隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治措施样本.doc

隧道衬砌混凝土裂缝成因和防治
摘要：在山岭隧道施工中,二次衬砌混凝土裂缝成为带有一定普遍性质量问题。文章针对混凝土裂缝产生原因,提出裂缝预防和治理方法,对提升混凝土衬砌施工水平有借鉴意义。
关键词：隧道施工 混凝土裂缝 原因分析 防治

伴随国民经济发展,山岭地域新建公（铁）路越来越多,隧道工程所占百分比逐步增大。隧道二次衬砌施工普遍采取整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺,但混凝土硬化过程中产生裂缝不仅影响了美观,还给工程质量留下了隐患。施工中必需采取合理工程技术方法,控制和降低混凝土中裂缝数量和宽度。本文分析了混凝土裂缝产生原因,提出了缓解裂缝产生方法,并介绍了多个常见裂缝治理方法。

1 裂缝类型
隧道衬砌混凝土裂缝类型关键有：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生变形裂缝、施工缝处理不妥引发接茬缝等。

1.1 干缩裂缝

混凝土在硬化过程中水分逐步蒸发散失,使水泥石中凝结胶体干燥收缩产生变形,因为受到围岩和模板约束,变形产生应力,当应力值超出混凝土抗拉强度时,就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性,走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝原因关键有：水泥品种、用量及水灰比,骨料大小和级配,外加剂品种和掺量。

1.2 温度裂缝

水泥水化过程中产生大量热量,在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超出混凝土内外约束力时,就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽,夏季较窄。温度裂缝产生和二次衬砌混凝土厚度及水泥品种、用量相关。

1.3 荷载变形裂缝

仰拱和边墙基础虚碴未清理洁净,混凝土浇筑后,基底产生不均匀沉降；模板台车或堵头板没有固定牢靠,和过早脱模,或脱模时混凝土受到较大外力撞击等全部轻易产生变形裂缝。荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有百分比逐年增大,已经引发了广大工程技术人员重视。

1.4 施工缝（接茬缝）

施工过程中因为停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中止时间超出混凝土初凝时间,继续浇筑混凝土时,原有混凝土基础表面没有进行凿毛处理,或凿毛后没有用水冲洗洁净,也没有铺水泥砂浆垫层,就在原混凝土表面浇筑混凝土,致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。

2 裂缝形成原因分析
混凝土裂缝形成原因很复杂,往往是多个不利原因综合作用结果。据相关统计,施工不规范造成混凝土裂缝占80%左右,材料质量差或配合比不合理产生裂缝占15%左右,设计不妥引发裂缝可能占5%。

2.1 设计粗糙,建设、监理单位工作随意性大

因为多方面原因,勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作,隧道围岩类别评价及支护结构设计缺乏科学依据,带有一定盲目性。部分建设单位限于本身管理和专业技术水平欠缺,任意变更原设计。少数工程由业主内部人员组成监理机构,监理工作失去了独立性。伴随建筑市场规范,这些问题会逐步得四处理。

2.2 施工工艺或现场操作不规范

a. 隧道开挖成型差,衬砌混凝土厚度严重不均匀；欠挖或早期支护侵入衬砌限界,造成衬砌混凝土厚度不足。部分隧道衬砌混凝土背后存在脱空现象。

b. 未开展监控量测工作,仅凭经验来确定二次衬砌施作时间,安全可靠性差,造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。

c. 混凝土生产时原材料计量误差大,尤其外加剂掺加随意性大,没有依据砂、石料实际含水率立即

调整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。在混凝土运输及泵送过程中加水现象也比较普遍。

d. 采取整体式钢模板台车施工,混凝土浇筑时不振捣或漏振,混凝土均质性差。

e. 盲目追求施工进度,随意提前脱模时间,使低强度混凝土过量承受荷载,破坏了混凝土结构。脱模后

没有进行混凝土潮湿养护。

f. 夏季施工时砂、石料露天堆放,无切实有效降温方法,混凝土入模温度高。冬期施工时采取防寒

保温方法不力。

2.3 原材料质量差、配合比设计不合理

水泥品种选择不妥,安定性不良,不一样批次水泥混用。碎石、砂级配差,含泥量超标,碎石中石粉含量大,针、片状物过多,影响了水泥和骨料胶结。

进行配合比设计时,忽略水泥用量增多对混凝土品质影响,错误认为水泥用量越多,混凝土强度越高。对掺合料和外加剂选择缺乏专业技术人员指导,往往达不到预期效果。

3 混凝土裂缝治理
混凝土作为多组材料组成脆性材料,裂缝存在是客观。作为施工单位应加强衬砌混凝土施工管理,避免或降低混凝土裂缝产生。对于出现裂缝,应认真分析原因,分清是有害裂缝还是无害裂缝,并对有害裂缝进行处理,预防裂缝继续发展,影响衬砌结构稳定。

3.1 细微裂缝

隧道衬砌混凝土表面常出现部分没有扩展性细微裂缝,这种裂缝是稳定,通常可自愈,不会影响结构使用和耐久性。从美观考虑,可先清洗洁净裂缝表面,然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍,最终用刮抹料、调色料处理混凝土表面,使其颜色和周围衬砌混凝土颜色一致。

环氧树脂浆液配比,环氧树脂：501稀释剂：二甲苯：乙二胺=1：0.20.35：0.08。刮抹料配比,水泥：细砂：水=1：2：0.35。调色料配比,水泥：白水泥：107胶=5；3：1。施工时应经试验确定。

