隧道二襯混凝土裂縫的成因分析和修補(bǔ)及預(yù)防

孟江峰

1 工程概況

子長(zhǎng)環(huán)城西路強(qiáng)家梁隧道設(shè)計(jì)為雙線兩車道,全長(zhǎng)1 765 m,里程K 0+380～K2+145,本隧道位于子長(zhǎng)縣西部,縱坡為2.5%,隧道主洞襯砌內(nèi)輪廓為凈寬10.0 m,拱高7.0 m的同心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)。

2 隧道襯砌裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 因環(huán)境、材料引起的裂縫

溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性以及原材料的不合格(如堿骨料反應(yīng)),酸、堿、鹽等對(duì)構(gòu)筑物的侵蝕都是造成襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫的原因。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或舊混凝土的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。另外溫度裂縫的產(chǎn)生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量及水灰比,骨料的大小和級(jí)配,外加劑品種和摻量有關(guān)。

2.2 因施工操作不規(guī)范引起的裂縫

隧道測(cè)量不精確,造成開挖斷面凈空不符合設(shè)計(jì)要求,出現(xiàn)超欠挖,造成初期支護(hù)噴射混凝土厚度不均勻或初期支護(hù)侵入襯砌限界以及襯砌混凝土背后存在空洞都是產(chǎn)生裂縫的直接原因。輸送泵操作人員在泵送施工中精力不集中,沒有時(shí)刻注意泵送壓力表的讀數(shù),泵送混凝土速度選擇很關(guān)鍵,操作人員不能一味地圖快,有時(shí)欲速則不達(dá)。采用整體式鋼模板臺(tái)車施工,在泵送混凝土澆筑過程中,沒有先兩邊窗口再中間窗口,而是先從中間窗口泵送混凝土且沒有及時(shí)振搗,振搗或插入不當(dāng),漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均會(huì)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性,誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。泵送時(shí),操作人員須隨時(shí)觀察料斗中的余料,嚴(yán)禁出現(xiàn)中途斷料。對(duì)于停機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)已初凝的混凝土,繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r,原有的混凝土基礎(chǔ)表面沒有進(jìn)行鑿毛處理,或者鑿毛后沒有用水沖洗干凈,也沒有鋪水泥砂漿墊層就在原混凝土表面澆筑混凝土,致使新舊混凝土接槎間出現(xiàn)裂縫。上次泵送完畢,管道未清洗干凈,會(huì)造成下一次泵送時(shí)堵管及對(duì)混凝土強(qiáng)度帶來影響以至于開裂。

2.3 因配合比不當(dāng)引起的裂縫

配合比不當(dāng)產(chǎn)生裂縫的主要原因有:1)粗細(xì)集料含泥量過大,造成混凝土收縮增大,誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。2)骨料粒徑越細(xì)、針片含量越大,混凝土單方用灰量、用水量增多,收縮量增大。3)混凝土外加劑、摻合料選擇不當(dāng),或摻量不當(dāng),對(duì)摻合料和外加劑的選用缺乏專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)。4)錯(cuò)誤認(rèn)為水泥用量越多,混凝土強(qiáng)度越高,水泥品種選擇不當(dāng),安定性不良,不同批次的水泥混用。5)水泥等級(jí)及混凝土強(qiáng)度等級(jí)原因:水泥等級(jí)越高、細(xì)度越細(xì)、早強(qiáng)越高對(duì)混凝土開裂影響越大。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)越高,混凝土脆性越大、越易開裂。

3 隧道襯砌混凝土裂縫的修補(bǔ)方法

3.1 表面修補(bǔ)法

表面修補(bǔ)法是一種簡(jiǎn)單、常見的修補(bǔ)方法,它主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理,表面修補(bǔ)法包括表面涂抹法和表面貼補(bǔ)法。表面涂抹法適用范圍是漿液難以灌入的細(xì)而淺的不漏水不伸縮的裂縫以及不再活動(dòng)的裂縫。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏,通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

3.2 填充法

填充法用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫,作業(yè)簡(jiǎn)單,費(fèi)用低。寬度小于0.3 mm,深度較淺的裂縫或是裂縫中有充填物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡(jiǎn)易處理可采取開V形槽,然后作填充處理。

