輸水隧洞襯砌混凝土裂縫處理

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)在水利工程建設(shè)上的發(fā)展力度不斷加強(qiáng)，雖然水利工程在施工技術(shù)上已小有成就，但對(duì)其質(zhì)量的管理仍存在明顯不足，尤其在水工隧洞混凝土施工中常出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，這不僅讓混凝土的承載力與抗?jié)B能力降低，也給工程的安全性和使用年限帶來(lái)不可估量的影響。本文先對(duì)混凝土裂縫會(huì)帶來(lái)的危害進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，再對(duì)致使裂縫產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行分析，最后總結(jié)出相應(yīng)的控制措施，以期改善水工隧洞混凝土在施工過(guò)程中產(chǎn)生裂縫等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：輸水隧洞；混凝土襯砌；裂縫處理；控制措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0175-02

眾所周知，裂縫的產(chǎn)生以及相應(yīng)的處理措施都能直接對(duì)輸水隧洞的使用年限造成影響。一旦輸水隧洞襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫，尤其是有壓隧洞便會(huì)開(kāi)始滲水，并伴隨鈣化物質(zhì)的析出，與此同時(shí)也會(huì)對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)一定損壞，進(jìn)而對(duì)輸水隧洞的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。值得一提的是，地下輸水隧洞，包括有壓輸水隧洞，均屬于水利水電工程施工建設(shè)中常見(jiàn)的項(xiàng)目，因而準(zhǔn)確地總結(jié)造成裂縫的原因并實(shí)施何種控制措施對(duì)整個(gè)水利工程都有著極為重要的意義。

1 輸水隧洞襯砌過(guò)程中混凝土發(fā)生裂縫的危害

一般而言，在水工隧洞的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，隧洞襯砌的具體方案是最先被考慮的方案。隧洞的結(jié)構(gòu)主體為圍巖，而襯砌是對(duì)圍巖進(jìn)行加固的一種措施。在圍巖依靠自身維持穩(wěn)定時(shí)，襯砌所起到的作用是對(duì)圍巖表面的基本保護(hù)，防止圍巖逐漸風(fēng)化及滲水等損失，從一定程度上降低圍巖的粗糙程度[1]。倘若隧洞所處的巖石質(zhì)地較好，便可忽視這層保護(hù)。依據(jù)相關(guān)部門(mén)的不完全統(tǒng)計(jì)顯示，如今我國(guó)在進(jìn)行水利水電工程施工的過(guò)程中輸水隧洞運(yùn)用混凝土部分襯砌或完全襯砌的模式是十分常見(jiàn)的。

有效數(shù)據(jù)表明，目前我國(guó)在混凝土施工技術(shù)上較難克服的問(wèn)題便是裂縫問(wèn)題，該問(wèn)題的不斷產(chǎn)生，一方面會(huì)對(duì)相關(guān)工程項(xiàng)目的外觀(guān)造成影響，另一方面，也是最為重要的一方面，它會(huì)無(wú)法確保水利工程的長(zhǎng)期使用，更嚴(yán)重的是，可能會(huì)帶來(lái)安全隱患。具體的危害可歸結(jié)為以下五種情況：

（1）相關(guān)研究顯示，水利工程項(xiàng)目施工過(guò)程中出現(xiàn)的滲水問(wèn)題大都是混凝土施工時(shí)出現(xiàn)裂縫所造成的。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致混凝土因逐漸干燥而收縮，進(jìn)而加劇了裂縫的開(kāi)裂程度。除此以外，混凝土的堿性也會(huì)有所降低，致使混凝土結(jié)構(gòu)中所含有的鋼筋鈍化膜遭受損壞[2]。

（2）一旦水利工程項(xiàng)目在進(jìn)行混凝土施工的過(guò)程中出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，必定會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象，再者伴隨滲水現(xiàn)象的不斷持續(xù)，在水壓作用下會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫逐漸擴(kuò)大。

（3）倘若工程外觀(guān)上出現(xiàn)較大的裂縫，除去其所帶來(lái)的實(shí)質(zhì)性威脅，即便是暫時(shí)性安全的工程也容易讓人深感不安，對(duì)人們的心理帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)。

（4）當(dāng)滲水程度嚴(yán)重時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)往往會(huì)因水的浸泡而遭到水解性損壞，甚至對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重的隱患，造成安全問(wèn)題的發(fā)生。

（5）位于沿海地區(qū)的水利工程項(xiàng)目，其相應(yīng)的圍巖時(shí)常被含鹽水霧或海浪所侵蝕，在受到嚴(yán)重?fù)p壞后便會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。一旦氯離子伴隨海水不斷滲入至裂縫中，將加速其鋼筋結(jié)構(gòu)的銹蝕程度，大大縮減混凝土結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間。

