浅析隧道衬砌混凝土裂缝的原因及其防治.pdf

2 0 1 3 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 相关专业3 5 1 浅析隧道衬砌混凝土裂缝的原因及其防治 何 智 钢 ， 谭超 ( 浙江省交通工程建设集团有限公司市政分公司， 浙江杭州 3 1 0 0 5 1 ) 摘 要 ： 在隧道 工程施工 过程 中 ， 衬砌混凝 土裂缝 对于施工 质量水平 有较大影 响 。 对此 ， 该文结合 实际案例 ， 针对混凝 土裂缝产 生 的原因， 提出裂缝的防治措施， 以期对于隧道工程施工质量的提高， 起到一定的促进作用 。 关键词： 隧道工程； 衬砌混凝土； 混凝土裂缝 ； 防止措施 中图分类 号 ： U 4 5 5 9 1 文献标 识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3) 0 7 0 3 5 1 0 3 O 引言 社会 经济 的快速发展 ，加快 了基础建 设 的步 伐 ， 全 国公路里程数也越来越大 ， 山陵地区新建公 路越来越多 ， 隧道工程所 占比例也随之增大。由于 隧道工程 中往往 采用二次衬砌 、整体式钢 模板 台 车 ， 以及泵送混凝土等施工工艺 ， 导致混凝 土在硬 化的过程 中 ，极有 可能出现衬砌混凝 土产 生裂缝 的现象。一方面对隧道工程的美观产生较大的影 响 ， 另一方面给工程质量 留下安全隐患。因此在具 体 的施工过程 中 ， 要采取合理有效 的措施 ， 避免在 隧道工程 中出现衬砌混凝土裂缝 。本文对 隧道衬 砌混凝 土裂缝 的原 因进行分析 ，并提 出几 条防治 措施 ， 不足之处 ， 敬请指正。 1 工程概 况 某 隧道 工程位置位于浙江省杭州市余 杭区富 阳市之 间 ， 属低 山丘陵地貌 ， 地势起伏较 大。路线 区域属亚热带季 风气候 ， 雨 量丰沛 ， 温暖湿 润 ， 四 季分明。 区内山体植被发育， 地层地质主要为粉质粘 土 、 灰 黑色泥质灰 岩 、 砂岩组 成 ， 浅层 岩石风化 较 强烈 ， 稳定性较差， 为余杭闲祝公路工程的重点控 制性工程 。工程 为分离式隧道 ( 右线长 1 8 6 5 m， 左线长 1 8 9 2 m) ，隧道于 2 0 1 0年 7月 开工 ， 2 0 1 2 年 9月 3 0日建成通车。通过一年来的运 营质量 回 访 ， 项 目在裂缝控制方面取得较好成效 ， 现就隧道 衬砌混凝 土裂缝 的控制做一浅要分析 。 2 裂缝类型以及产生的原因 2 1 裂缝的类型 隧 道衬 砌 混凝 土 裂 缝 的 主要 类 型有 以下几 种 ： 干缩裂缝 、 外荷载变形裂缝 、 沉降裂缝、 温度裂 缝及接茬裂缝等 。 收稿 日期： 2 0 1 3 0 4 1 1 作者 简介 ： 何 智钢 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 浙江义 乌人 ， 工程 师 ， 从 事公 路 工程施 工技术管 理工作 。 2 1 1 干缩裂缝 衬砌混凝 土在硬化的过程 中会逐渐丧失其水 分 ，而导致水泥石 中的凝胶结体逐渐收缩产生变 形 ， 围岩和模板对 其进行 约束 ， 产生变形 和应力 ， 如果应力值超过混凝土的抗拉强度，就会出现干 缩裂缝 。干缩裂缝容易进行分辨 ，多为表面性裂 缝 ，走 向无 明显规律 。影响干缩裂缝 的主要原 因 有 ： 水 泥品质不佳 、 用量多少及 水灰 比的大小 ， 骨 料 的大小及其配 比情况 ，还有外加剂 的品质和掺 量 ， 都有可能导致干缩裂缝 的产生。 