淺析小斷面水工隧洞混凝土缺陷成因及主要處理措施

杜明星

【摘要】寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程是解決寧夏南部113.53萬人安全飲水的重點工程，全線共計12條隧洞，由于斷面較小，地質條件復雜，地下水活動豐富，在二襯混凝土施工過程中各隧洞不同程度出現了滲水、裂縫等缺陷，在對缺陷成因進行分析的基礎上，最終選擇了科學合理的處理方式對工程缺陷進行了處理。

【關鍵詞】小斷面；水工隧洞；混凝土缺陷；措施

1、工程概況

寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程是將六盤山東麓水量相對豐沛的涇河水，向北輸送到中南部缺水地區，解決干旱缺水的中南部地區固原市原州區、彭陽縣、西吉縣和中衛海原縣共計44個鄉鎮，現狀110.8萬人城鄉飲水安全問題。工程設計流量3.75m3/s，多年平均引水量3982萬m3。工程由截引、輸水和調蓄水庫等工程組成。輸水線路總長74公里，其中隧洞12座，總長36.5公里，輸水管道及其它工程37.5公里。隧洞設計為馬蹄形斷面，襯砌后底寬180cm、最大凈高245cm、最大凈寬寬230cm。隧洞最長為7#大灣隧洞，全長10580m，最短為11#后河隧洞，全長540m。輸水隧洞平均埋深32～165m，最大埋深48～310m，圍巖地層巖性以白堊系下統乃家河組（K1n）泥巖夾泥灰巖為主，占66.3%，馬東山組（K1m）泥頁巖、泥灰巖占28.3%；第三系始新統寺口子組（E2s）礫巖夾泥巖占1.2%；第四系上更新統（Q3）黃土、壤土占3.9%，全新統（Q4）坡殘積物、沖積物等0.2%。隧洞巖石屬非膨脹巖，不存在高地應力問題。巖石的飽和單軸抗壓強度2.26～13.4MPa，一般多在5MPa以下，屬于軟巖。圍巖類別以Ⅳ類為主，局部Ⅴ類，圍巖條件總體較差。隧洞沿線地下水位埋深變化較大，從溝谷內埋深1～5m，至山頂附近埋深65～97m不等，水位高程明顯隨地形變化。

2、隧洞混凝土澆筑情況及缺陷調查

寧夏中南城城鄉飲水安全水源工程隧洞混凝土設計為C25F50W10，模板均采用鋼模臺車，其中2#胭脂川隧洞采用的是全斷面鋼模臺車，其余隧洞先澆筑底板，邊頂拱采用鋼模臺車澆筑。振搗采用附著式振搗器振搗，軟軸式振搗器輔助。混凝土生產均采用安裝有自動計量系統的拌合站拌制，定制混凝土罐車運輸，地泵入倉。

根據對所有澆筑完成的隧洞永久襯砌混凝土的缺陷檢查及素描，本工程除一些常見的如蜂窩、麻面、氣泡，錯臺等缺陷外，還出現了表面裂縫、局部點狀滲漏水以及結構縫因止水失效出現較為明顯的滲水等問題。

3、缺陷成因分析

水工隧洞建設混凝土施工過程造成缺陷的產生主要是由于混凝土生產質量、混凝土施工工藝、外水壓力、施工環境、施工組織及管理水平低等多重因素的影響。

3.1混凝土原材料質量波動，造成混凝土質量不穩定

由于工程所處地區今年基礎設施建設項目較多，導致砂石骨料需求量大增，而本項目原材料均未施工單位自采，由于沒有穩定的料源，導致原材料質量不穩定，進而出現混凝土生產質量波動較大，造成入倉及振搗環節控制難度增加，最終造成局部振搗不密實形成滲水通道。

3.2混凝土施工工藝不合理

水工隧洞施工現場斷面較小，為科學進行施工組織設計，保證施工工期，提高施工進度，隧洞混凝土澆筑過程一般進行跳倉澆筑平行作業。跳倉澆筑平行作業需要增加一部分模具，投入相應的資源，但能夠有效的保障施工工期，工程進度。但在實際工程中，部分施工隊伍為了經濟利益的最大化而選擇連續倉澆筑施工工藝，連續倉澆筑的過程中其上一倉混凝土還沒有達到一定的強度，施工過程中在施工縫與伸縮縫的處理上存在很大難度，混凝土澆筑完成后比較容易產生裂縫，造成在施工縫與伸縮縫存在滲水、漏水的現象。

