輸水隧洞襯砌混凝土裂縫成因及處理措施

劉美玲

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 輸水隧洞襯砌混凝土發(fā)生裂縫的危險

通常情況下，在輸水隧洞工程設(shè)計過程中，隧洞襯砌是首先需要考慮的問題，要有針對性的做出方案計劃，隧洞的主體結(jié)構(gòu)大多為巖石，需要通過襯砌作業(yè)對巖石進(jìn)行加固處理，襯砌施工發(fā)揮的作用是對巖石表面進(jìn)行保護(hù)，避免受自然侵蝕等因素影響對巖石穩(wěn)定性造成影響，襯砌能夠在一定程度上降低圍巖的粗糙程度。若隧洞所在的巖石質(zhì)量相對較高，則無需發(fā)揮出保護(hù)作用。當(dāng)前我國大部分水利工程輸水隧洞施工過程中，都會應(yīng)用到混凝土襯砌這種作業(yè)模式，而裂縫問題是在相關(guān)作業(yè)施工過程中難以避免的問題，這方面問題的方式不但會對工程項目的外觀造成影響，還會影響到工程的使用壽命，最為可怕的是會造成安全隱患。研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)水利工程發(fā)生滲水問題絕大多數(shù)原因都是混凝土裂縫導(dǎo)致的，在混凝土干燥定型的過程中，在體積上會有所收縮，容易加重開裂問題，并且會降低混凝土的堿度，使得混凝土結(jié)構(gòu)中歐的鋼筋鈍化膜受到破壞。若水利工程在混凝土施工中發(fā)生裂縫現(xiàn)象，就會發(fā)生滲漏問題，甚至?xí)霈F(xiàn)持續(xù)滲水的現(xiàn)象，在水壓的壓力下裂縫也會不斷嚴(yán)重。若干工程外部出現(xiàn)明顯的裂縫，對施工安全也會造成嚴(yán)重的威脅，對施工人員造成心理壓力。滲水情況嚴(yán)重后，受水的浸泡會對混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，難以保證隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，容易造成嚴(yán)重的安全問題。在沿海地區(qū)修建水利工程項目時，圍巖會受到帶有鹽分的水霧或海浪侵襲，長此以往容易產(chǎn)生裂縫。海水中含有的氯離子侵入到裂縫中后，會加重鋼筋結(jié)構(gòu)的銹蝕程度，嚴(yán)重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2 混凝土裂縫的成因

2.1 水化熱

水泥水化熱特質(zhì)是造成混凝土裂縫的主要原因之一。在水泥水化的過程中，會向周圍釋放出大量的熱量，若混凝土結(jié)構(gòu)斷面相對較厚，則難以將混凝土中的熱量完全釋放出來，導(dǎo)致問題提升。時間越長混凝土內(nèi)部的溫度也會隨之降低，收縮力也會逐漸加大，產(chǎn)生的拉應(yīng)力也會隨之加大，若混凝土抗拉強(qiáng)度不大則難以與應(yīng)力抗衡，從而產(chǎn)生裂縫。

2.2 骨料配比

骨料是混凝土組成的重要成分，其在混凝土中發(fā)揮了骨架與填充的作用，骨料大多氛圍細(xì)骨料與粗骨料兩種類型。骨料配比情況直接影響混凝土的和易性與經(jīng)濟(jì)性，最終決定了混凝土的抗腐蝕能力、強(qiáng)度、抗凍能力、抗?jié)B透能力等。品質(zhì)上乘的骨料配比空隙率小，能夠減少水泥的用量，確保混凝土整體的密實(shí)性?？偙砻娣e小，能夠降低對骨料表面水量的使用，少量的細(xì)顆粒能夠滿足和易性要求。因此，骨料配比級別越低，存在的空隙就越大，需要應(yīng)用的填充槳體就越多，越容易開裂。

2.3 溫差變化大

水利工程項目施工時間較長，工程從開工到竣工需要經(jīng)歷一年四季的變換交替，及時是短期工程也會至少經(jīng)歷兩個季節(jié)。因此，水利工程施工要承受季節(jié)的考驗(yàn)。在四季分明、溫度落差大的城市開展水利工程項目時，容易發(fā)生混凝土裂縫的現(xiàn)象。其中，在混凝土硬化的過程中會散發(fā)出大量的熱氣，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，在溫度驟降的情況下，拉應(yīng)力會持續(xù)上升，對于一些結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)較差的混凝土來說，在承受一定的拉應(yīng)力后，就會超過了混凝土自身的負(fù)荷范圍，容易發(fā)生斷裂產(chǎn)生裂縫。通常會在工程施工后期產(chǎn)生這種裂縫現(xiàn)象，并且難以把握裂縫的范圍與嚴(yán)重程度。