2 1 2 外部荷载变形裂缝 仰拱和边墙 为基 础的虚渣没有得到及时清理 而导致混凝土在浇筑完毕后 ， 基底产生沉 降现象 ， 而且不均匀 ，模板 台车 以及堵头板等没有进行 固 定 ， 使其过早脱模， 或者是在脱模时受到较大的外 部载荷作用 ， 导致其产生变形裂缝 。 外部荷载变形裂 缝在隧道衬砌混凝土的施工过程 中所 占比例极大 ， 对隧道工程的施工质量有着较大的影响 ，因此工程 技术人员要对外荷载变形裂缝产生足够的重视。 2 1 3 沉降裂缝 沉降裂缝产生 的可能性有三种情 况。第一种 是在隧道外围土质不均匀， 或者其地基较为松软 ， 场地没有得到及时清理 ， 或 者清理得不干净 ， 而导 致不均匀沉降， 而出现沉降裂缝 ； 第二种是混凝土 浇筑时 ， 混凝土振捣不密实 ， 或者坍落度不符合规 范 ， 从 而导致泌水 硬化 ， 钢筋 阻碍 了骨料 的沉降 ， 而产生沉降裂缝 ； 第 三种是 由于模板 的强度太小 ， 不 能满足模板 支撑 间距 而导致底部 产生松 动 ， 从 而导致沉降裂缝。沉降裂缝的走向一般是和地面 呈现 3 O 。 或者 9 0 。的方向， 沉降量越大， 其宽度也 越大， 沉降裂缝和温度无关。 2 1 4 温度裂缝 水泥水化 的过程 中会 产生较大的热量 ，热量 在混凝土 内部和表面之间形成温度差 ，而产生温 度应力， 如果温度应力超过外部约束力， 则会产生 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 5 2 相关专业 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 7 月第 7 期 温度裂缝 。温度裂缝 的宽度随着季节而产生变化 ， 温度裂缝的产生 也和衬砌混凝 土的厚度 ，以及水 泥的用量 、 品质等有很大的关系 。 2 1 5 接茬裂缝 在隧道工程施工过程 中， 由于外部原因 ， 比如 停 电 、 机 械故障等 ， 导致 混凝 土浇筑 中断 ， 中断时 间过长 ， 甚至超过 了初凝时间 ， 而继续进行浇筑时 由于原来的混凝 土表面没有做 过凿毛处理 ，或者 没有用水进行冲刷干净 ， 导致原混凝土 、 新 混凝土 接茬间出现接茬裂缝。 2 2 裂缝产生的原 因分析 2 2 1选用的材料 隧道工程衬砌混凝土在选用材料方 面也是极 其重要的， 材料的品质、 用量等都有可能导致裂缝 的产生 。材料选择 的恰当与否可 以用 以下几个原 则进 行衡量 ： 首先 ， 材料质量较 差 、 批次不 同的材 料进行混用，或者水泥品质选择得不恰当、不合 适 ， 这是不可取 的 ； 其次 ， 砂石级配 比不恰 当， 含泥 量较大 ，或者含粉量较大 ，水泥和骨料的胶结差 等 ， 都是导致衬砌混凝土裂缝产生的主要原因； 再 次，配合比设计得不合理，水泥用量超出设计规 范 ，工程设计人员忽略 了水泥用量加大对混凝土 产生的影响； 最后， 外加剂 、 掺合料等选择得不恰 当 ， 有些工程人员对外加剂 的认识不足 ， 选用的材 料难以达到预期效果等。 2 2 _ 2 不利的受力条件 不同的受力 条件会 导致不 同种类的衬砌混凝 土裂缝 。其产生原因也有所 区别 ， 主要体现在以下 几个方面 ： 首先， 地基不均匀沉降。由于隧道工程衬砌混 凝 土要 经过不 同的岩层 ，每一层 的地基承载力有 所区别 ， 受力不 同， 断面的衬砌混凝 土抗变形能力 也相差不小 ， 或者是衬砌混凝 土回填不对称 ， 隧道 工程纵线产生不均 匀沉 降。以上沉 降都会产生纵 线弯矩 ， 致使隧道产生变形应力 。 其次 ， 混凝 土的强度 问题。