3.3外水壓力較大，造成混凝土局部滲水

由于該工程外水壓力較大，二襯混凝土澆筑后，受施工環境狹小及進度要求影響，不能及時進行排水孔施工，而在施工過程中，現場也未能臨時采用有效的排水措施對隧洞滲水進行妥善引排，致使在混凝土強度未達到設計要求時已承受了較高的外水壓力，導致混凝土出現滲水。

3.4狹小的施工環境對質量產生一定影響

該工程隧洞斷面狹小，襯砌后最大凈高2.45m，最大凈寬僅為2.3m，鋼模臺車支撐到位后，大部分區域施工作業人員無法進入，造成輔助振搗無法實施，局部混凝土出現漏振或者振搗不到位的情況，最終導致混凝土出現裂縫及滲水問題。

3.5 施工人員技術水平低，管理不到位

水工隧洞施工過程中，其施工素質環境較為復雜，對施工人員的混凝土施工技術提出了較高的要求，但由于混凝土施工的操作人員技術水平不足，責任心差，比較容易造成混凝土的施工缺陷。因混凝土振搗施工人員操作技術的原因容易產生漏振、過振的現象，待混凝土澆筑完成，達到強度并且成型后，在混凝土表面將產生麻面、蜂窩、露筋等現象。而質量管理不到位造成的施工過程各個工序之間不能進行有效的銜接，各個工序施工過程中機械事故頻發，對原材料進場的質量把關不嚴，三檢制度不能有效落實等也是導致混凝土缺陷的因素之一。

4、混凝土缺陷處理措施

在對缺陷成因進行分析的基礎上，該工程最終確定了混凝土缺陷處理措施如下：

4.1蜂窩麻面處理

（1）缺陷深度<5mm，修補區至少鑿深至5mm，邊緣鑿成齒槽狀，邊界規整，用鋼絲刷刷除浮灰，用高壓氣水槍清理基面，保持基面潮濕無明水，再批刮高強聚合物修補砂漿HG35至與原混凝土表面基本齊平。

（2）缺陷深度≥5mm，先將缺陷部位進行鑿除，其平面形狀是一個四邊形或多邊形，內角宜≥70°；混凝土鑿除的深度大于該部位最深的缺陷5mm，如果有蜂窩深度達到鋼筋里面，用鏨子敲打至強度滿足要求的混凝土。鑿除缺陷后，采用高強聚合物修補砂漿HG35修補。

4.2混凝土表面不平整、錯臺、掛簾處理

采用人工鑿除及砂輪打磨，使其與周邊混凝土平順銜接，其順水流向坡度不陡于1：30，垂直水流向坡度不陡于1：10，打磨面搓毛，表面批刮3mm厚的高早強聚合物修補砂漿HG35。

對漏漿掛簾處應采用角磨機進行打磨處理，打磨完成后，濕潤基面，用高早強聚合物修補砂漿進行抹面，滿足表面平整度要求。

4.3混凝土局部架空、鋼筋外露處理

混凝土局部架空，先將缺陷部位鑿成規則形狀，在缺陷周圍打孔壓水檢查，確定架空范圍，對于有滲水部位，在回填時預埋止水針頭，以備灌漿使用，側面和底板采用高早強聚合物修補砂漿HG35填充修補，若尺寸較大時，在聚合物修補砂漿HG35中摻加重量比1：0.8的豆石或瓜米石。

對于表面裸露的鋼筋，沿外露鋼筋兩側5cm進行打磨，使鋼筋露出，用鋼絲刷清除裸露鋼筋表面的銹斑銹跡，并用聚合物防銹膠泥SD12-III對裸露鋼筋進行涂刷包裹，起到永久防銹。

對于露筋較深的處理， 劃定需要處理的范圍，先用切割機切槽，，形成整齊而規則的邊緣，再用沖擊鉆對處理范圍內疏松混凝土進行清除，沖洗干凈后，用C30強度等級的高早強修補砂漿HG35填塞密實并表面進行批刮SD11聚合物防水砂漿，為保證涂層防滲性能并對有效過水斷面無影響，SD11聚合物防水砂漿的批刮厚度控制在6～8mm為宜。

