水工隧洞混凝土裂縫分析及加固研究

李維軍

中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司

1 引言

水工隧道混凝土裂縫不僅會降低結(jié)構(gòu)的承載能力和耐用性，還會引起內(nèi)部鋼筋的腐蝕，造成嚴重的結(jié)構(gòu)老化和損失。對于水工隧道工程需要嚴格控制裂縫，并避免內(nèi)部鋼桿的腐蝕。由于水壓力、土壤壓力和熱應力的長期綜合影響，水工隧洞混凝土結(jié)構(gòu)中極易的出現(xiàn)裂縫。因此，預防和控制裂縫和實施有效地加固措施，進行工程研究預防隧道混凝的裂縫，可以很大程度的提高了使用壽命和安全性能，減少的建筑單位資金的投入，有效地降低施工作業(yè)成本并提高運行效率。

2 水工隧洞裂縫概述

在水工隧洞施工過程中，出現(xiàn)裂縫主要有兩種類型，水力隧道的伸縮縫處的漏水和隧道的深層裂縫。伸縮縫滲水主要原因可能是膨脹縫在施工過程中未得到有效處理，或者在進出混凝土路面的施工過程中未采取相應的熱防護措施，溫度的差異容易造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。對于深度的裂縫，主要是由于在進行混凝土支架施工過程中，建筑材料的水化造成的，導致了裂縫的出現(xiàn)。目前，裂縫已成為水工隧道施工中相對普遍的質(zhì)量缺陷，因此必須采取有效措施來控制隧道中裂縫的形成。在水工隧道的長期運行中，它必須承受諸如水壓、圍巖壓力、溫度應力和主壓力之類的復合載荷。混合荷載會在水工隧道的凝結(jié)結(jié)構(gòu)中造成裂縫。此外，人們對建筑物安全性和環(huán)保性的要求也在不斷提高。設計標準較低的建筑物不能滿足人們的建筑安全要求。對于破裂或無法滿足工程設計標準要求的液壓隧道，必須采取有效地步驟進行升級，裂縫的預防和控制可以有效減少液壓隧道中裂縫的形成。水工隧道中混凝土的裂縫是不可避免的工程問題。加強預防和避免伸縮縫滲水的水工隧道成為另一項技術(shù)挑戰(zhàn)。

3 水工隧洞的加固診斷與分析

在進行水工隧洞的裂縫診斷以及進行加固分析時，應注意形成建筑物裂縫的原因，并分析裂縫的等級劃分，必須注意不斷監(jiān)視其發(fā)展趨勢。在加固施工中，提高液壓黃銅裂縫加固的質(zhì)量，可以有效地提高水壓隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，使工程建設經(jīng)濟得到保障。水工隧洞混凝土可能會在不同方向和不同深度處出現(xiàn)裂縫的情況，這必將對建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性產(chǎn)生嚴重影響。不同的裂縫通常會在不同的水平上損壞混凝土結(jié)構(gòu)，因此要有效地確保結(jié)構(gòu)的強度和均勻性。可以有效地延長工程的使用壽命。根據(jù)水工隧洞混凝土根據(jù)裂縫情況可劃分為不同等級的破壞程度。通過對水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫危險程度進行分析，可以確定需要從裂縫力學的角度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和裂縫穩(wěn)定性進行深入的分析，有效地提高了水工隧道結(jié)構(gòu)的承載能力。在正常情況下進行分析時，可以分為開放式，滑動開放式和撕裂開放式三種裂縫的穩(wěn)定性分析，當進行單元裂紋的數(shù)值模擬時，可以嘗試應用模型測試方法，記錄和觀察混凝土結(jié)構(gòu)中不同等級的裂縫，并清楚明確地了解其形成的整個過程。

