隧道襯砌混凝土裂縫原因分析及處理

張永福

（上海建科工程咨詢有限公司 上海 200032）

0 引言

建筑市場(chǎng)日漸在完善，隧道工程在鐵路、水電、公路以及軌道交通等諸多領(lǐng)域中均有較多的運(yùn)用。襯砌混凝土在完成施工后，極易產(chǎn)生裂縫，出現(xiàn)明顯的質(zhì)量缺陷，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性。正因?yàn)榇?，我們?cè)诨炷潦┕て陂g需提出科學(xué)的防治措施，預(yù)防各種襯砌混凝土裂縫。本文介紹了襯砌混凝土裂縫的類別及其成因，最后提出具體的防治對(duì)策。

1 裂縫的類型

1.1 干縮裂縫

硬化時(shí)，混凝土中的水分也會(huì)慢慢地蒸發(fā)。凝結(jié)膠體在干燥收縮的情況下，明顯變形。在圍巖、模板的限制下，混凝土發(fā)生變形并形成一種應(yīng)力。如果應(yīng)力值相比于抗拉強(qiáng)度明顯要高，很多情況下會(huì)形成一種干縮裂縫。很多情況下，干縮裂縫均為表面性，紋路上沒(méi)什么規(guī)律。干縮裂縫受到下列因素的影響：水泥品種、骨料大小以及用量，水灰比、外加劑類別與摻量等。

1.2 溫度裂縫

水泥水化會(huì)釋放較多的熱量，同時(shí)在混凝土內(nèi)、表面間出現(xiàn)明顯的溫度梯度，形成一種應(yīng)力。若溫度應(yīng)力＞約束力，那么混凝土將出現(xiàn)溫度裂縫。在每年冬季，裂縫寬度明顯要寬。而到了夏季，裂縫相對(duì)要窄。溫度裂縫的產(chǎn)生，受到襯砌厚度以及水泥量的共同影響。

1.3 荷載變形裂縫

仰拱或是邊墻基礎(chǔ)還留有大量的虛碴。對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑后，基底出現(xiàn)了不均勻沉降；堵頭板尚未合理固定，脫模時(shí)間過(guò)早，或外力作用對(duì)混凝土造成強(qiáng)烈的撞擊等，均可能引起變形裂縫。

1.4 施工縫（接茬縫）

在停電或是機(jī)械故障的情況下，澆筑中斷時(shí)間明顯要比初凝時(shí)間更長(zhǎng)。再次繼澆筑時(shí)，原混凝土基礎(chǔ)外表尚未做好鑿毛處理，或是未用水進(jìn)行沖洗，未鋪設(shè)水泥砂漿墊層，便直接在原混凝土表面上進(jìn)行澆筑，這就導(dǎo)致新舊混凝土接茬處形成明顯的裂縫。

2 混凝土裂縫的預(yù)防措施

2.1 溫度裂縫的預(yù)防

溫度裂縫，可以選擇下列措施進(jìn)行預(yù)防：①優(yōu)先考慮礦渣、粉煤灰水泥等常見的低熱水泥。②水泥用量不能高于450kg/m3，控制好用量。③摻入適當(dāng)比例的粉煤灰或是高效減水劑，控制水泥用量，優(yōu)化骨料級(jí)配，預(yù)防水化熱。④減小水灰比，最好不高于0.6。⑤優(yōu)化攪拌加工工藝?；谌浼夹g(shù)，創(chuàng)新運(yùn)用二次風(fēng)冷新工藝，對(duì)澆筑溫度進(jìn)行有效控制。⑥為增加混凝土拌合物自身的保水性以及流動(dòng)性，減少水化熱，需延遲熱峰時(shí)間。在混凝土中，需要適時(shí)地加入一定的外加劑。這種做法，可以增塑或是減水。⑦溫度收縮縫。

2.2 干縮裂縫的預(yù)防

干縮裂縫，多數(shù)情況下是由水灰比、集料、水泥用量與性能這些因素來(lái)決定。預(yù)防措施：①水灰比越高，干縮相對(duì)也就越明顯。水灰比，同樣也可能會(huì)引起干縮。我們對(duì)混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)控制好水灰比。必要時(shí)，投放適當(dāng)?shù)臏p水劑。②采用收縮量不大的水泥，建議中低熱或是粉煤灰水泥，同時(shí)減小用量。③混凝土用水量，切勿高于配合比設(shè)計(jì)所需的用水量，同時(shí)控制攪拌與施工配合比。④應(yīng)注重對(duì)混凝土做好早期養(yǎng)護(hù)，同時(shí)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。若施工時(shí)間是在冬季，混凝土最好要延長(zhǎng)進(jìn)行保溫，并抹上合適的養(yǎng)護(hù)劑，使其得到周全的養(yǎng)護(hù)。⑤在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，還要留出一定的收縮縫。

2.3 荷載變形裂縫的預(yù)防

荷載變形裂縫，需考慮下列幾種預(yù)防措施：①在上部結(jié)構(gòu)施工之前，需要對(duì)松軟地基做好加固工作。②模板強(qiáng)度、剛度適中，穩(wěn)定支撐，地基受力相對(duì)比較均勻。③混凝土澆筑時(shí)，地基切勿被水直接地浸泡。

