浅析隧道衬砌混凝土裂缝的原因 [复制链接]

随着公路建设的不断发展，高等级公路的投资也越来越多，标准也越来越高，这样一来山区公路的各种结构物也相继增多，隧道工程所占的比例也逐步增大。隧道二次衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺，但混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观，也给工程质量留下了隐患。所以在施工过程中应采取合理的技术措施，控制和减少混凝土裂缝的数量和宽度。笔者通过几年的施工管理和体会，认为应从以下几个方面分析混凝土裂缝的形成和预防。 ?8m/]P/~  
　　一、裂缝类型 T480w6-@  
　　１．干缩裂缝 =*U24B*U93  
　　混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发，使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形。由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性的，走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝的因素主要有：水泥品种、水泥用量、水灰比、骨料的大小级配、外加剂的品种和掺量。 { "c,P:S]  
　　２．温度裂缝 rT)R*3  
　　水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。温度裂缝一般为冬季较宽，夏季较窄。主要产生因素有二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种和用量。 wQ^a2$Z  
　　３．荷载变形裂缝
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　　仰拱和边墙基础的虚渣未清理干净，混凝土浇注后，基底产生不均匀沉降，模板台车或堵头板没有固定住，以及过早脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都会产生变形裂缝。荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大。 4et#Q  
　　４．施工缝 ~.PYS!" +  
　　施工过程中由于停电、机械故障等其他原因迫使混凝土浇注中断或停电时间超过混凝土初凝时间。继续浇注混凝土时，原有的混凝土表面没有进行凿毛处理，或处理不彻底，致使新旧混凝土接茬处出现裂缝。. s30_lddD  
　　二、形成裂缝的原因 [40 YoVlfM  
　　１．设计粗糙?建设、监理单位工作随意性大 q Q8l8  
　　由于多方面的原因，勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及结构设计缺乏科学依据，带有一定的盲目性。个别建设单位限于自身管理和专业技术水平的欠缺，任意变更设计。少数工程由业主的内部人员组成监理机构，监理工作失去了独立性，但随着建设市场的规范，这些问题会逐渐得到解决。 c y$$}  
　　２．施工工艺现场操作不规范 dY.uOafr  
　　①隧道开挖成形差衬砌混凝土厚度严重不均匀，欠挖和超挖支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土厚度不足，个别隧道衬砌混凝土背后存有脱空现象。 w(-n1oSo  
　　②未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次衬砌的施工时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。 1gJ!!SHPo  
　　③混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大，在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。 !Ua#smZ  
　　④采用整体式钢模台车施工，混凝土浇注时振捣不实或漏浆，造成混凝土密度不均匀。 w>s  
　　⑤盲目追求施工进度，脱模时间过早，养生条件又不完善，使混凝土过早承受荷载，破坏了混凝土内部受力结构。 .Ps;O  
　　⑥夏季施工时砂、石料露天堆放，无降温措施，混凝土入模时温度过高；冬季施工保温措施不得力。 s#[Ej&2[=  
　　３．原材料质量差，配合比设计不合理 R[;Z<K\Nn?  