2.4 施工工藝

施工流程是否標(biāo)準(zhǔn)或施工工藝是否達(dá)到相應(yīng)的要求，都會影響混凝土裂縫。當(dāng)前在水利工程施工過程中出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象大多都是由于施工前沒有做好相應(yīng)的勘察與準(zhǔn)備工作造成的。此外，若在施工過程中沒有按照規(guī)范流程與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，也會導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象，或者其他問題，影響工程的整體質(zhì)量。例如，有些施工單位在施工前期沒有對地基進(jìn)行相應(yīng)的處理，會影響到混凝土的承載力，在混凝土澆筑施工過程中如果沒有采用規(guī)定的施工工藝，容易造成混凝土變形。若沒有對混凝土進(jìn)行充分的均勻的振搗，提升其密實(shí)性，或攪拌時間短，都會降低混凝土的承載能力，甚至難以達(dá)到施工質(zhì)量要求[1]。

2.5 養(yǎng)護(hù)工作

水利工程項目混凝土施工部分不僅要在施工前對地質(zhì)條件進(jìn)行勘測，還要重視施工質(zhì)量監(jiān)管及并且在工程施工后期做好工程養(yǎng)護(hù)工作，保證工程質(zhì)量，大多數(shù)水利工程建設(shè)施工都將重點(diǎn)投放在施工前期與中期，忽視了后期的工程養(yǎng)護(hù)工作，沒有考慮到混凝土自身結(jié)構(gòu)的特質(zhì)決定其在受到溫差、氣候影響較大的條件下容易發(fā)生變化?？梢婐B(yǎng)護(hù)工作沒有做到位，甚至沒有開展養(yǎng)護(hù)工作，這些因素都是造成混凝土裂縫的原因。

2.6 施工材料配比

要想保證混凝土具有較好的塌落度、承載力與和易性，需要在混凝土施工過程中根據(jù)具體的實(shí)際情況科學(xué)配比施工材料。從當(dāng)下水利工程施工情況分析來看，大多數(shù)施工單位在施工過程中都沒有意識到施工材料配比對工程質(zhì)量的影響，常會發(fā)生為了降低工程施工成本、忽視施工規(guī)范要求等原因，導(dǎo)致混凝土的水灰比例、添加劑用量、粗骨料石子粒及含沙量不達(dá)標(biāo)的情況，對混凝土的強(qiáng)度造成了嚴(yán)重影響。此外，在進(jìn)行混凝土澆筑時，若沒有達(dá)到塌落度與和易性的標(biāo)準(zhǔn)與要求也會導(dǎo)致施工后產(chǎn)生裂縫[2]。

3 控制混凝土裂縫的措施

3.1 應(yīng)對季節(jié)與氣候變化

在具體施工過程中，需要重視氣候及溫度落差對工程的影響，并且要采取相應(yīng)的對策降低混凝土溫度應(yīng)力，盡量降低受溫度及氣候因素影響對混凝土裂縫造成的影響。若難以避免在高溫季節(jié)進(jìn)行工程施工的客觀因素，需要重視對混泥土澆筑厚度的把控，要為混凝土澆筑預(yù)留出充裕的空間做散熱處理。此外，可以借助水流進(jìn)行降溫，可以在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋪設(shè)冷水管道，盡量避免烈日環(huán)境下進(jìn)行混凝土澆筑。在溫差較大的環(huán)境下進(jìn)行施工時，需要做好保溫準(zhǔn)備，避免受溫差因素影響造成裂縫。

3.2 優(yōu)化施工工藝流程

在水利工程施工過程中，需要嚴(yán)格遵照相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程施工，要采用規(guī)定的施工工藝。為了避免在水利工程竣工后，混凝土出現(xiàn)裂縫，需要從開工起確保模板與支架的強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，為水利工程整體施工奠定良好基礎(chǔ)。此外，在工程施工過程中，施工單位要切實(shí)有效的做好各項施工準(zhǔn)備，一旦在施工過程中發(fā)現(xiàn)問題，需要及時處理好施工問題，避免為后續(xù)工程施工留下隱患[3]。

3.3 做好后期維護(hù)工作

完成混凝土澆筑作業(yè)后，并不代表完成了所有施工任務(wù)，需要相關(guān)工作人員做好后期養(yǎng)護(hù)工作，保證混凝土結(jié)構(gòu)完整。同時，要應(yīng)用科學(xué)技術(shù)方法提升混凝土的承載能力，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在養(yǎng)護(hù)工作過程中盡量降低裂縫發(fā)生的概率。

3.4 控制好施工材料

要想控制好施工材料的質(zhì)量，需要做好以下工作。首先，在配比施工原料時，需要掌握好泥沙量與水灰比例，要提前就材料配比比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最佳方案后方可進(jìn)行混凝土澆筑。其次，需要檢驗(yàn)材料質(zhì)量是否滿足施工質(zhì)量要求。在選購材料時，需要對材料的級別與價格進(jìn)行監(jiān)督與重視，不可只顧控制工程施工成本而忽視了材料的施工質(zhì)量。最后，要對施工現(xiàn)場的材料做好保存工作，避免暴曬與潮濕，只有保證材料性能，才能保證材料的穩(wěn)定性[4]。

