高速公路隧道襯砌砼裂縫的成因與防治措施

劉晰

摘要：隧道襯砌砼裂縫問題是隧道施工中存在的普遍性問題，文章針對襯砌砼裂縫產(chǎn)生的原因，提出裂縫的預(yù)防和治理方法,希望對提高砼襯砌施工水平有借鑒意義。關(guān)鍵詞：隧道；襯砌；裂縫；成因；防治

中圖分類號(hào)： U455.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AAbstract: the tunnel lining crack problem is concrete in tunnel construction the universality of the existing problems, the paper lining concrete cracking reason, puts forward the prevention and management method to crack, and I hope to improve the concrete lining construction level of great significance.Keywords: tunnel lining crack causes prevention and treatment

中圖分類號(hào)： U455.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,山嶺地區(qū)新建公路越來越多,隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺(tái)車、泵送砼施工工藝,但砼硬化過程中產(chǎn)生的裂縫不僅影響了美觀,還給工程質(zhì)量留下了隱患。施工中必須采取合理的工程技術(shù)措施,控制和減少砼中裂縫的數(shù)量和寬度。本文分析了砼裂縫產(chǎn)生的原因,提出了緩解裂縫產(chǎn)生的措施,并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。1 裂縫的類型隧道襯砌砼裂縫類型主要有：干縮裂縫、溫度裂縫、外荷載作用產(chǎn)生的變形裂縫、施工縫處理不當(dāng)引起的接茬縫等。1.1干縮裂縫砼在硬化過程中水分逐漸蒸發(fā)散失,使水泥石中的凝結(jié)膠體干燥收縮產(chǎn)生變形,由于受到圍巖和模板的約束,變形產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力值超過砼的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性的,走向沒有規(guī)律。影響砼干縮裂縫的因素主要有：水泥品種、用量及水灰比,骨料的大小和級(jí)配,外加劑品種和摻量。 1.2溫度裂縫 水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量,在砼內(nèi)部和表面間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)溫度應(yīng)力超過砼內(nèi)外的約束力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬,夏季較窄。溫度裂縫的產(chǎn)生與二次襯砌砼的厚度及水泥的品種、用量有關(guān)。1.3荷載變形裂縫仰拱和邊墻基礎(chǔ)的虛碴未清理干凈,砼澆筑后,基底產(chǎn)生不均勻沉降；模板臺(tái)車或堵頭板沒有固定牢固,以及過早脫模,或脫模時(shí)砼受到較大的外力撞擊等都容易產(chǎn)生變形裂縫。荷載變形裂縫在隧道襯砌砼病害中占有的比例逐年增大,已經(jīng)引起了廣大工程技術(shù)人員的重視。1.4施工縫（接茬縫）施工過程中由于停電、機(jī)械故障等原因迫使砼澆筑中斷時(shí)間超過砼的初凝時(shí)間,繼續(xù)澆筑砼時(shí),原有的砼基礎(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,就在原砼表面澆筑砼,致使新舊砼接茬間出現(xiàn)裂縫。2 裂縫形成的原因分析砼裂縫形成的原因非常復(fù)雜,往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),施工不規(guī)范造成的砼裂縫占80%左右,材料質(zhì)量差或配合比不合理產(chǎn)生的裂縫占15%左右,設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的裂縫可能占5%。2.1施工工藝或現(xiàn)場操作不規(guī)范現(xiàn)象a.隧道開挖成型差,襯砌砼厚度嚴(yán)重不均勻；欠挖或初期支護(hù)侵入襯砌限界,造成襯砌砼厚度不足。個(gè)別隧道襯砌砼背后存在脫空現(xiàn)象。b.未開展監(jiān)控量測工作,僅憑經(jīng)驗(yàn)來確定二次襯砌的施作時(shí)間,安全可靠性差,造成二次襯砌超設(shè)計(jì)荷載承受圍巖壓力。c.砼生產(chǎn)時(shí)原材料計(jì)量誤差大,尤其外加劑的摻加隨意性大,沒有根據(jù)砂、石料的實(shí)際含水率及時(shí)調(diào)整施工用水量,造成砼水灰比增大。在砼運(yùn)輸及泵送過程中加水的現(xiàn)象也比較普遍。d.采用整體式鋼模板臺(tái)車施工,砼澆筑時(shí)不振搗或漏振,砼均質(zhì)性差。e.盲目追求施工進(jìn)度,隨意提前脫模時(shí)間,使低強(qiáng)度砼過早承受荷載,破壞了砼結(jié)構(gòu)。脫模后沒有進(jìn)行砼的潮濕養(yǎng)護(hù)。f.夏季施工時(shí)，砂、石料露天堆放,無切實(shí)有效的降溫措施,砼入模溫度高。冬期施工時(shí)采取的防寒保溫措施不力。2.2原材料質(zhì)量差、配合比設(shè)計(jì)不合理水泥品種選擇不當(dāng),安定性不良,不同批次的水泥混用。碎石、砂級(jí)配差,含泥量超標(biāo),碎石中石粉含量大,針、片狀物過多,影響了水泥與骨料的膠結(jié)。