混凝土在进行浇筑 时 ， 也 是施工 的需要 ， 在衬砌混凝 土的强度没有 到 达极限时进行 支撑 、 模板等的拆 除 ， 这些措施极有 可 能导致在混凝 土强度没有 达到设计 要求前 ， 甚 至是无法承受较大的力，而导致衬砌混凝土裂缝 的出现 ， 或者是在拆模 的时候 ， 使用模板台车的时 间过长 ， 导致混凝土孔洞形成顶升裂缝 。 最后 ， 混凝土注浆压力太大。衬砌混凝土在进 行注浆时 ， 压力过大会导致裂缝产生。注浆的方式 主要有 两种 ， 掌子面注浆 和背后 回填注浆 ， 前者进 行 的过程 中要对注浆 的压力变化和注浆量 的多少 进行时刻观察 ，以防二次衬砌混凝土时 m现溢浆 的现象 。如果溢浆情况 出现 ， 则要适当改变注浆方 式 ， 从而避免产生浆液扩散 。注浆压力过大产生裂 缝 的原因是二 次衬砌混凝土 时背后注浆 回填空 隙 和处理裂缝 ， 要对注浆压力进行控制 ， 尽量采用排 气管 ， 避免裂缝的产生。 2 2 3 施 工工 艺 不规 范 数据统计显示 ， 混凝土裂缝产生的原因中施T 工艺不规范所 占比例较大 ， 约为 8 0 ， 由此可见施 工工艺或者操作不规范对 于隧道T程施工质量 的 影响是非常大的。主要体现在以下几个方面 ： 首 先 ， 隧道工程开挖 的过程中成型较差 ， 超欠挖造成 衬砌混凝土厚度不均匀 ，甚 至是 出现衬砌混凝土 背后脱空的情 况 ； 其次 ， 二次衬砌混凝土施工之前 没有做好监测 工作 ， 使得施工安全系数 降低 ， 导致 二次衬砌混凝 土无法承受设计载荷 ； 最后 ， 衬砌混 凝土所用原材 料的计算 的不 准确 ，以及J I D I 怕勺 用量等无法准确定量 ，使得 实际的砂石材料含水 量用来调整浇筑混凝 土的用 水量 ，导致混凝 土水 灰 比不符合设计规范 ，泵送 混凝 土过程 中出现 随 意加水的现象也有可能导致混凝土裂缝 。 2 2 4 设计不 当 综合某些原因 ， 导致勘察设计单位在进行实际 的设计之前无法深入考察施 T现场 ，甚至是对 隧 道周 围的围岩判别 ， 以及支护结构等的设计 ， 没有 一 定 的专业依据 ，导致设计工作无法做 到专业 细 致 ， 甚至是带有一定的盲 目性。甚至个别建设单位 的管理水平太低 ， 缺乏专业 的人才 ， 或者设计方 案 的多变性等 ， 综 上由于设计不 当的原 因， 都 有可能 导致衬砌混凝土裂缝的产生 。 3 防治混凝 土裂缝 的措施 衬砌混凝土裂缝产生 以后 ， 首先经过建设单位 组 织设计 、 监 理 、 施_T单位对 裂缝情况进行 检查 ， 指定破检位 置 ， 并进行监督 ， 钻孔取样 ， 以确定 裂 缝 类型 ，并针对不 同类型 的裂缝采取不同的防治 措施 。具体有 以下几个方面。 3 1 从设计方面着手 ， 提高设计精度 。 加强项 目管理 隧道工程施工之前做好 _丁程前 期的地质勘查 工作 ， 为设计单位按照设计规 范 ， 提供 出一份详细 的工程地质 、 水文地质等的勘查 资料 ， 并对 T程所 处地 区常年的温度 、 气候 ， 以及温差变化等做详细 了解 ， 提高设计 的精度和质量 ， 加强T程项 目的管 理 ， 进行规范化管理 。 3 2 对施工原材料质量及技术标准进行严格控制 ( 1 ) 水泥 ： 隧道工程衬砌混凝 土多用普通硅酸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 7月第 7 期 城 市道桥 与防洪 相关专业3 5 3 盐水 泥 ， 但是应该尽 量减少单位水泥用量 ， 不 同品 牌 、 不 同规格 、 不同批 次的水泥 ， 不能混合使用 。 ( 2 ) 碎石 ： 符合泵送管路的内径要求 ， 尽量选择 较大粒径的碎石， 对含泥量进行严格控制 ， 不要超 过 1 ， 针 、 片状物 的含量不要超过 1 5 ， 粒径不要 小于 5 m m， 不要超过 4 0 m m。 ( 3 ) 砂 ： 砂 的选择原则 是最好 采用级配 良好 的 中砂 ， 对含泥量进行严格控制 ， 最好 不要超 过 3 ， 砂率的选取要综合考虑混凝土运输 、 泵送 ， 以及 浇 筑等 ， 不要低于 3 5 ， 不要超过 4 0 。 ( 4 ) 水 ： 水的选择较为单一 ， 可以选用饮用水， 水灰 比的大小也很重要 ， 比例越 大 ， 混凝 土的干燥 收缩 比越 大 ， 要对泵送混凝土的用水量进行严格控 制， 这是减少衬砌混凝土裂缝的重要措施。隧道工 程施工 中水灰 比约 为 O 5 ， 混凝土人泵 坍落度约为 1 2 c m。 ( 5 ) 掺合料： 选择粉煤灰和膨胀剂的双掺技术 ， 以代替水泥用量 。强度等级低于 C 2 5的混凝土 ， 可 以采用粉煤灰掺量来代替水泥 ， 粉煤灰掺量仅仅为 水 泥用 量 的 的 1 5 ，膨 胀 剂掺 量 为水 泥 用量 的 1 0 。 ( 6 ) 外加剂 ： 选择高效减水剂 ， 降低水灰 比 ， 减 少温度裂缝 ，施工 时合 理选取外加剂的 品质和掺 量 。 3 3 对混凝土的施工工艺进行严格控制 首先 ， 要提高钻 眼技术水平 ， 对超 欠挖现象进 行严格控制 ；其 次 ，对 二次衬砌时间进行严格控 制 ， 混凝土拌合 中要注意配料单计量 ， 以及混凝土 入模 温度 ； 再 次 ， 混凝 土灌注 中要 严禁泵送 、 运输 过 程 中加水 ， 注意灌 注速度不要 太快 ； 最后 ， 注意 混凝土的脱模和养护。 参 考文献 【 1 】 尚军 湾湾川隧道混凝土工程冬季施工技术方案【 J 1 山西建筑 ， 2 0 1 0 ， ( 1 7 ) 2 李庆玲 浅谈隧道模筑混凝土衬砌施工要点叫 科学之友， 2 0 1 0 ， ( 1 1 ) 【 3 1 罗琪探地雷达在隧道衬砌缺陷及注浆处理效果检测中的应用【 J 1 公路 与汽运 ， 2 0 0 9 ， ( 0 3 ) 【 4 康富中， 江波， 贺少辉， 齐法琳 地质雷达在风火山隧道病害检测 中的应用与结 果分析 【 J 】 工程地 质学报 ， 2 0 1 0， ( 0 6 ) 5 田胜利 李 家河 隧道防排水施 I E J 山西建筑 ， 2 0 o 7 ， ( 3 2 ) 福建拟推建筑节能强制标准 近 日， 福建省绿色建筑行动实施方案 ( 以下简称 方案 ) 正式向社会征求意见。 方案 提出， 福建绿色建筑行动的主要 目标是 ： 城镇新建建筑严格落实强制性节能标准， 到 2 0 1 5 年 末 ， 竣工验 收阶段节能标准执行率达到 1 0 0 ； 新增绿色建筑 1 0 0 0万 m 以上 ， 城镇新建建筑达到绿色建 筑标准的比例为 2 0 ， 生态示范城区的绿色建筑比例达 1 0 0 ； 建立 2 个绿色生态示范城区， 1 0 0 个绿色 建筑星级项 目； 推进既有公共建筑和夏热冬冷地区居住建筑节能改造； 新增可再生能源建筑应用面积 3 0 0 0万 m2 。 绿色建筑的指标体系涵盖绿色建筑 比例 、 生态环保 、 公共交通 、 可再生能源利用 、 土地集 约利用 、 再生 水利用、 废弃物回收利用等内容。这些指标将纳入到建筑的总体规划、 控制性详细规划、 修建性详细规划 和专项规划， 并落实到具体项目， 商品房住宅 自然也包含其中。 按照初步计划， 从 2 0 1 4 年起， 全省政府投资的公益性项 目、 2 万 m 以上的大型公共建筑、 1 0万 m 以 上的住宅小区以及福州、 厦门、 泉州的保障性住房要全面执行绿色建筑标准。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m