水工隧洞襯砌砼開裂的成因與防治探討

王愛東

摘 要 水工隧洞襯砌砼多為薄壁結(jié)構(gòu)，其極易受到外界溫度、地質(zhì)條件以及收縮變形等諸多因素的影響而出現(xiàn)裂縫問題，且一旦襯砌砼出現(xiàn)裂縫，還會(huì)對(duì)砼抗?jié)B性能與結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性等產(chǎn)生影響。對(duì)此，本文首先剖析了水工隧洞襯砌砼開裂的所致成因，然后進(jìn)一步探討了水工隧洞襯砌砼裂縫的預(yù)防與處治對(duì)策，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 水工隧洞;襯砌砼開裂;成因;預(yù)防;處治

1水工隧洞襯砌砼開裂的所致成因

1.1 原材料選取不當(dāng)

①施工所用水泥品種未嚴(yán)格依照水工隧洞實(shí)際進(jìn)行選取;②部分水泥運(yùn)輸、存貯不當(dāng)，以致水泥受潮變質(zhì)，且使用前未進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)便投入施工;③骨料級(jí)配比例不合理，含泥量超標(biāo)，針片狀及有害物質(zhì)含量過大等;④砂石存儲(chǔ)未根據(jù)季節(jié)變化予以保溫或降溫處理，以致砼拌和時(shí)的溫度不滿足要求。

1.2 配比設(shè)計(jì)不合理

①原材料比例計(jì)量不精準(zhǔn)，如攪拌站稱量系統(tǒng)未予以定期校定、配比計(jì)量偏差未予以定期分析;②拌和時(shí)投料順序不合理，或未對(duì)料斗混料予以校對(duì);③運(yùn)輸過程中，為避免混合料水分散失而人為加水，從而使得含水量過大;④攪拌機(jī)選型不合理，以致拌和砼質(zhì)量差;⑤攪拌時(shí)間過長或不足，使得砼出現(xiàn)離析或攪拌不均;⑥供料不及時(shí)，以致先澆筑砼出現(xiàn)初凝，從而致使新舊砼間形成冷縫。

1.3 施工操作不規(guī)范

①部分水工隧洞在開挖時(shí)存在超挖、欠挖，從而導(dǎo)致開挖成型質(zhì)量差，以致后期砼襯砌厚度不均而產(chǎn)生裂縫;另外，在地質(zhì)條件較差地段，初支侵入襯砌限界，從而導(dǎo)致襯砌厚度過小，甚至個(gè)別隧洞出現(xiàn)背后脫空導(dǎo)致裂縫。②隧洞開挖施作的過程中，未嚴(yán)格按照要求實(shí)施監(jiān)控量測，而是僅憑個(gè)人既往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行二襯時(shí)間的確定，以致在初支未完全穩(wěn)定便開始二襯施工，從而導(dǎo)致二襯超負(fù)荷承受圍巖壓力。③圍巖基面清理不徹底，致使底板砼與巖層間的松動(dòng)圍巖形成軟弱夾層，進(jìn)而使圍巖的彈性抗力得不到充分發(fā)揮，以致襯砌荷載受到影響而產(chǎn)生裂縫。④隧洞襯砌所用鋼模板臺(tái)車，下料時(shí)的下料窗口未能充分利用，以致出現(xiàn)不均勻下料;其次，頂拱砼下料滿倉僅通過人工進(jìn)行判定，從而極易導(dǎo)致出現(xiàn)空腔而出現(xiàn)裂縫;另外，砼澆筑作業(yè)時(shí)，下料高度過高造成砼骨料離析，或分層厚度過大以致振搗不均、砼密實(shí)度不足而形成裂縫。⑤施工方為追趕進(jìn)度，在砼強(qiáng)度未全面達(dá)標(biāo)便提前脫模，以致砼過度承受圍巖荷載而破壞砼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性;另外，脫模后未按要求對(duì)砼進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，使得砼表面出現(xiàn)干縮裂縫，或養(yǎng)護(hù)時(shí)間、遍數(shù)不足而導(dǎo)致砼表面出現(xiàn)裂縫問題。⑥在夏季高溫季節(jié)施工時(shí)，砂石骨料露天堆放，且投入使用前也未采取行之有效的降溫措施，以致砼入模時(shí)溫度過高而形成較大的內(nèi)外溫差，從而導(dǎo)致出現(xiàn)溫度裂縫。此外，冬季寒冷季節(jié)施工時(shí)，未采取有效的防寒保暖措施，以致澆筑后砼出現(xiàn)凍脹裂縫[1]。