4.4麻面、氣泡

對于該類缺陷，采用高早強聚合物修補砂漿進行修補填實，修補平整，確保混凝土過流面的功能。

4.5裂縫、結構縫及點狀滲水

滲漏處理采用“化學灌漿”的處理方案，堵漏灌漿材料采用DF107單液聚氨酯高強疏水性堵漏材料、DF108單液聚氨酯高彈親水性堵漏材料或GS水溶性注漿堵漏靈等新型材料進行注漿堵漏。

聚氨酯灌漿料性能指標如下：

5、彈性聚氨酯化灌工藝

5.1灌漿孔布置

經了解該隧道工程襯砌混凝土厚度約為30cm，因此，為了確保不對隧道混凝土結構物造成二次損壞，我們考慮沿裂縫兩側或滲水點布置騎縫孔或斜孔，騎縫孔孔距為30～40㎝，孔深10～15㎝，孔徑為12㎜。布孔及開孔前用角磨機磨去混凝土表面的浮漿浮灰以及其他影響修補材料粘結的污染物。開孔時盡量避開鋼筋，遇到有鋼筋時調整開孔位置，打好灌漿孔后用壓力水清洗孔內雜物，灌漿管或止水針頭安裝前應妥當保護好孔口，防止污水和雜物進入孔內。

5.2止水針頭埋設

（1）埋入止水針頭的深度約為鉆孔深度的2/3。

（2）止水針頭直徑為ф10mm。

（3）止水針頭的埋設固定采用早強聚合物水泥砂漿HG35或速凝堵漏劑，在有滲水情況的部位，埋設止水針頭時可采用堵漏劑材料進行固定，待嵌固材料有一定強度后，用灌漿管連接灌漿泵，壓入清水進行清洗，并檢查各孔的相通情況。洗縫壓力為灌漿壓力的80%左右。

5.3化學灌漿前的準備工作

（1）按照裂縫的長度和寬度，計算出擬要灌注的漿材的用量，分批配制漿液。

（2）灌漿泵上安設壓力表。壓力表與管路之間裝設隔漿裝置，以防漿液進入壓力表，并且灌漿泵盡可能接近孔口。

5.4灌漿壓力設定

考慮到隧道混凝土結構自身情況，灌漿起始壓力設定為0.2Mpa，最高壓力不超過0.5Mpa，壓力的控制原則是不得對混凝土結構物產生新的破壞。實際灌漿壓力可在現場根據實際情況進行適當調整。

5.5化學灌漿施工

（1）按事先編制的孔號，自下向上、自中間向兩邊進行灌漿。

（2）采取純壓式灌注。

（3）當漿液到達相鄰孔后或保壓10min，才停止灌注，并將該灌漿孔進行閉漿，然后移動灌漿泵接頭到相鄰孔灌漿管繼續灌注。

（4）灌漿時保持吸漿管口置于盛漿設備液面以下，以免灌漿時吸入空氣。

（5）單孔灌漿結束標準：灌漿孔不吸漿，屏漿保壓（0.3MPa）10min后灌漿即可結束。

（6）化學灌漿結束后，應仔細檢查孔內是否填充密實或檢查是否仍有滲漏水出現，若發現孔內未填滿或仍在滲水，應及時進行二次補灌。

5.6裂縫化學灌漿后的表面處理

灌漿結束后，拆除灌漿針頭，用聚合物修補砂漿HG35修補針孔眼，沿縫面鋪設一層纖維網格布，再刮涂5mm厚聚合物水泥防水砂漿SD11進行表面處理，修補工藝應達到與混凝土面基本齊平并無明顯的凸凹。

七、結語

水工隧洞施工是在比較復雜的水環境下進行的，工程隧洞外水壓力較高，圍巖地質條件較為惡劣，穩定性較差，以及施工作業人員技術水平低，管理不到位等諸多因素均會導致混凝土出現質量缺陷，合理的缺陷處理措施能夠保證處理后的混凝土質量滿足設計要求。寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程隧洞按照最終確定的處理方案及施工工藝對隧洞混凝土缺陷進行了有效處理，處理結果滿足設計要求，工程最終通過了通水階段驗收，如期的實現了通水目標。