝與質(zhì)量控制

由于工地的技術(shù)水平和材料限制，很多時(shí)候即使發(fā)現(xiàn)了施工過程中的問題，也會(huì)因?yàn)椴僮魅藛T的疏忽而導(dǎo)致病害的發(fā)生，從而使混凝土整體質(zhì)量下降。

3 自應(yīng)力混凝土襯砌防水防裂技術(shù)措施

3.1 自應(yīng)力混凝土襯砌防水技術(shù)措施

(1)保證爆破時(shí)巖面的平整性。根據(jù)壓強(qiáng)的物理定律，表面光滑的物體能承受更大壓力，如果巖面不平整，那么勢(shì)必導(dǎo)致混凝土襯砌時(shí)襯砌面的不平整，會(huì)使混凝土承壓能力下降，影響工程質(zhì)量。所以在施工時(shí)，需嚴(yán)謹(jǐn)采集數(shù)據(jù)，精確計(jì)算爆破參數(shù)，調(diào)整施工方案，保證爆破符合要求。

(2)在混凝土初步開始固化時(shí)，需要一邊抽除鋼管一邊壓注漿液。如果不這樣做，后期回填灌漿時(shí)還需要另外鉆孔，防水板的密封性會(huì)被破壞。漿液水的水灰比例需要根據(jù)施工地的氣溫、濕度進(jìn)行隨時(shí)隨地的調(diào)整。混凝土的支撐保護(hù)也是十分必要的。另外，為提高工作效率，可以安排多個(gè)施工隊(duì)同時(shí)施工，每個(gè)施工隊(duì)需安排1～2名專業(yè)技術(shù)人員對(duì)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控檢驗(yàn)，以減少施工中的失誤發(fā)生，力求杜絕二次作業(yè)，保證工程質(zhì)量。

(3)防水層施工時(shí)，必須嚴(yán)格采集施工處的環(huán)境信息，在保證防水功能的同時(shí)，設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)的施工方案，再交由專業(yè)的施工隊(duì)施工。另外，防水層必須堅(jiān)固，能夠承受一定程度的地質(zhì)災(zāi)害，從而保證防水功能的穩(wěn)定。

(4)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整水灰比。自應(yīng)力混凝土硬化是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，受到各種環(huán)境因素的影響。在施工過程中，要在保證性能的前提下，調(diào)整出施工難度最低、施工成本最低的配比方案；另外水泥需要少用，因?yàn)樗嘣谀痰臅r(shí)候會(huì)放出大量的熱量，會(huì)引起周圍已凝固混凝土的變形甚至開裂；適當(dāng)增大砂率，砂率控制在35%～40%，灰砂比控制在1∶2～1∶2.5，以減少自應(yīng)力混凝土中的空氣孔洞以及縫隙，保證混凝土的密致性。

3.2 自應(yīng)力混凝土襯砌防開裂技術(shù)措施

(1)為減少自應(yīng)力混凝土中的空氣含量，在澆筑過程中需要通過不斷地震動(dòng)排出內(nèi)部的空氣。另外，為了保證結(jié)構(gòu)模板的支撐性能，需要從跨中向兩邊對(duì)稱施工，以保證初期支護(hù)設(shè)備的穩(wěn)定性?；炷林械母黜?xiàng)成分密度不一，為了防止自應(yīng)力混凝土各項(xiàng)成分的分離，在灌注漿液時(shí)，軟管到自應(yīng)力混凝土表面的距離不能太大，一般不超過2 m，需要根據(jù)各工地實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，使自應(yīng)力混凝土各項(xiàng)成分之間混合均勻，保證自應(yīng)力混凝土的質(zhì)量。

(2)由于施工地區(qū)不同，自應(yīng)力混凝土的流動(dòng)性、粘黏性和保水性略有差異，造成在襯砌拱頂時(shí)，自應(yīng)力混凝土不能飽滿地緊貼巖面，從而形成空隙，日后則會(huì)導(dǎo)致拱頂變形開裂滲水，甚至坍塌。因此在施工時(shí)需要充分?jǐn)嚢钃v實(shí)自應(yīng)力混凝土，提高混凝土的和易性。

(3)自應(yīng)力混凝土施工控制。盡量進(jìn)行短距離的多段施工，一步一步慢慢走，腳踏實(shí)地，無論操作多么繁瑣，保證工程質(zhì)量才是施工的第一目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

自應(yīng)力混凝土的誕生確實(shí)是隧道工程中技術(shù)上的一大進(jìn)步，但是由于其各種成分種類復(fù)雜，雖然相比普通混凝土而言性質(zhì)已經(jīng)較為穩(wěn)定，但是在實(shí)際施工過程中還是要根據(jù)環(huán)境的不同，指定不同的施工策略以及材料配方，以防止開裂滲漏現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展，保證隧道工程的整體質(zhì)量。