2水工隧洞襯砌砼開裂的防治舉措

2.1 水工隧洞襯砌砼開裂的預(yù)防策略

（1）嚴(yán)選原材。首先，優(yōu)先選擇低熱水泥，且運(yùn)輸過程中應(yīng)做好嚴(yán)格防護(hù)，避免水泥受潮與變質(zhì)，且對(duì)于采購的不同標(biāo)號(hào)、種類以及出廠日期不同的水泥應(yīng)分類運(yùn)輸及存儲(chǔ)，并做好明顯標(biāo)識(shí)，嚴(yán)格控制避免混淆。其次，嚴(yán)格把控地材質(zhì)量，其中，碎石料含泥量應(yīng)≤1%，針片狀物≤15%，最大粒徑<40mm，粒徑以5mm～31.5mm為宜。對(duì)于進(jìn)場骨料投入使用前，須按要求對(duì)含水率、級(jí)配、含泥量予以檢測，對(duì)檢測質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的及時(shí)退場處理，并根據(jù)檢測結(jié)果對(duì)拌和用水量予以優(yōu)化調(diào)整。另外，通過合理添加適量粉煤灰，以減少拌和砼的水泥用量，從而有效提升砼拌合物的和易性，使砼更加密實(shí)均勻。同時(shí)，通過添加適量膨脹劑，使砼體積發(fā)生膨脹，從而改善砼的抗裂以及抗?jié)B性能。此外，夏季高溫季節(jié)施工時(shí)，若溫度>32℃時(shí)，應(yīng)對(duì)砂石骨料予以適當(dāng)降溫處理，可通過設(shè)置遮陽棚或冷水沖灑使碎石骨料溫度下降，從而嚴(yán)格把控砼入模溫度。

（2）優(yōu)化配比。首先，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)砼配比予以優(yōu)化調(diào)整，對(duì)稱量系統(tǒng)予以精準(zhǔn)校核，并依照配料單數(shù)據(jù)予以嚴(yán)格下料，運(yùn)輸中做好砼質(zhì)量的嚴(yán)格把控，防止人為加水而導(dǎo)致的水灰比過大;其次，依據(jù)砼稠度以及拌和機(jī)型號(hào)的不同，選擇合理的砼攪拌時(shí)間，以顯著提升砼拌和的均勻性;另外，根據(jù)水工隧洞施工實(shí)際，確定砼日拌和量，并選擇適宜的輸送泵以及振搗器，從而確保砼澆筑的連續(xù)性，如若前后兩次澆筑等待時(shí)間較長，則應(yīng)對(duì)先澆筑砼面予以處理后再澆筑新砼層，以使兩次澆筑面更好粘合，避免施工冷縫的出現(xiàn)[2]。

（3）規(guī)范施工。①加強(qiáng)隧洞開挖作業(yè)段測量，并通過爆破參數(shù)的優(yōu)化以及爆破技術(shù)水平的提升，使爆破效果更好，同時(shí)加大對(duì)開挖斷面的監(jiān)控量測，嚴(yán)加把控防止超挖、欠挖，進(jìn)而為后期砼襯砌提供良好的作業(yè)條件。②做好對(duì)圍巖變形的監(jiān)測，確保圍巖及初支變形趨于穩(wěn)定后實(shí)施二襯，以有效避免圍巖變形而導(dǎo)致的襯砌砼裂縫。如若需要提前施作二襯，但圍巖收斂變形未穩(wěn)定，則應(yīng)先對(duì)初支及襯砌結(jié)構(gòu)部位予以加強(qiáng)處理。③砼澆筑前，應(yīng)先用挖掘機(jī)將基礎(chǔ)巖面大量渣塊予以細(xì)致清理，然后由人工對(duì)細(xì)部位置的松動(dòng)巖石及巖縫內(nèi)碎石予以清理，并用高壓水槍對(duì)巖面、砼噴射面、底板表面予以沖洗，沖洗完成后應(yīng)及時(shí)對(duì)積水進(jìn)行抽排。④嚴(yán)格把控襯砌砼施工質(zhì)量，并對(duì)砼拌和、運(yùn)輸、澆筑以及振搗整個(gè)過程質(zhì)量予以全面把控，以有效規(guī)避拌和時(shí)間不足、拌和不均、過振以及振搗不密實(shí)等質(zhì)量問題導(dǎo)致內(nèi)部孔洞或氣泡而造成的砼表面裂縫。⑤嚴(yán)格把控砼拆模時(shí)間，確保在砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后才可予以拆模，拆模時(shí)嚴(yán)禁敲擊、硬拽而導(dǎo)致砼表面受損。拆除模板后應(yīng)及時(shí)予以充分保濕養(yǎng)護(hù)，對(duì)于仰拱可采取流水予以養(yǎng)護(hù)。

