隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

作者：孙 丽

来源：《价值工程》2010年第21期

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的质量问题。文章根据施工中的经验针对混凝土裂缝产生的原因,提出裂缝的预防和治理方法。

Abstract: In the mountain tunnel construction,the secondary lining concrete crack is a certain universal quality problem. According to the causes in the experience of construction for concrete cracks,the methods of fracture prevention and treatment are put forward. 关键词:隧道施工;混凝土裂缝;原因分析;防治

Key words: tunnel construction;concrete crack;causes analysis;prevention 中图分类号:U45 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0136-01

1裂缝的类型

隧道衬砌混凝土裂缝类型主要有:干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝、施工缝处理不当引起的接茬缝等。

1.1 干缩裂缝混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失,使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形,由于受到围岩和模板的约束,变形产生应力,当应力值超过混凝土的抗拉强度时,就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性的,走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝的因素主要有:水泥品种、用量及防冶?骨料的大小和级配,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的热量,在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超过混凝土内外的约束力时,就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽,夏季较窄。温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关。

1.3 荷载变形裂缝仰拱和边墙基础的虚碴未清理干净,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固,以及过早脱模,或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝。荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大,已经引起了广大工程技术人员的重视。

1.4 施工缝(接茬缝)施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间,继续浇筑混凝土时,原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理,或者凿毛后没

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有用水冲洗干净,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裂缝形成的原因分析

混凝土裂缝形成的原因非常复杂,往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计,施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右,材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右,设计不当引起的裂缝可能占5%。

2.1 设计粗糙,建设、监理单位工作随意性大由于多方面的原因,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,带有一定的盲目性。个别建设单位限于自身管理和专业技术水平的欠缺,任意变更原设计。少数工程由业主的内部人员组成监理机构,监理工作失去了独立性。随着建筑市场的规范,这些问题会逐步得到解决。 2.2 施工工艺或现场操作不规范①隧道开挖成型差,衬砌混凝土厚度严重不均匀;欠挖或初期支护侵入衬砌限界,造成衬砌混凝土厚度不足。个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空现象。②未开展监控量测工作,仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间,安全可靠性差,造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。③混凝土生产时原材料计量误差大,尤其外加剂的掺加随意性大,没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。

2.3 原材料质量差、配合比设计不合理水泥品种选择不当,安定性不良,不同批次的水泥混用。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,影响了水泥与骨料的胶结。

进行配合比设计时,忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响,错误认为水泥用量越多,混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导,往往达不到预期的效果。 3混凝土裂缝的治理

3.1 细微裂缝隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂缝,这种裂缝是稳定的,一般可自愈,不会影响结构的使用和耐久性。

环氧树脂浆液配比,环氧树脂:501稀释剂:二甲苯:乙二胺=1:0.2:0.35:0.08。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的危害较大,必须采取有效的治理方法。沿裂缝方向凿成宽5cm、深3cm的V形槽,在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔,孔深为衬砌厚度的1/2或2/3,一般不少于15cm,并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘,在孔内插入￠10的压浆管,利用环氧树脂水泥砂浆锚固,用灰刀将砂浆压实抹光。待环氧树脂砂浆有一定的强度后,以0.15～0.2MPa压力压入水泥—水玻璃浆液或环氧树脂浆液。

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压浆结束后在0.2MPa压力下压水检查压浆效果。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起的密集裂缝,必须进行防水和地层加固处理。沿裂缝两侧每隔1.2～1.5m交错布点,凿成10cm×10cm大小深5cm的方槽,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。注浆结束后,另凿新孔在0.6～1.0MPa压力下压入纯水泥浆检查注浆效果,当达到规定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的措施

4.1 提高设计精度加强工程前期地质工作,为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探资料,提高设计的质量。

4.2 把好材料进场关,严格控制原材料的质量和技术标准①水泥。施工现场多使用普通硅酸盐水泥,但应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用。②碎石。根据泵送管路的内径,尽可能选用较大粒径的碎石。严格控制含泥量≤1%,针、片状物含量≤15%,粒径以5～31.5mm为宜,最大不超过40mm。③砂。采用级配良好的中砂,细度模数应为3.0～2.3,粒径小于0.315mm的颗粒含量所占比例宜为15%～20%,严格控制含泥量在3%以内。为方便混凝土的运输、泵送和浇筑,砂率取35%～45%。④水。最好选用饮用水。当采用其它水源时,应按国家现行《砼拌合用水标准》(JGJ63)的规定进行检验,PH值应大于4。⑤掺合料。推广掺加粉煤灰和膨胀剂的双掺技术,等量替代水泥,以减少水泥用量。对强度等级C25以下的混凝土,粉煤灰掺量一般为水泥用量的10%～15%,膨胀剂掺量为水泥用量的8%～12%,具体掺量需经试验确定。⑥外加剂。高效减水剂能够有效减少拌合用水,降低水化热,延缓水化热释放速度,从而减少温度裂缝,但掺量过多,会引起混凝土的肿胀和开裂。施工时必须慎重选择外加剂的品种和掺量。