淺談水工隧洞施工裂縫預(yù)防及加固措施

王偉

摘 ? 要：水工隧洞大多數(shù)用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)于結(jié)構(gòu)整體的安全運(yùn)行以及承載力有著很重要的影響?；炷亮芽p是水工隧洞支護(hù)施工中比較常見(jiàn)的問(wèn)題，也是隧洞混凝土工程亟待解決的一大技術(shù)難題。本文先分析了水工隧洞施工裂縫成因，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了預(yù)防及加固措施，旨在為進(jìn)一步提高水工隧洞支護(hù)施工質(zhì)量建言。

關(guān)鍵詞：水工隧洞 ?裂縫 ?預(yù)防措施 ?加固措施

中圖分類號(hào)：TV523 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（a）-0023-02

裂縫一直是水工隧洞混凝土結(jié)構(gòu)存在質(zhì)量問(wèn)題的主要原因，水工隧洞裂縫的產(chǎn)生原因有很多，如果處理不及時(shí)或裂縫得不到有效控制，不僅會(huì)降低水工隧洞結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和耐久性，還會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部受力鋼筋銹蝕，損害結(jié)構(gòu)構(gòu)件，給水工結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的安全隱患。鑒于此，必須要積極預(yù)防和及時(shí)處理裂縫，提高水工隧洞結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性能，實(shí)現(xiàn)工程降本增效的目的。

1 ?水工隧洞施工裂縫成因分析

1.1 水工隧洞施工裂縫的類型

水工隧洞支護(hù)施工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)兩種裂縫：細(xì)小表層裂縫和貫穿性有危害裂縫。細(xì)小表層裂縫通常分布在混凝土表層，其特點(diǎn)是非常細(xì)小，寬度都<0.5mm，長(zhǎng)度≤1mm，沒(méi)有規(guī)律可循，數(shù)量也比較多。細(xì)小表層裂縫呈輕微張開(kāi)或閉合狀態(tài)。從危害上來(lái)說(shuō)，這種裂縫不會(huì)影響到支護(hù)混凝土，但若控制無(wú)效，長(zhǎng)期存在，也會(huì)導(dǎo)致水工隧洞內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕，危害整體結(jié)構(gòu)的安全，甚至引發(fā)安全事故。貫穿性有危害裂縫是貫穿整個(gè)水工隧洞整體結(jié)構(gòu)的一種裂縫，其對(duì)水工隧洞的安全具有直接的影響，是水工隧洞不穩(wěn)定的表現(xiàn)。這種裂縫經(jīng)常單一出現(xiàn)，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，呈現(xiàn)出顯著的向外張開(kāi)狀態(tài)，寬度一般在5mm之上，有的甚至可到20mm以上。水工隧洞支護(hù)混凝土大面積滲漏，一般都是貫穿性有危害裂縫導(dǎo)致的。

1.2 水工隧洞施工裂縫的成因

多種原因都會(huì)導(dǎo)致水工隧洞施工裂縫，其中，最主要的有如下三點(diǎn)：第一，溫差過(guò)大。大幅降溫會(huì)引起襯砌混凝土收縮裂縫，尤其是中小型水工隧洞通風(fēng)降溫條件不佳，施工作業(yè)地層深度較深，而水泥水化熱的溫升又是比較快、比較大的，特別是在南方地區(qū)，水工隧洞中常年都會(huì)存在溫度過(guò)高的情況。這樣，洞內(nèi)水分就會(huì)因溫度過(guò)高而蒸發(fā)冷凝淅過(guò)快，如果混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，就會(huì)使大體積混凝土的散熱與施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境散熱條件不符，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。因溫度而產(chǎn)生的收縮裂縫具有形成不規(guī)律的特點(diǎn)，對(duì)溫度變化敏感性強(qiáng)，對(duì)工程性能的影響也具有較大的變數(shù)。第二，因外部圍巖或鋼筋應(yīng)力效應(yīng)導(dǎo)致的裂縫。如果水工隧洞施工周期短，開(kāi)挖成洞質(zhì)量就可能就不會(huì)很高，如混凝土養(yǎng)護(hù)不到位、不采取錨噴支護(hù)等，進(jìn)而使得成洞后襯砌混凝土也出現(xiàn)低質(zhì)量，在外部重壓下就會(huì)產(chǎn)生裂縫問(wèn)題。這種裂縫會(huì)影響襯砌混凝土發(fā)育質(zhì)量與發(fā)育規(guī)模，破壞水工隧洞的整體安全。第三，地質(zhì)水文條件變化導(dǎo)致的裂縫。地質(zhì)水文都是一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，盡管水工隧洞是按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工的，但因地質(zhì)水文條件變化不定，就會(huì)導(dǎo)致具體施工技術(shù)等可能會(huì)與設(shè)計(jì)圖紙存在一定的差別，從而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，這種裂縫的形成一般都是直觀易見(jiàn)的，也比較容易控制和處置。