2 致使混凝土裂縫的原因

2.1 水化熱導(dǎo)致的裂縫

水泥水化熱是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的重要因素之一。水泥水化過(guò)程中會(huì)釋放大量的熱量，如果混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，水化熱聚集在混凝土內(nèi)部不容易散出，使得溫度升高。隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，其彈性模量會(huì)增加，對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束越來(lái)越大，進(jìn)而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，如果混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗產(chǎn)生的應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫。

2.2 骨料級(jí)配對(duì)混凝土的影響

混凝土骨料是混凝土的重要組成部分，在混凝土中起骨架和填充的作用，通常分為細(xì)骨料和粗骨料兩類(lèi)。骨料的級(jí)配對(duì)混凝土的和易性、經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，直接影響到混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗腐蝕性、耐久性。較好的骨料級(jí)配應(yīng)當(dāng)是：空隙率小，以減少水泥用量并保證密實(shí)度；總表面積小，以減少濕潤(rùn)骨料表面的需水量和膠凝材料的用量；有少量的細(xì)顆粒以滿(mǎn)足和易性的要求。因此，骨料級(jí)配越差，孔隙率越大，填充空隙的漿體越大，開(kāi)裂的可能性越大。

2.3 氣候及溫差的變化較大

需要我們注意的是，由于大多數(shù)水利工程項(xiàng)目所需的施工周期都比較長(zhǎng)，歷時(shí)長(zhǎng)的項(xiàng)目有時(shí)會(huì)跨越一年四季，而時(shí)間短的項(xiàng)目一般也會(huì)持續(xù)兩個(gè)不同季節(jié)，如此一來(lái)，水利工程項(xiàng)目便會(huì)在施工過(guò)程中經(jīng)歷多種氣候的考驗(yàn)。要知道，當(dāng)項(xiàng)目位于溫差大、氣候差異明顯的區(qū)域時(shí)，混凝土往往會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，其中，處于硬化時(shí)期的混凝土?xí)l(fā)出大量熱氣，從而產(chǎn)生了一定的拉應(yīng)力，若溫度陡然降低，這種拉應(yīng)力很容易不斷增強(qiáng)，對(duì)于韌性較差的混凝土結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)拉應(yīng)力增強(qiáng)到某一程度，超過(guò)了混凝土結(jié)構(gòu)的荷載能力，便會(huì)斷裂，即出現(xiàn)裂縫。這種裂縫大都出現(xiàn)在混凝土施工的后期，其具體走向與深度尚不明確[3]。

2.4 施工的工藝不夠合理

是否符合標(biāo)準(zhǔn)化的施工流程及能否達(dá)到施工的要求，都可以有效避免混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。目前我們所見(jiàn)的大部分裂縫的產(chǎn)生都是由于施工前期未對(duì)地質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格勘察，同時(shí)在工程施工的過(guò)程中未依照標(biāo)準(zhǔn)化流程開(kāi)展作業(yè)，進(jìn)而致使裂縫的產(chǎn)生，或者其他的施工質(zhì)量問(wèn)題[4]。比如部分施工單位在施工前期未能軟弱地基進(jìn)行處理，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的承載力很弱；在混凝土澆筑施工中若不遵照標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝，極易導(dǎo)致混凝土的變形；一旦混凝土振搗不夠密實(shí)和均勻或攪拌的時(shí)間太長(zhǎng)，都會(huì)讓已成型混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力大幅度降低，甚至低于施工質(zhì)量的基本要求。

2.5 后期的養(yǎng)護(hù)工作需不斷完善

就水利工程項(xiàng)目中的混凝土施工而言，施工前期對(duì)地質(zhì)的勘察、施工中期對(duì)質(zhì)量的監(jiān)管及施工后期對(duì)工程的養(yǎng)護(hù)等都是確保施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。很大一部分的建設(shè)施工單位往往只重視了施工前期與中期的工作，而忽視了施工后期的養(yǎng)護(hù)工作，未對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)容易受氣候、溫差的影響及長(zhǎng)期性露天使用等實(shí)際狀況加以充分考慮，因而常因養(yǎng)護(hù)方式不完善、或養(yǎng)護(hù)過(guò)程不夠合理、甚至不采用養(yǎng)護(hù)措施等情況導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的表面因變形而出現(xiàn)裂縫[5]。