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí),忽視水泥用量增多對砼品質(zhì)的影響,錯(cuò)誤認(rèn)為水泥用量越多,砼強(qiáng)度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo),往往達(dá)不到預(yù)期的效果。3 砼裂縫的治理砼作為多組材料組成的脆性材料,裂縫的存在是客觀的。作為施工單位應(yīng)加強(qiáng)襯砌砼的施工管理,避免或減少砼裂縫的產(chǎn)生。對于出現(xiàn)的裂縫,應(yīng)認(rèn)真分析原因,分清是有害裂縫還是無害裂縫,并對有害裂縫進(jìn)行處理,防止裂縫繼續(xù)發(fā)展,影響襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。3.1細(xì)微裂縫隧道襯砌砼表面常出現(xiàn)一些沒有擴(kuò)展性的細(xì)微裂縫,這種裂縫是穩(wěn)定的,一般可自愈,不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。從美觀考慮,可先清洗干凈裂縫表面,然后涂刷環(huán)氧樹脂漿液二至三遍,最后用刮抹料、調(diào)色料處理砼表面,使其顏色與周圍襯砌砼顏色一致。環(huán)氧樹脂漿液配比,環(huán)氧樹脂：501稀釋劑：二甲苯：乙二胺=1：0.2：0.35：0.08。刮抹料配比,水泥：細(xì)砂：水=1：2：0.35。調(diào)色料配比,水泥：白水泥：107膠=5：3：1。以上配比均為經(jīng)驗(yàn)和參照數(shù)值，施工時(shí)應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。3.2貫通性裂縫貫通性裂縫的危害較大,必須采取有效的治理方法。沿裂縫方向鑿成寬5cm、深3cm的V形槽,在槽內(nèi)騎縫每隔0.5m鉆一孔,孔深為襯砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,并不得穿透襯砌以防跑漿。用清水沖洗干凈槽內(nèi)的雜物及粉塵,在孔內(nèi)插入φ10的壓漿管,利用環(huán)氧樹脂水泥砂漿錨固,用灰刀將砂漿壓實(shí)抹光。環(huán)氧樹脂砂漿配比,環(huán)氧樹脂:水泥:細(xì)砂:乙二胺:二丁酯=1:1.6:3.2:0.1:0.12,其中乙二胺是固化劑,二丁酯是稀釋劑。待環(huán)氧樹脂砂漿有一定的強(qiáng)度后,以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環(huán)氧樹脂漿液。壓漿結(jié)束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調(diào)色料處理。3.3密集裂縫襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足引起的密集裂縫,必須進(jìn)行防水和地層加固處理。沿裂縫兩側(cè)每隔1.2m～1.5m交錯(cuò)布點(diǎn),鑿成10cm×10cm大小深5cm的方槽,用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔,孔深3m,安裝中空注漿錨桿,注入水泥砂漿,灰砂比1:（3～5）,水灰比1:1,施工時(shí)由下往上逐級(jí)注漿,注漿壓力以0.4MPa～0.6MPa為宜。注漿結(jié)束后,另鑿新孔在0.6MPa～1.0MPa壓力下壓入純水泥漿檢查注漿效果,當(dāng)達(dá)到規(guī)定壓力而砂漿壓不進(jìn)時(shí),即認(rèn)為已經(jīng)注滿。注漿24h后安裝錨桿墊板,用環(huán)氧樹脂砂漿抹平方槽,表面用刮抹料和調(diào)色料處理。4 預(yù)防或緩解砼裂縫的措施4.1提高設(shè)計(jì)精度加強(qiáng)工程前期地質(zhì)工作,為設(shè)計(jì)提供詳盡的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等勘探資料,提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。4.2把好材料進(jìn)場關(guān),嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)①水泥：施工現(xiàn)場多使用普通硅酸鹽水泥,但應(yīng)盡量減少單位水泥用量。不同品牌、不同規(guī)格、不同批次的水泥不能混用。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≤1%,針、片狀物含量≤15%,粒徑以5～31.5mm為宜,最大不超過40mm。③砂：采用級(jí)配良好的中砂,細(xì)度模數(shù)應(yīng)為3.0～2.3,粒徑小于0.315mm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)。為方便砼的運(yùn)輸、泵送和澆筑,砂率取35%～45%。④水：最好選用飲用水。當(dāng)采用其他水源時(shí),應(yīng)按國家現(xiàn)行《砼拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn),PH值應(yīng)大于4。水灰比越大,砼的干燥收縮越大。嚴(yán)格控制泵送砼的用水量是減少裂縫的根本措施。施工中水灰比在0.45～0.55之間,砼入泵塌落度控制在（12±2）cm。⑤摻合料：推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術(shù),等量替代水泥,以減少水泥用量。對強(qiáng)度等級(jí)C25以下的砼,粉煤灰摻量一般為水泥用量的10%～15%,膨脹劑摻量為水泥用量的8%～12%,具體摻量需經(jīng)試驗(yàn)確定。a．粉煤灰比表面積小,需水量低,不僅能有效降低砼的干燥收縮值,還可以改善砼的流動(dòng)性、粘聚性和保水性。在水泥中摻入原狀或磨細(xì)粉煤灰后,可以降低砼中水泥的水化熱,推遲水化熱峰值的出現(xiàn),減少絕熱條件下的溫升,有利于控制溫度裂縫的產(chǎn)生。b.摻加適量的膨脹劑可以補(bǔ)償砼的收縮,增加密實(shí)度,提高砼防滲抗裂能力。