　　水泥品种选择不当，安定性不足，不同批次的水泥混用，碎石、砂继配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状过多，影响了水泥与骨料的结合。进行配合比设计忽略水泥用量增多对混凝土品质的影响，错误地认为水泥用量越多混凝土强度越高。此外，如果对掺合物合外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往也达不到预期效果。

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三．混凝土裂缝治理 ^[\53\R~  
　　１．细微裂缝 ! {o+B^^  
　　隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂缝，这种裂缝是稳定的，一般可自愈不会影响结构的使用合耐久性。从美观考虑，可先清洗干净裂缝表面，然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。 <!HDtN  
　　２．贯通性裂缝 jeuNTDjeL  
　　贯通性裂缝的危害较大，必须采取有效的处理方法。沿裂缝方向凿成宽５厘米、深３厘米的Ｖ形槽，在槽内骑缝每隔０．５米钻一孔，孔深为衬砌厚度的１／２或２／３，一般不少于１５厘米，并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘，在孔内插入￠１０的压浆管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂浆压实抹平。环氧树脂砂浆配比，环氧树脂?水泥?细纱?乙二胺?二丁酯＝１：１．６：３．２：０．１：０．１２。其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂。待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以０．１５ＭＰａ～０．２ＭＰａ压力压入水泥－水玻璃浆液或环氧树脂浆液。压浆结束后在０．２ＭＰａ压力下压水检查压浆效果，裂缝表面用刮抹料和调色料处理。 o >4>7  
　　３．密集裂缝 (lck6v?h  
　　衬砌背后有空洞或衬砌厚度不足引起的密集裂缝，必须进行防水和地层加固处理。沿裂缝两侧每隔１．２米～１．５米交错布点，凿成１０厘米×１０厘米大小深５厘米地方槽，用风动凿岩机钻孔，孔深３米，安装ＷＤＴ２５中空注浆锚杆，注入水泥砂浆，水灰比１?１?施工时由上往下逐级注浆，注浆压力以０．４ＭＰａ～０．６ＭＰａ为宜。注浆结束后，另凿新孔在０．６ＭＰａ～１．０ＭＰａ压力下压入纯水泥浆检查注浆效果，当达到规定压力而压不进时，认为注浆已满，注浆２４小时后安装锚杆垫板，用环氧树脂砂浆抹平方槽，表面用刮抹料和调色料处理。 |`D5XRVbi  
　　四、如何预防混凝土裂缝 8Carg~T@  
　　１．提高设计精度，加强工程前期地质工作，为设计提供详细地工程地质，水文地质勘探资料，提高设计质量。 SF
PIr0 u  
　　２．把好材料进场关，严格控制原材料质量 d=OO(sf  
　　①水泥：施工现场多使用普通硅酸盐水泥，但应尽量减少单位水泥用量，不同品牌，不同规格，不同批次的水泥不能混用。 Hr,gV2n  
　　②碎石：严格按混凝土配合比设计的规格选用碎石标准，严格控制碎石的含泥量、针片状含量。 4y}a,  
　　③砂：采用继配良好的中砂，细度模数应为２．３～３．０，粒径小于０．３１５ｍｍ的颗粒含量所占比例宜为１５～２０％，严格控制含泥量在３％以内，为方便混凝土的运输和浇注。 G@I_6cE  
　　④水：最好选用饮用水。当采用其他水时，应按国家现行标准执行，ＰＨ应大于４。水灰比越大混凝土的干燥收缩越大。严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的主要措施之一。施工中水灰比的范围一般控制在０．４５～０．５５之间，塌落度控制在（１２±２）ｃｍ之间。" ?}Ptb&Vk(  
　　⑤外加剂：高效减水剂能够有效减少用水量，降低水化热，延缓水化热释放速度，从而减少温度裂缝，但掺量过多会引起混凝土的膨胀和开裂，施工时必须慎重选用外加剂的品种和用量。 3$G25=eN  
　　３．严格控制混凝土施工工艺 V^5k>`A  
　　①控制爆破参数，提高爆破水平，加强隧道开挖断面尺寸的检测能力，严格控制超欠挖，为衬砌施工创造良好的环境和条件。 y?4=u,{C  
　　②二次衬砌施工时间，应在围岩和初期支护变形基本稳定后进行，当围岩变形较大、流变特征明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。 wU3ica&[   
　　③混凝土的拌合 }~,cCtg:o  
　　严格按级配标准计算各种材料用量，定期检查和校准计量装置。加强砂石料含水量的检测，及时调整混合料的用水量。保证混凝土的和易性。 9oN'.H^  
　　④混凝土的浇注 Oy`\8*Uy__  
　　混凝土在运输和输送过程中严禁加水。适当放慢浇注速度，两侧边墙对称分层浇注到墙拱交界处停１ｈ～１．５ｈ，待边墙混凝土下沉稳定后，再浇注拱部混凝土。5 |$ @( d" m2 M' B( I# b jJQfCOD$  
　　在浇注过程中振捣要及时到位，提高混凝土的密实性和均匀性，减少内部微裂缝和气孔，增强混凝土的抗裂性能。 D~?*Xv]s~  
　　⑤混凝土的脱模和养护1 MJR\ g3  
　　混凝土拆模的强度必须符合设计和规范要求，严禁为赶工期或提高模板周转量提前拆模，拆模时注意保护混凝土。拆模后应及时养生，而传统的洒水养护方法，既给隧道内的文明施工增加了难度，洒水又不均匀，使混凝土的早期强度得不到保证。因此，建议使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。