4 水工隧洞混凝土裂縫成因

4.1 外部載荷引起的裂縫

由于結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)力不同，因此裂紋的形狀將有很大不同。對于這樣的裂紋，由于兩點對稱的加載作用，會發(fā)生由大的外部載荷引起的結(jié)構(gòu)彎曲現(xiàn)象。應力裂紋通常在部件中顯示為本質(zhì)上是擴展的結(jié)構(gòu)裂紋，對于這種類型的裂紋，通常會對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成更大的破壞。壓縮裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中最常見的形式，壓縮應力超過了鋼筋混凝土的抗壓強度，這就造成了結(jié)構(gòu)應力線性下降。

4.2 內(nèi)部載荷引起的裂縫

內(nèi)部載荷引起的裂縫更為普遍。這些裂縫的原因在于，原材料的質(zhì)量不符合行業(yè)相關(guān)的標準要求，混凝土結(jié)構(gòu)的設計與實際的施工要求嚴重不符，以及混凝土材料的不合理配比是造成此裂縫的主要原因。在混凝土施工過程中若出現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)，形成的結(jié)構(gòu)裂縫將在縱向和周圍方向延伸。原材料質(zhì)量不合格或者不符合施工環(huán)境，將直接影響工程施工的整體質(zhì)量。在水泥材料運輸過程中，混凝土的含水量可能會發(fā)生改變，將在一定程度上影響材料的整體質(zhì)量性能。在施工過程中，沒有合理的選擇添加劑，或者添加劑的用量和類型不符合本工程項目，將直接導致混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。在選擇添加劑的數(shù)量和類型時，混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應力收縮現(xiàn)象通常是由于數(shù)量和類型的選擇不合理所致，這也引起混凝土材料的干結(jié)塊，導致了混凝土的表面裂縫。

4.3 溫差太大的原因

如果溫度變化太大，襯砌混凝土將收縮并開裂。隧道通風不良溫度過高時，這將不利于散熱，這在南部的水工隧道施工中很常見。隧道始終處于高溫狀態(tài)。當溫度升高時，濕氣蒸發(fā)并冷卻，難以保持良好的混凝土狀況，整個施工環(huán)境以及混凝土溫度的變化都會導致裂縫的形成。

4.4 由鋼筋拉伸引起的裂紋

在短時間內(nèi)建造的水工隧道中，當外部承受很大壓力時會出現(xiàn)裂縫，這種裂縫會給整個隧道帶來安全隱患，并影響混凝土的質(zhì)量。

4.5 由于地質(zhì)和水文條件變化引起的裂縫

地下水處于不斷運動中，其分布條件具有一定的特征，盡管在施工前對水工隧道進行了檢查，并根據(jù)施工設計圖施工，但地下水在不斷地變化，施工情況與原來想象大不相同，所以也會引起裂縫。

5 水工隧洞混凝土裂縫分析及加固研究

5.1 施工質(zhì)量控制

水工隧道的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響項目的整體安全性和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)工程師應根據(jù)項目實際情況合理的設計安全的結(jié)構(gòu)，要求建筑工人按建筑設計圖紙進行合理的施工。如果不正確的施工，這不僅會浪費大量的材料，勞動力和資金，還會影響結(jié)構(gòu)的整體安全性能。在混凝土的運輸、澆鑄和振動，施工單位以及監(jiān)理單位必須嚴格按照標準進行驗收。在固化過程中要注意混凝土的水分，嚴格控制溫度變化，降低混凝土的變性速率，并且保證混凝土的抗壓強度水平滿足結(jié)構(gòu)設計的要求[1]。

5.2 溫度的控制

在水工隧道混凝土施工中，形成的裂紋的通常是由溫度所引起的。因此必須降低進入儲存?zhèn)}庫的混凝土的溫度，添加冰塊減少攪拌過程中混凝土水化熱的反應，可以降低混凝土的溫度。還需要減小混凝土內(nèi)部和外部之間的溫差。在混凝土攪拌過程中，水合反應將釋放出大量的熱量，很容易導致混凝土的表面溫度不均勻?qū)е铝鸭y。在鑄造過程中，只要避免溫度不均勻，就可以最大限度地減小溫度應力減小破裂的可能性。國外在分析大量混凝土時特別注意混凝土材料的選擇，就溫度升高而言，大多數(shù)外國都使用預冷或噴水冷卻。研究如何有效地提高我國混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和防水性，將通過合理化促進混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從而有效地防止裂縫的形成[2]。

