水工隧洞混凝土裂縫分析及加固研究

劉軍佐

【摘要】水工隧洞不是天然而形成的，是在巖石、土體中挖掘而成的，有輸水、灌溉、導流及發電等作用，水工隧洞有兩種，即有壓和無壓隧洞。想要確保圍巖的穩定性，需要合理進行支護和襯砌。襯砌要具有防滲、沖刷的特征，這樣才能達到運行的基礎要求，使圍巖不受溫度、大氣等不利因素的局限。但從目前水工隧洞的現狀來看，往往會受客觀因素及施工人員操作不當等因素的局限，使得水工隧洞的襯砌效果不佳。經常出現的問題有“麻面、色差、裂縫”等等，本文對水工隧洞中混凝土的裂縫問題進行了探討，提出了有效的預防及加固措施。

【關鍵詞】水工隧洞；混凝土；裂縫原因；加固

裂縫是水工隧洞襯砌施工中最常出現的問題之一，此問題的存在會使得隧洞的整體構造不統一，降低原來的強度，使得混凝土抗滲的作用降低，難以將隧洞原有的積極作用發揮出來。所以，本文對其預防和管理方法的研究十分關鍵，唯有如此才能確保今后水工隧洞的設計理念得到可持續的發展，淋漓盡致發揮水工隧洞的積極作用。

一、水工隧洞混凝土裂縫類型

1、細微性的表面裂縫

細微性表面裂縫是一種常見的水工隧洞襯砌混凝土裂縫類型，此裂縫類型一般沒有規律性可循，常存在多條裂縫同時出現的情況，裂縫長度短、深度淺（不超過1mm），以閉合或略微張開的狀態呈現。此裂縫不會導致滲漏，對混凝土的結構穩定性無影響，但卻會對結構耐久性產生影響，會逐漸銹蝕鋼筋，降低混凝土的抗凍性，致使結構被嚴重破壞。

2、貫穿性的有害裂縫

貫穿性裂縫類型一般會作用于整個結構面，與細微性裂縫相反，在隧洞襯砌混凝土中出現的裂縫較少，但卻具有長度長、深度深及寬度寬（1-5mm或高于20mm）的特點，會貫穿于整個結構斷面，形成貫穿性的通道，會導致隧洞出現嚴重的滲漏問題，如果不能有效治理與預防，會出現流土或圍巖淘刷現象，這對于其結構的穩定性與耐久性都十分的不利。

二、產生的原因及預防分析

1、材料選擇和管理方面

原材料的質量如何直接會影響工程的整體質量，目前工程中選擇原材料和管理方面常會存在問題，如水泥的選取和實際工程需求不相符合；水泥在運輸中沒有得到防潮保護，沒有檢驗便投入使用；粗細骨料的搭配不合理，總是存在含泥量大、片狀顆粒物質含量多或有害物質過多等情況；不同季節對各材料的儲存方式不合理，并未采取降溫與保溫措施，等等。所以，想要提升水工隧洞的施工質量，就需要對原材料進行合理選擇與管理。選擇水泥時需要堅持低發熱量的原則，在運輸時要做好防潮準備與全面的運輸準備，避免任何雜物的混入。運輸裝修時需要對水泥的品種、標號、出廠日期及編號等進行區分，進行合理的裝修，并做好便于區分的標志，確保不出現任何的混淆情況。對于各材料質量的控制需要從材料原地和檢驗兩方面進行，如上文提到的粗骨料，需要對其含水率、含泥率及顆粒級別等進行檢測，對于檢測不達標的材料，需要馬上對其進行清除，并做好詳細的記錄。對于粗骨料的溫度更好控制與管理好，不妨采取搭棚、冷卻等方式控制混泥土溫度。合理摻入粉煤灰、膨脹劑等，提升混凝土的抗滲、裂度，使混凝土的質量更加的均勻密實。

2、隧洞開挖方面

對于水工隧洞而言，有的隧洞開挖的輪廓不完整，常會存在超挖或者欠挖的情況，超挖和欠挖部位由于襯砌或支立鋼拱架等情況都會形成混凝土裂縫的情況。尤其是有些水工隧洞工程在開挖的過程中，由于底板澆筑前未清理出新鮮的巖石，會存在清基不徹底而導致浮渣等沉積材料存在的問題，導致底板混凝土和巖石間有軟弱夾層，局限了其彈性抗力作用的發揮，導致裂縫的頻繁出現。針對上述種種問題，需要科學進行洞段測量，避免超挖與欠挖情況的存在，提升爆破水平及成效，加大力度對相關技術人員的培訓。同時，施工單位在巖基面清理時要在倉面兩側的5m外做好圍擋措施，確保各雜物沒有機會進入到倉面中。對倉面的內巖面、噴混凝土的表面、底板表面等進行高壓性水沖洗，之后在進行深入的抽排積水。此外，對于混凝土襯砌洞段需要進行超前與局部相結合的處理措施，確保開挖處于到位狀態。此外，對于擴挖的洞段要進行多層次的測量與核實，用鮮艷顏色的漆將擴挖的位置及厚度標記好，采取爆破及破碎相結合的方式，之后按照每倉3個斷面的復核方式。鋼筋綁扎后需要業主、監測單位及施工單位利用精準性較高的卷尺對襯砌的厚度進行詳細的測量，對于某欠挖部位，施工單位需要利用風鎬鑿除的方式進行復性處理。

除了上述兩種原因及預防對策外，還存在漏振、振搗不足或過振問題，對此，需要施工單位對于每個作業過程都要選擇經驗豐富的管理人員進行管理，避免施工人員隨意施工情況的出現。同時對澆筑面的實情進行分析，合理優化工藝，嚴格遵循施工步驟，以達到合理振搗，提升混凝土密實度；此外還存在外加劑種類和用量不合理及養護不達標等問題，需要針對實際問題采取有效對策。

三、加固措施

對水工隧洞混凝土的加固方法可以選擇三種方式。第一，擴大截面加固方式。此種方式是通過植筋加固技術在新形成的混凝土結構中植入鋼筋，以此來達成提升結構物承載力及確保新舊混凝土結構連接的目的；第二，外包剛加固方式。此方式能確保混凝土結構的變形率，將鋼板的抗拉強度作用發揮出來，使兩者融為一體，提升加固后構件的抗壓、抗彎及抗剪力；第三，預應力加固方式。此種方式的加固主要依靠施加預應力拉桿加固和施工預應力的支撐加固。

總結：

水工隧洞的開裂問題十分的復雜，但是為了將水工隧洞的積極作用發揮出來，需要對導致混凝土裂縫的各因素進行分析，針對實際問題采取有效的預防及加固措施，最大限度降低水工隧洞的裂縫率。

參考文獻：

[1]淺談水工隧洞施工質量隱患及保證施工質量的建議[J]. 侯振倫. 山西水利科技. 2017（01）

[2]淺談水工隧洞設計方法[J]. 吳琨. 珠江水運. 2016（12）