2 ?水工隧洞施工裂縫預(yù)防及加固措施

2.1 預(yù)防措施

（1）對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控。由于開(kāi)挖水工隧洞會(huì)破壞隧洞圍巖，甚至?xí)?dǎo)致塌方事故，因此，必須要采取邊開(kāi)挖、邊支護(hù)加固的方法，以減少開(kāi)挖對(duì)巖體產(chǎn)生的震動(dòng)和破壞，避免擾動(dòng)成型隧洞的混凝土。在水工隧洞施工中，要保證良好的通風(fēng)與排水條件，灌漿與噴錨施工工藝要科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)還要加固支護(hù)與穩(wěn)定支護(hù)，有效消除圍巖二次及三次應(yīng)力重新分布作用，降低其對(duì)襯砌混凝土的破壞性影響，減少混凝土錨噴厚度不均、封閉結(jié)合不完全等問(wèn)題。要均勻振搗澆筑混凝土，確保振搗密實(shí)，施工縫結(jié)合可靠。施工完成后，要對(duì)混凝土的澆筑厚度進(jìn)行詳細(xì)檢查，并確定支護(hù)混凝土加固的基本鋼筋配置。檢查有無(wú)存在細(xì)小表層裂縫，如果有，應(yīng)立即進(jìn)行處理，保證水工隧洞襯砌混凝土施工的高質(zhì)量。混凝土外加劑種類和用量要控制科學(xué)，應(yīng)在自檢合格的基礎(chǔ)上，對(duì)外加劑與水泥進(jìn)行相容性試驗(yàn)?；炷镣瓿蓾仓?，要進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)護(hù)，并保證養(yǎng)護(hù)時(shí)間足夠。邊墻和拱頂可采用噴涂養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，仰拱應(yīng)采用流水養(yǎng)護(hù)方式。

（2）嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量。在采購(gòu)原材料時(shí)，應(yīng)盡量采用低熱量的水泥品種。在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過(guò)程中，要加強(qiáng)管理，避免水泥受潮或摻雜其他混合物。不定期檢查現(xiàn)場(chǎng)堆放的粗集料，及時(shí)做好記錄和補(bǔ)給情況。在混凝土入模前，應(yīng)采用水冷卻、空氣氣化冷卻、風(fēng)冷卻等方法，對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。還可在混凝土中適當(dāng)加入粉煤灰，以提高混凝土的密實(shí)度和和易性。膨化劑的合理?yè)饺?，可提高混凝土的抗?jié)B性和抗裂性，增強(qiáng)其強(qiáng)度。如果施工中出現(xiàn)滲水情況，應(yīng)立即進(jìn)行處理，避免對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)及所使用的原材料產(chǎn)生腐蝕性等負(fù)性作用。此外，還要優(yōu)化混凝土配合比，避免混凝土出現(xiàn)干縮或水化熱現(xiàn)象，這樣可以有效減少裂縫的發(fā)生。

（3）強(qiáng)調(diào)隧洞開(kāi)挖清基。在水工隧洞施工過(guò)程中，經(jīng)常存在欠挖或超挖現(xiàn)象，這都會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。同時(shí)，清基不徹底也是不可忽視的裂縫成因之一。澆筑混凝土前，底板存在的沉積料和浮渣等，都要及時(shí)清理干凈。如果清理不干凈，就會(huì)出現(xiàn)混凝土夾層，限制巖石的彈性抗力，降低襯砌的荷載力，最終誘發(fā)裂縫出現(xiàn)。因此，施工單位要對(duì)隧洞清基質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，杜絕欠挖、超挖問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)技術(shù)交底的重要性，加強(qiáng)爆破水平及技術(shù)的培訓(xùn)，提高爆破效果。清洗巖石倉(cāng)面時(shí)，應(yīng)在兩側(cè)5m外設(shè)置圍擋，避免雜物和外水流入倉(cāng)內(nèi)，并及時(shí)將倉(cāng)面積水排干凈。開(kāi)挖后，要以每倉(cāng)檢查3個(gè)斷面，合格后，才能進(jìn)行鋼筋綁扎。不合格的，可采用風(fēng)鎬鑿除方式進(jìn)行二次處理。

（4）強(qiáng)化振搗管理。施工單位在下料時(shí)，應(yīng)指派經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員旁站監(jiān)管，同時(shí)，要采用先進(jìn)的技術(shù)，施工人員嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行施工，以最大程度地提高混凝土的密實(shí)性。

（5）利用高新技術(shù)預(yù)防裂縫發(fā)生。微生物技術(shù)或納米技術(shù)都是先進(jìn)的技術(shù)，將其應(yīng)用在水工隧洞施工中，可改善混凝土的性能，有效減少裂縫的發(fā)生。例如，有的細(xì)菌能促進(jìn)砂礫與有機(jī)物反應(yīng)，通過(guò)反映析出碳酸鈣晶體，可提升骨料間的凝結(jié)能力，使裂縫發(fā)生率大幅降低。納米技術(shù)能降低混凝土材料中的含水量，提高混凝土材料的耐久性和骨料間的密實(shí)度，強(qiáng)化混凝土材料的抗?jié)B能力。

2.2 加固措施

（1）粘鋼加固混凝土。這種方法就是把鋼板貼在混凝土基材表面，以達(dá)到共同承受外部荷載，加固混凝土的目的。其施工方便、加固及時(shí)、成本低、效果顯著，應(yīng)用比較廣泛，不足之處是粘鋼對(duì)粘結(jié)材料要求很高，還要對(duì)鋼板進(jìn)行防腐處理

（2）碳纖維加固。就是將碳纖維布粘貼到混凝土表面來(lái)增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的受力能力。樹(shù)脂膠必須要保證質(zhì)量，這樣才能將碳纖維布和混凝土完美地聯(lián)結(jié)在一起，充分發(fā)揮碳纖維布的強(qiáng)大抗拉性能。

（3）CFRP補(bǔ)強(qiáng)。這是一種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在找平層和樹(shù)脂層涂刷一層柔性聚脲彈性涂層，能增強(qiáng)碳纖維布與混凝土的粘結(jié)性能，提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能，防止有害離子的入侵，提高加固混凝土的耐久性。

3 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水工隧洞襯砌混凝土施工中，裂縫問(wèn)題是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，也是技術(shù)難題。在具體實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合水工隧洞的實(shí)際情況，對(duì)裂縫成因進(jìn)行深入、全面的分析，有針對(duì)性地采取預(yù)防和加固措施，這樣才能減少裂縫的發(fā)生，提高水工隧洞工程質(zhì)量與效益。

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