3 其他預(yù)防措施

3.1 原材料控制

①水泥。各種品牌、規(guī)格和批次的水泥，切勿隨意混用。水泥用量必須得當(dāng)，建議選用普通硅酸鹽水泥。②碎石。結(jié)合泵送管路內(nèi)徑的真實(shí)情形，選擇粒徑相對(duì)偏大的碎石。另外，含泥量不能超出1%。針、片狀物，其含量應(yīng)低于15%，且粒徑為5～31.5mm，最大也應(yīng)小于40mm。③砂。那些級(jí)配比較合理的中砂，可作為施工的理想選擇，其含泥量要控制在3%以內(nèi)。④水。建議選擇飲用水。⑤摻合料。摻入適當(dāng)?shù)姆勖夯乙约芭蛎泟刂坪盟嘤昧俊?/p>

3.2 混凝土施工工藝控制

對(duì)鉆爆參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)用鉆眼開挖技術(shù)，達(dá)到預(yù)期的爆破效果。同時(shí)，超欠挖也應(yīng)控制得當(dāng)。隧道開挖斷面，需定期進(jìn)行查驗(yàn)，為襯砌施工創(chuàng)造有力的條件?；炷涟韬稀＂儆?jì)量裝置，要做好常規(guī)性檢查，按施工配料單作出科學(xué)地計(jì)量。在此基礎(chǔ)上，對(duì)砂石料含水率進(jìn)行合理檢測(cè)，調(diào)節(jié)拌合所需的用水量。②混凝土施工時(shí)，需控制好入模溫度。灌注混凝土。a.對(duì)混凝土進(jìn)行運(yùn)輸或是泵送時(shí)，要及時(shí)加水。b.灌注速度切勿過(guò)快，雙側(cè)邊墻必須對(duì)稱分層。一般來(lái)說(shuō)，墻、拱交匯處需要暫停1-1.5h。等到邊墻混凝土完全地下沉，才能對(duì)拱部混凝土進(jìn)行灌注。③為預(yù)防內(nèi)部微裂縫、減少氣孔，使混凝土保持足夠的密實(shí)度，達(dá)到合格的抗裂性，我們?cè)诠嘧r(shí)還應(yīng)做好振搗工作。

4 混凝土裂縫的治理

4.1 對(duì)細(xì)微裂縫的治理

隧道襯砌混凝土外表，可見明顯的細(xì)微裂縫，但這些裂縫沒(méi)有太大的擴(kuò)展性。該類裂縫相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，通常能夠自愈，對(duì)結(jié)構(gòu)后期的使用并無(wú)嚴(yán)重的影響。故建議：先對(duì)裂縫表面進(jìn)行清洗，抹上一層環(huán)氧樹脂漿液，最好2～3遍，使用刮抹料或是調(diào)色料來(lái)對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理，讓他的顏色能夠和周圍襯砌混凝土之間保持相同。

4.2 處理貫通性裂縫

該種裂縫有明顯的危害，需妥善地治理。順著裂縫方向進(jìn)行開鑿，寬度5cm，深度3cm，形狀為V形。槽內(nèi)建議鉆孔，0.5m/孔，深度=襯砌厚度的50%（或2/3）。一般，深度不低于15cm，很少直接透過(guò)整個(gè)襯砌，防止跑漿。使用水沖來(lái)對(duì)雜物粉塵進(jìn)行清洗，在孔內(nèi)直接插入10mm長(zhǎng)度的壓漿管，同時(shí)借助環(huán)氧樹脂水泥漿來(lái)對(duì)灰砂進(jìn)行錨固，做好壓實(shí)抹光工作。樹脂砂漿配比：環(huán)氧：水泥：細(xì)砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12。乙二胺是比較好用的固化劑，稀釋劑可以改用二丁酯，以0.15～0.2MPa壓力成功地對(duì)雙液漿或是環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行壓入。最后，根據(jù)壓力水來(lái)對(duì)壓漿效果進(jìn)行檢查，裂縫外表要做好刮抹以及調(diào)色處理。

4.3 治理密集裂縫

襯砌背后由于空洞或是襯砌厚度過(guò)小，可能形成密集裂縫。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)防水、地層做好加固處理。順著裂縫雙側(cè)，進(jìn)行交叉布點(diǎn)，間隔距離為1.2～1.5m，方槽尺寸10cm×10cm、深約5cm。接著開始鉆孔，工具為風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)?？咨?m，并利用WDT25注漿錨桿進(jìn)行操作。水灰比調(diào)至1：1，灰砂比 1：（3～5），注漿順序?yàn)橄壬虾笙隆?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

隧道裂縫受到多個(gè)因素的限制，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的破壞程度也有很大區(qū)別。正因?yàn)榇?，要酌情采取合理的解決措施。裂縫除了會(huì)影響隧道的日常使用，降低滲透阻力外，同時(shí)也會(huì)腐蝕結(jié)構(gòu)中的鋼筋，使混凝土嚴(yán)重地碳化，影響材料自身的耐久性，降低承載能力。在隧道工程中，裂縫是襯砌結(jié)構(gòu)比較普遍的情形。施工中，需選擇合適的處理方案，延緩裂縫的形成，確保隧道結(jié)構(gòu)的安全性與平穩(wěn)性。