3.5 加強(qiáng)施工控制

在進(jìn)行輸水隧洞襯砌施工過程中，要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，制定行之有效的施工方案。制定出科學(xué)、合理的隧洞施工計劃，保證混凝土澆筑質(zhì)量與技術(shù)。在對土體及巖石進(jìn)行挖掘時，要注意保證圍巖的完整性。一旦發(fā)生塌方的現(xiàn)象，需要立即采用相應(yīng)的對策，做好補(bǔ)救措施。在嚴(yán)重的情況下，需要進(jìn)行回填加固處理。在進(jìn)行挖掘作業(yè)時，要關(guān)注巖體的震動情況，避免對已經(jīng)完成的隧洞混凝土造成破壞。同時，需要提升挖掘作業(yè)環(huán)境的通風(fēng)與排水情況。在進(jìn)行工程施工的過程中，要明確加固支護(hù)與穩(wěn)定支護(hù)二者之間的區(qū)別，并且還要關(guān)注洞身側(cè)面橫向錨筋與掛網(wǎng)噴混凝土的效能，降低圍巖二次或三次應(yīng)力受分布不均而帶來的作用力，避免圍巖對砌混凝土造成破壞。在進(jìn)行混凝土澆筑之前，需要對混凝土進(jìn)行密實(shí)、均勻的振搗，重點(diǎn)關(guān)注在工程施工過程中可能發(fā)生的了漏振情況與水泥砂漿層。同時，需要對施工縫的結(jié)合部位進(jìn)行妥善處理，采用科學(xué)合理的修補(bǔ)方式，避免在修補(bǔ)后出現(xiàn)斷裂的情況。在工程完工后，需要總結(jié)工程施工經(jīng)驗(yàn)，全面深入分析在工程施工過程中可能造成隧洞襯砌混凝土裂縫的各種因素，并且真實(shí)全面的將施工過程中出現(xiàn)的裂縫情況進(jìn)行上報處理，制定出行之有效的對策，避免再次發(fā)生裂縫情況[5]。

4 輸水隧洞襯砌混凝土裂縫處理對策

4.1 表面修補(bǔ)

對隧洞襯砌混凝土裂縫進(jìn)行修補(bǔ)時，最為常見的修補(bǔ)方式就是表面修補(bǔ)，此種修補(bǔ)方法主要針對沒有對隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響的裂縫。具體施工方式是在混凝土裂縫處涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或?yàn)r青、油漆等。有時為了控制裂縫的擴(kuò)張范圍，需要在裂縫處粘貼玻璃纖維布等防護(hù)措施[6]。

4.2 灌漿、嵌縫封堵

在輸水隧洞整體穩(wěn)定性受到裂縫嚴(yán)重影響時通常會采用灌漿法，在一些防滲要求較高的混凝土裂縫時也通常會使用灌漿法進(jìn)行修復(fù)。其主要是利用壓力設(shè)備將膠質(zhì)材料擠入到混泥土的裂縫中，將膠質(zhì)材料與混凝土充分結(jié)合，以此達(dá)到封堵裂縫的效果。在應(yīng)用灌漿封堵技術(shù)時，最為常見的膠質(zhì)材料為水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙燃酸酯等。在嵌縫封堵技術(shù)下，會沿裂縫鑿槽，在槽中嵌入止水材料。例如，聚氯乙烯膠泥、丁基橡膠、聚合物水泥砂漿等[7]。

4.3 結(jié)構(gòu)加固

若裂縫嚴(yán)重到對輸水隧洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)性能造成影響的程度，其他裂縫處理方式均達(dá)不到理想的效果，無法控制住裂縫情況，則需要應(yīng)用結(jié)構(gòu)加固的方式處理裂縫。當(dāng)前最為常見的結(jié)構(gòu)加固方式有增大混凝土截面面積、構(gòu)件角部外包型鋼、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固等。

5 結(jié)束語

綜上所述，輸水隧洞襯砌混混凝土結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫則會對水利工程整體穩(wěn)固性與功能造成影響，但混凝土裂縫也是施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況。若想控制住混凝土裂縫情況，保證工程的整體質(zhì)量，需要在施工的各個階段對裂縫情況加以重視，并采取有效的對策避免裂縫情況發(fā)生。因此，有必要分析在施工過程中造成裂縫的因素，提前做好各項防范措施。同時，在發(fā)生裂縫情況后，需要根據(jù)裂縫的具體情況采取有效的補(bǔ)救措施，進(jìn)而延長工程的使用壽命。