3.3 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法應(yīng)用范圍廣,從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。利用壓送設(shè)備(壓力0.2 MPa～0.4 MPa)將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中,膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。該方法屬傳統(tǒng)方法,效果很好。也可利用彈性補(bǔ)縫器將注縫膠注入裂縫,不用電力,十分方便,效果好。嵌縫法通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

4 隧道襯砌混凝土裂縫的預(yù)防控制

4.1 把好材料進(jìn)場(chǎng)關(guān),嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)水泥。不同品牌、不同規(guī)格、不同批次的水泥不能混用。施工現(xiàn)場(chǎng)多使用普通硅酸鹽水泥,但應(yīng)盡量減少單位水泥用量。2)碎石。根據(jù)泵送管路的內(nèi)徑,盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴(yán)格控制含泥量不大于1%,針、片狀物含量不大于15%,粒徑以5 mm～31.5 mm為宜,最大不超過40 mm。3)砂。采用級(jí)配良好的中砂,細(xì)度模數(shù)應(yīng)為2.3～3.0,粒徑小于0.315 mm的顆粒含量所占比例宜為15%～20%,嚴(yán)格控制含泥量在3%以內(nèi)。為方便混凝土的運(yùn)輸、泵送和澆筑,砂率取35%～45%。4)水。最好選用飲用水。5)外加劑。施工時(shí)必須慎重選擇外加劑的品種和摻量,高效減水劑能夠有效減少拌合用水,降低水化熱,延緩水化熱釋放速度,從而減少溫度裂縫,但摻量過多會(huì)引起混凝土的腫脹和開裂。

4.2 嚴(yán)格控制隧道各道施工操作,提高施工質(zhì)量

1)加強(qiáng)隧道開挖斷面檢測(cè),嚴(yán)格控制超欠挖,為后期襯砌施工創(chuàng)造良好的條件。2)在保證開挖斷面成型滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,嚴(yán)把初期支護(hù),不能讓其噴射混凝土侵占二次襯砌凈空,造成襯砌厚度不滿足設(shè)計(jì)要求。3)仰拱及矮邊墻施工前一定要把基底虛渣、雜物、積水清理干凈,以避免成型后的混凝土出現(xiàn)不同程度的下沉及變形而影響后期二次襯砌的質(zhì)量。4)二次襯砌施作時(shí)間,應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。當(dāng)圍巖變形較大、流變特性明顯,需提前進(jìn)行二次襯砌時(shí),必須對(duì)初期支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。5)二次襯砌混凝土灌注,全過程應(yīng)有技術(shù)人員進(jìn)行旁站,且嚴(yán)禁在運(yùn)輸和泵送過程中給混凝土加水。

4.3 混凝土配合比的控制及選用

1)嚴(yán)格按施工配料單計(jì)量,定期檢查校正計(jì)量裝置。加強(qiáng)砂石料含水率檢測(cè),及時(shí)調(diào)整拌和用水量。2)改善骨料級(jí)配,摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。3)混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑,改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性,降低水化熱,推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。4)控制混凝土的入模溫度。夏季施工時(shí),當(dāng)氣溫高于32℃時(shí),砂石料、攪拌機(jī)應(yīng)搭設(shè)遮陽棚,用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。

5 結(jié)語

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低隧道的抗?jié)B能力及其使用功能,而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響隧道的承載能力,因此要對(duì)隧道襯砌混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究,采用合理的方法進(jìn)行處理。對(duì)混凝土使用中的裂縫及其耐久修補(bǔ)問題,我們要了解發(fā)生的機(jī)理,通過事前預(yù)防控制來減少隧道襯砌混凝土的裂縫發(fā)生,通過有效的事后補(bǔ)救來保持結(jié)構(gòu)正常使用功能,并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展;同時(shí)施工人員要認(rèn)真負(fù)責(zé),嚴(yán)格按規(guī)定要求施工,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),方能保證隧道安全、穩(wěn)定地工作。

[1]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003:12.

[2]黃成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2003:2.

[3]交通部重慶公路科學(xué)研究所.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2004:6.

[4]孫永林.淺談混凝土裂縫成因及控制[J].山西建筑,2007,33(24):166-167.