5.3 納米技術(shù)或高科技微生物技術(shù)

先進技術(shù)的使用可以提高混凝土的性能并減少裂縫的形成。在高科技微生物技術(shù)的使用下，一些細菌可以通過環(huán)境中的礫石和有機物之間的反應使碳酸鈣晶體沉淀，從而提高骨料之間的凝結(jié)能力。納米技術(shù)是使用納米材料來提高混凝土材料的穩(wěn)定性和耐久性，減少混凝土中的水含量，增加骨料密度，并且可以有效地改善混凝土材料的密封性。這些高端和新技術(shù)使預防裂縫從源頭開始，提高了結(jié)構(gòu)之間的黏結(jié)強度，保證了混凝土的良好性能和耐久性[3]。

5.4 粘鋼結(jié)鋼筋混凝土技術(shù)

利用粘合劑層將鋼板黏結(jié)到混凝土表面，從而使鋼板和混凝土結(jié)構(gòu)分擔荷載，從而達到加固的目的。鋼筋混凝土技術(shù)的附著力還可以有效地控制裂紋的形成和裂紋的連續(xù)膨脹。這是水工隧道有效地混凝土裂縫加固策略。與傳統(tǒng)的混凝土加固技術(shù)相比，鋼骨混凝土加固技術(shù)的施工步驟相對簡單，施工方便，有效釋放鋼板的性能。而且固化時間較短，施工速度相對較快，對結(jié)構(gòu)的正常使用沒有影響。它對結(jié)構(gòu)的重量影響很小，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼板的厚度和重量較小，并且結(jié)構(gòu)的重量較小。并且該技術(shù)補強效果好，有多種膠粘劑可以很好地黏附在混凝土基礎表面，可以充分影響鋼板的強度，提高混凝土的抗裂性和防水性[4]。

5.5 碳纖維增強混凝土技術(shù)

該技術(shù)使用粘合劑層材料將碳纖維布粘合到混凝土結(jié)構(gòu)的表面，從而使碳纖維和黏結(jié)混凝土結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固并改善結(jié)構(gòu)性能的目的。粘合劑層的材料包括浸漬的樹脂膠，流平材料和涂料。作用是填補混凝土基礎表面的細紋和其他缺陷，以改善建筑表面的平整度；包層材料的主要功能是改善混凝土，結(jié)構(gòu)的附著力提高了接頭的接縫強度。碳纖維更輕更結(jié)實，對混凝土重量的影響可以忽略不計，可以改善結(jié)構(gòu)的整體強度，并且它具有更好地耐腐蝕性，由于碳纖維不會與酸堿鹽發(fā)生化學反應，因此其穩(wěn)定性更好[5]。

5.6 建立全面的防裂措施

對于混凝土中的水力裂縫，其原因有多種，全面的防裂措施，有效確保了水工隧道的安全運行。在評估和分析裂紋危害時，應選擇合理的應用方法，進行現(xiàn)場檢查監(jiān)控和結(jié)構(gòu)計算分析，并且應將智能和數(shù)字技術(shù)積極引入該方法中。將結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生概率降到最低。根據(jù)現(xiàn)場檢測方法方法的實際應用，以確定項目施工現(xiàn)場的實際狀況，并將其作為制定優(yōu)良預防措施的重要依據(jù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，我國建設施工廣泛的應用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的實際應用取得了較為理想的效果，有效地提高了建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性。在水工隧道的施工中，裂縫是一個長期存在的問題，這勢必會對混凝土結(jié)構(gòu)的整體安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，因此本文詳細地分析具體問題和分析裂縫的原因，并且對結(jié)構(gòu)加固和預防提供了一些有效地措施和應對方法。