2.2 水工隧洞襯砌砼開裂的處治舉措

水工隧洞襯砌砼裂縫處理前，應(yīng)首先對(duì)裂縫類型與情況予以判定，然后根據(jù)裂縫類型進(jìn)行針對(duì)性處理。其中，對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類淺表裂縫可通過改性聚合物對(duì)表面予以封閉處理，Ⅲ、Ⅳ類裂縫則可通過化學(xué)灌漿予以處理。

（1）Ⅰ、Ⅱ類裂縫的處治。首先，縫面清理。使用磨平機(jī)將裂縫表面水泥漿、雜質(zhì)以及鈣質(zhì)析出物等予以清理打磨并沖洗干凈，打磨寬度為15cm。其次，底液涂刷。待清理后的砼表面干燥后，用毛刷將改性聚合物漿液均勻涂刷于裂縫表面，涂刷寬度15cm。最后，封縫處理。在第一層涂刷物干燥后，再涂刷一層寬15cm、厚1mm的改性聚合物漿液。

（2）Ⅲ、Ⅳ類裂縫的處治。①縫面清理。使用磨平機(jī)將裂縫表面水泥漿、雜質(zhì)以及鈣質(zhì)析出物等予以清理打磨，打磨寬度為15～20cm，并用高壓水槍予以細(xì)致沖洗干凈。②鉆孔作業(yè)。利用沖擊鉆等大功率鉆孔機(jī)具，于裂縫兩側(cè)斜向45°進(jìn)行交叉鉆孔（如圖1），間距約25～30cm，孔深不得超過2/3結(jié)構(gòu)厚度，鉆孔距離裂縫不得超過1/2結(jié)構(gòu)厚度，鉆孔應(yīng)穿過裂縫確?？卓p貫通，但不得打穿結(jié)構(gòu)。③埋注漿管。鉆孔完成后進(jìn)行注漿管安裝，注漿管插入深度可依照裂縫深度、寬度及孔深等予以確定。注漿管安設(shè)完畢實(shí)施灌漿作業(yè)前，應(yīng)首先以高壓風(fēng)對(duì)孔內(nèi)粉塵予以清洗，并觀察裂縫的實(shí)際情況。然后在槽內(nèi)表面涂刷一層環(huán)氧膠泥，并在具備一定強(qiáng)度后用快硬水泥予以填縫處理，滿足強(qiáng)度要求后再涂刷一層環(huán)氧膠泥，若裂縫位置出現(xiàn)滲漏水，應(yīng)使用堵漏靈予以封堵處理。④灌漿作業(yè)。填縫強(qiáng)度滿足灌漿作業(yè)要求后，通過高壓灌漿機(jī)對(duì)鉆孔實(shí)施灌漿。灌漿壓力0.3～0.5MPa，并由低向高、由深至淺依次實(shí)施灌漿，待相鄰孔漿液溢出后將灌漿管關(guān)閉，轉(zhuǎn)至鄰近孔繼續(xù)實(shí)施灌漿作業(yè)，直至該裂縫最后鉆孔的吸漿量<0.03L/min并持壓10min即可停止灌漿。⑤表面處理。完成灌漿且漿液凝固后，將埋設(shè)灌漿管鑿除、打磨并對(duì)裂縫兩側(cè)予以清理，然后對(duì)灌漿嘴孔洞位置予以修補(bǔ)，并按要求用環(huán)氧膠泥將表面抹平處理。另外，襯砌砼裂縫處存在滲漏水現(xiàn)象就會(huì)加大灌漿難度，因而對(duì)于滲漏水及涌水段的裂縫處治較為困難，對(duì)此，可采取打排水孔即鉆設(shè)排水孔泄水的方式降低外水壓力，然后采取聚氨酯類對(duì)滲漏水進(jìn)行堵漏，最后使用環(huán)氧漿材予以補(bǔ)強(qiáng)[3]。

3結(jié)束語

水工隧洞襯砌砼裂縫缺陷不僅會(huì)影響到襯砌砼外觀與質(zhì)量，而且后期裂縫處理耗時(shí)、費(fèi)力，一旦處理不當(dāng)還會(huì)加劇工程質(zhì)量問題。對(duì)此，相關(guān)技術(shù)、管理人員務(wù)須嚴(yán)加把控，并通過采取各項(xiàng)應(yīng)對(duì)舉措減少與規(guī)避裂縫問題的生成，從而有效確保水工隧洞襯砌砼的施作質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 王昆侖.水工隧洞二次襯砌拱頂混凝土缺陷處理[J].河南水利與南水北調(diào)，2019，48（6）：47-49.

[2] 洪躍庭.水工隧洞襯砌混凝土裂縫成因分析及控制措施分析[J].四川水泥，2018，（9）：276.

[3] 田振華，李寶石，王經(jīng)臣.水工隧洞混凝土襯砌裂縫監(jiān)測與成因分析[J].水力發(fā)電，2017，43（9）：45-48.