2.6 施工材料的配比不盡合理

要想保障混凝土結(jié)構(gòu)是否具備良好的塌落度、和易性及承載能力，在進(jìn)行混凝土施工時(shí)便需要依照實(shí)際來(lái)對(duì)施工材料進(jìn)行科學(xué)合理的配比[3]。當(dāng)下的某些施工單位在實(shí)際施工時(shí)沒(méi)能多加重視材料的配比問(wèn)題，經(jīng)常因一味的縮減成本或欠缺嚴(yán)格且規(guī)范的質(zhì)量監(jiān)管或控制手段，致使混凝土的水灰比、添加劑的使用劑量、粗骨科石子粒徑及含沙量等都不合要求，進(jìn)一步對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響，同時(shí)也使得對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)無(wú)法達(dá)到塌落度與和易性的要求而造成施工結(jié)束后裂縫的產(chǎn)生。

3 混凝土裂縫的控制措施

3.1 有效應(yīng)對(duì)氣候及溫差的變化

相關(guān)部門(mén)應(yīng)充分考慮氣候與溫度這兩個(gè)因素，采取相應(yīng)措施降低混凝土溫度應(yīng)力，避免因氣溫變化而帶來(lái)的混凝土裂縫問(wèn)題。由此看來(lái)，當(dāng)項(xiàng)目必須在氣溫高的夏季開(kāi)展施工時(shí)，需要對(duì)混凝土澆筑厚度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以便給澆筑面留出足夠空間進(jìn)行散熱。此外，可以借助水流來(lái)降溫，即在混凝土的結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋪設(shè)冷水管道，并且盡量避免在陽(yáng)光光照強(qiáng)烈時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑[6]。而在溫差變化大的區(qū)域開(kāi)展施工，便需要采取一定的保溫措施，減少因溫差導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的可能。

3.2 不斷優(yōu)化施工工藝流程

確保混凝土施工的質(zhì)量合乎要求的必要條件便是合乎標(biāo)準(zhǔn)化要求的施工工藝及施工過(guò)程中相應(yīng)混凝土澆筑構(gòu)件的拼裝與制作[7]。為避免施工結(jié)束后混凝土出現(xiàn)裂縫，在整個(gè)施工過(guò)程中都必須保證模板與支架的強(qiáng)度都符合實(shí)際的施工標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步為施工的整個(gè)過(guò)程打下良好基礎(chǔ)。另外，在進(jìn)行工程施工的過(guò)程中相關(guān)施工單位切不可存在僥幸心理，每個(gè)工作人員都必須在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的前期對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理，防止后續(xù)問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.3 逐步完善項(xiàng)目的后期維護(hù)工作

混凝土的澆筑工作結(jié)束并不表示施工工作已經(jīng)完全結(jié)束，相關(guān)人員仍需在后期對(duì)混凝土進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù)，以保障混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。與此同時(shí)，還需采取科學(xué)的技術(shù)手段來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化混凝土的韌性與承載能力，促使混凝土結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定，盡力通過(guò)養(yǎng)護(hù)措施來(lái)避免裂縫的產(chǎn)生。

3.4 嚴(yán)格控制施工材料的質(zhì)量

要想嚴(yán)格控制好施工材料的質(zhì)量，必須從以下兩點(diǎn)著手：①在進(jìn)行施工配料時(shí)要注意含泥量與水灰比等，必須在混凝土澆筑前完成相應(yīng)的配比試驗(yàn)。②要再三確認(rèn)原材料的質(zhì)量是否滿(mǎn)足要求，因而在進(jìn)行原料采購(gòu)時(shí)要對(duì)材料的級(jí)配與價(jià)格多加關(guān)注，切不可只考慮成本而忽視質(zhì)量。另外，對(duì)已采購(gòu)的材料，要做好相應(yīng)的防潮防曬措施，保證材料質(zhì)量的相對(duì)穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，輸水隧洞襯砌的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是水利水電工程施工過(guò)程中較為常見(jiàn)的一種不良現(xiàn)象，裂縫不僅會(huì)影響輸水隧洞的使用功效，還會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性度帶來(lái)一定破壞。要想避免混凝土裂縫，確保水利水電工程施工的質(zhì)量，相關(guān)部門(mén)必須分別在工程施工的前期、中期及后期采取預(yù)防、防治及處理措施，促使混凝土結(jié)構(gòu)的各個(gè)指標(biāo)均能達(dá)到較高的水平，進(jìn)而消除安全隱患，延長(zhǎng)輸水隧洞工程的使用壽命，為相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)造更好的效益。

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收稿日期：2018-11-7

作者簡(jiǎn)介：張振國(guó)（1985-），男，漢族，云南瀘西人，工程師，本科，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。