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構的承載能力和耐用性，還會引起內部鋼筋的腐蝕，造成嚴重的結構老化和損失。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，水工隧洞混凝土結構中極易的出現裂縫。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構出現裂縫。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。目前，裂縫已成為水工隧道施工中相對普遍的質量缺陷，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結構中造成裂縫。此外，人們對建筑物安全性和環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挑戰。

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，必須注意不斷監視其發展趨勢。在加固施工中，提高液壓黃銅裂縫加固的質量，可以有效地提高水壓隧道結構的整體穩定性，使工程建設經濟得到保障。水工隧洞混凝土可能會在不同方向和不同深度處出現裂縫的情況，這必將對建筑結構的整體安全性產生嚴重影響。不同的裂縫通常會在不同的水平上損壞混凝土結構，因此要有效地確保結構的強度和均勻性。可以有效地延長工程的使用壽命。根據水工隧洞混凝土根據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構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構穩定性和裂縫穩定性進行深入的分析，有效地提高了水工隧道結構的承載能力。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定性分析，當進行單元裂紋的數值模擬時，可以嘗試應用模型測試方法，記錄和觀察混凝土結構中不同等級的裂縫，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

由于結構承受的內力不同，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，會發生由大的外部載荷引起的結構彎曲現象。應力裂紋通常在部件中顯示為本質上是擴展的結構裂紋，對于這種類型的裂紋，通常會對鋼筋混凝土結構造成更大的破壞。壓縮裂縫是混凝土結構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，這就造成了結構應力線性下降。

4.2 內部載荷引起的裂縫

內部載荷引起的裂縫更為普遍。這些裂縫的原因在于，原材料的質量不符合行業相關的標準要求，混凝土結構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不合理的結構，形成的結構裂縫將在縱向和周圍方向延伸。原材料質量不合格或者不符合施工環境，將直接影響工程施工的整體質量。在水泥材料運輸過程中，混凝土的含水量可能會發生改變，將在一定程度上影響材料的整體質量性能。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構的裂縫。在選擇添加劑的數量和類型時，混凝土結構的內部應力收縮現象通常是由于數量和類型的選擇不合理所致，這也引起混凝土材料的干結塊，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。當溫度升高時，濕氣蒸發并冷卻，難以保持良好的混凝土狀況，整個施工環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

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

4.5 由于地質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 施工質量控制

水工隧道的結構的質量直接影響項目的整體安全性和穩定性，結構工程師應根據項目實際情況合理的設計安全的結構，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，還會影響結構的整體安全性能。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構設計的要求[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倉庫的混凝土的溫度，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導致裂紋。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構的抗滲性和防水性，將通過合理化促進混凝土結構的發展，從而有效地防止裂縫的形成[2]。

5.3 納米技術或高科技微生物技術

先進技術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的使用下，一些細菌可以通過環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能力。納米技術是使用納米材料來提高混凝土材料的穩定性和耐久性，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。這些高端和新技術使預防裂縫從源頭開始，提高了結構之間的黏結強度，保證了混凝土的良好性能和耐久性[3]。

5.4 粘鋼結鋼筋混凝土技術

利用粘合劑層將鋼板黏結到混凝土表面，從而使鋼板和混凝土結構分擔荷載，從而達到加固的目的。鋼筋混凝土技術的附著力還可以有效地控制裂紋的形成和裂紋的連續膨脹。這是水工隧道有效地混凝土裂縫加固策略。與傳統的混凝土加固技術相比，鋼骨混凝土加固技術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，對結構的正常使用沒有影響。它對結構的重量影響很小，與混凝土結構相比，鋼板的厚度和重量較小，并且結構的重量較小。并且該技術補強效果好，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

該技術使用粘合劑層材料將碳纖維布粘合到混凝土結構的表面，從而使碳纖維和黏結混凝土結構以實現結構加固并改善結構性能的目的。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，結構的附著力提高了接頭的接縫強度。碳纖維更輕更結實，對混凝土重量的影響可以忽略不計，可以改善結構的整體強度，并且它具有更好地耐腐蝕性，由于碳纖維不會與酸堿鹽發生化學反應，因此其穩定性更好[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，進行現場檢查監控和結構計算分析，并且應將智能和數字技術積極引入該方法中。將結構裂縫的發生概率降到最低。根據現場檢測方法方法的實際應用，以確定項目施工現場的實際狀況，并將其作為制定優良預防措施的重要依據。

6 結束語

綜上所述，我國建設施工廣泛的應用鋼筋混凝土結構。該結構的實際應用取得了較為理想的效果，有效地提高了建筑結構的整體安全性。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構的整體安全性和穩定性產生一定的影響，因此本文詳細地分析具體問題和分析裂縫的原因，并且對結構加固和預防提供了一些有效地措施和應對方法。