3.2 贯通性裂缝

贯通性裂缝危害较大,必需采取有效治理方法。沿裂缝方向凿成宽5cm、深3cmV形槽,在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔,孔深为衬砌厚度1/2或2/3,通常不少于15cm,并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗洁净槽内杂物及粉尘,在孔内插入￠10压浆管,利用环氧树脂水泥砂浆锚固,用灰刀将砂浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比,环氧树脂:水泥:细砂:乙二胺:二丁酯=1:1.6:3.2:0.1:0.12,其中乙二胺是固化剂,二丁酯是稀释剂。待环氧树脂砂浆有一定强度后,以0.15MPa～0.2MPa压力压入水泥-水玻璃浆液或环氧树脂浆液。压浆结束后在0.2MPa压力下压水检验压浆效果。裂缝表面用刮抹料和调色料处理。

3.3 密集裂缝

衬砌背后有空洞或衬砌厚度不足引发密集裂缝,必需进行防水和地层加固处理。沿裂缝两侧每隔1.2m～1.5m交错布点,凿成10cm×10cm大小深5cm方槽,用风动凿岩机钻孔,孔深3m,安装WDT25中空注浆锚杆,注入水泥砂浆,灰砂比1:（3～5）,水灰比1:1,施工时由下往上逐层注浆,注浆压力以0.4MPa～0.6MPa为宜。注浆结束后,另凿新孔在0.6MPa～1.0MPa压力下压入纯水泥浆检验注浆效果,当达成要求压力而砂浆压不进时,即认为已经注满。注浆24h后安装锚杆垫板,用环氧树脂砂浆抹平方槽,表面用刮抹料和调色料处理。

4 预防或缓解混凝土裂缝方法
4.1 提升设计精度

加强工程前期地质工作,为设计提供详尽工程地质、水文地质勘探资料,提升设计质量。

4.2 把好材料进场关,严格控制原材料质量和技术标准。

4.2.1 水泥

施工现场多使用一般硅酸盐水泥,但应尽可能降低单位水泥用量。不一样品牌、不一样规格、不一样批次水泥不能混用。

4.2.2 碎石

依据泵送管路内径,尽可能选择较大粒径碎石。严格控制含泥量≤1%,针、片状物含量≤15%,粒径

以5～31.5mm为宜,最大不超出40mm。

4.2.3 砂

采取级配良好中砂,细度模数应为3.0～2.3,粒径小于0.315mm颗粒含量所占百分比宜为15～20%,

严格控制含泥量在3%以内。为方便混凝土运输、泵送和浇筑,砂率取35%～45%。

4.2.4 水

最好选择饮用水。当采取其它水源时,应按国家现行《砼拌适用水标准》（JGJ63）要求进行检验,PH值应大于4。水灰比越大,混凝土干燥收缩越大。严格控制泵送混凝土用水量是降低裂缝根本方法。施工中水灰比在0.45～0.55之间,混凝土入泵塌落度控制在（12±2）cm。

4.25 掺合料

推广掺加粉煤灰和膨胀剂双掺技术,等量替换水泥,以降低水泥用量。对强度等级C25以下混凝土,粉煤灰掺量通常为水泥用量10%～15%,膨胀剂掺量为水泥用量8%～12%,具体掺量需经试验确定。

a．粉煤灰比表面积小,需水量低,不仅能有效降低混凝土干燥收缩值,还能够改善混凝土流动性、粘聚性和保水性。在水泥中掺入原状或磨细粉煤灰后,能够降低混凝土中水泥水化热,推迟水化热峰值出现,降低绝热条件下温升,有利于控制温度裂缝产生。粉煤灰掺加在水工大致积混凝土施工中应用比较广泛,因为认识、技术上原因,现在在山岭隧道施工中应用较少。

b. 掺加适量膨胀剂能够赔偿混凝土收缩,增加密实度,提升混凝土防渗抗裂能力。

4.2.6 外加剂

高效减水剂能够有效降低拌适用水,降低水化热,延缓水化热释放速度,从而降低温度裂缝,但掺量过

多,会引发混凝土肿胀和开裂。施工时必需慎重选择外加剂品种和掺量。

4.3 严格混凝土施工工艺

a. 提升钻眼技术水平,优化钻爆参数,提升光面爆破效果,加强隧道开挖断面检测,严格控制超欠挖,为衬砌施工发明良好条件。

b. 二次衬砌施作时间,应在围岩和早期支护变形基础稳定时进行。当围岩变形较大、流变特征显著,需提前进行二次衬砌时,必需对早期支护或衬砌结构进行加强。

c. 混凝土拌合

①严格按施工配料单计量,定时检验校正计量装置。加强砂石料含水率检测,立即调整拌适用水量。

②控制混凝土入模温度。夏季施工时,当气温高于32℃时,砂石料、搅拌机应搭设遮阳棚,用冷水冲洗碎石降温。尽可能安排在夜间浇筑混凝土。

d. 混凝土灌注

①混凝土在运输和泵送过程中严禁加水。

②合适放慢灌注速度,两侧边墙对称分层灌注,到墙、拱交界处停1h～1.5h,待边墙混凝土下沉稳定后,再灌注拱部混凝土。

③混凝土灌注过程中必需振捣,提升混凝土密实度和均质性,降低内部微裂缝和气孔,提升抗裂性。

e. 混凝土脱模、养护

①混凝土拆模时强度必需符合设计或规范要求,严禁未经试验人员同意提前脱模,脱模时不得损伤混凝土。

②传统混凝土洒水养护方法,增加了隧道内文明施工难度,洒水也不均匀,使混凝土早期强度得不到确保。提议使用喷涂混凝土养护液方法进行养护。