⑥外加劑：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)引起砼的腫脹和開裂。施工時(shí)必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。3、嚴(yán)格砼施工工藝a.提高鉆眼技術(shù)水平,優(yōu)化鉆爆參數(shù),提高光面爆破效果,加強(qiáng)隧道開挖斷面檢測,嚴(yán)格控制超欠挖,為襯砌施工創(chuàng)造良好的條件。b.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),必須對初期支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。c.砼的拌合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,及時(shí)調(diào)整拌合用水量。②控制砼的入模溫度。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砼。d.砼的灌注①砼在運(yùn)輸和泵送過程中嚴(yán)禁加水。②適當(dāng)放慢灌注速度,兩側(cè)邊墻對稱分層灌注,到墻、拱交界處停1h～1.5h,待邊墻砼下沉穩(wěn)定后,再灌注拱部砼。③砼灌注過程中必須振搗,提高砼的密實(shí)度和均質(zhì)性,減少內(nèi)部微裂縫和氣孔,提高抗裂性。e.砼的脫模、養(yǎng)護(hù)①砼拆模時(shí)的強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)或規(guī)范要求,嚴(yán)禁未經(jīng)試驗(yàn)人員同意提前脫模,脫模時(shí)不得損傷砼。②傳統(tǒng)的砼灑水養(yǎng)護(hù)方法,增加了隧道內(nèi)的文明施工難度,灑水也不均勻,使砼早期強(qiáng)度得不到保證。建議使用噴涂砼養(yǎng)護(hù)液的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。5 結(jié)語隧道二襯砼裂縫控制是隧道施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，控制不當(dāng)將直接影響外觀質(zhì)量，甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故。解決襯砌砼裂縫的關(guān)鍵在于嚴(yán)把材料進(jìn)場關(guān)、加強(qiáng)過程控制，只要緊緊抓住問題的關(guān)鍵，采取科學(xué)、合理的措施，就能使施工質(zhì)量得到保證。當(dāng)然，沒有一種材料是百分之百可靠的，沒有一種施工方法是盡善盡美的，只有正確選材、合理施工，才能達(dá)到有效控制施工質(zhì)量的目的。

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