浅谈高速公路隧道衬砌砼裂缝的成因与防治措施

　　摘要：隧道衬砌砼裂缝问题是隧道施工中存在的普遍性问题，文章针对衬砌砼裂缝产生的原因，提出裂缝的预防和治理方法,希望对提高砼衬砌施工水平有借鉴意义。
　　关键词：隧道，衬砌，裂缝，成因，防治
　　随着国民经济的发展,山岭地区新建公路越来越多,隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送砼施工工艺,但砼硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观,还给工程质量留下了隐患。施工中必须采取合理的工程技术措施,控制和减少砼中裂缝的数量和宽度。本文分析了砼裂缝产生的原因,提出了缓解裂缝产生的措施,并介绍了几种常见的裂缝治理方法。
　　1、裂缝的类型
　　隧道衬砌砼裂缝类型主要有：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
　　砼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,当应力值超过砼的抗拉强度时,就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性的,走向没有规律。影响砼干缩裂缝的因素主要有：水泥品种、用量及水灰比,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,在砼内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超过砼内外的约束力时,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砼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,砼浇筑后,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,或脱模时砼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砼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砼浇筑中断时间超过砼的初凝时间,继续浇筑砼时,原有的砼基础表面没有进行凿毛处理,或者凿毛后没有用水冲洗干净,也没有铺水泥砂浆垫层,就在原砼表面浇筑砼,致使新旧砼接茬间出现裂缝。
　　2、裂缝形成的原因分析
　　砼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,施工不规范造成的砼裂缝占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施工工艺或现场操作不规范
　　a.隧道开挖成型差,衬砌砼厚度严重不均匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界,造成衬砌砼厚度不足。个别隧道衬砌砼背后存在脱空现象。
　　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。
　　c.砼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,造成砼水灰比增大。在砼运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。
　　d.采用整体式钢模板台车施工,砼浇筑时不振捣或漏振,砼均质性差。
　　e.盲目追求施工进度,随意提前脱模时间,使低强度砼过早承受荷载,破坏了砼结构。脱模后没有进行砼的潮湿养护。
　　f.夏季施工时，砂、石料露天堆放,无切实有效的降温措施,砼入模温度高。冬期施工时采取的防寒保温措施不力。
　　2.2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砼品质的影响,错误认为水泥用量越多,砼强度越高。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、砼裂缝的治理
　　砼作为多组材料组成的脆性材料,裂缝的存在是客观的。作为施工单位应加强衬砌砼的施工管理,避免或减少砼裂缝的产生。对于出现的裂缝,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,防止裂缝继续发展,影响衬砌结构的稳定。
　　3.1细微裂缝
　　隧道衬砌砼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。从美观考虑,可先清洗干净裂缝表面,然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍,最后用刮抹料、调色料处理砼表面,使其颜色与周围衬砌砼颜色一致。
　　环氧树脂浆液配比,环氧树脂：501稀释剂：二甲苯：乙二胺=1：0.2：0.35：0.08。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。以上配比均为经验和参照数值，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φ10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。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的强度后,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1.2m～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,施工时由下往上逐级注浆,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、预防或缓解砼裂缝的措施
　　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。
　　4.2.1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。
　　4.2.2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。
　　4.2.3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。为方便砼的运输、泵送和浇筑,砂率取35%～45%。
　　4.2.4水
　　最好选用饮用水。当采用其他水源时,应按国家现行《砼拌合用水标准》的规定进行检验,PH值应大于4。水灰比越大,砼的干燥收缩越大。严格控制泵送砼的用水量是减少裂缝的根本措施。施工中水灰比在0.45～0.55之间,砼入泵塌落度控制在（12±2）cm。
　　4.2.5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以下的砼,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。
　　a．粉煤灰比表面积小,需水量低,不仅能有效降低砼的干燥收缩值,还可以改善砼的流动性、粘聚性和保水性。在水泥中掺入原状或磨细粉煤灰后,可以降低砼中水泥的水化热,推迟水化热峰值的出现,减少绝热条件下的温升,有利于控制温度裂缝的产生。
　　b.掺加适量的膨胀剂可以补偿砼的收缩,增加密实度,提高砼防渗抗裂能力。
　　4.2.6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,会引起砼的肿胀和开裂。施工时必须慎重选择外加剂的品种和掺量。
　　4.3严格砼施工工艺
　　a.提高钻眼技术水平,优化钻爆参数,提高光面爆破效果,加强隧道开挖断面检测,严格控制超欠挖,为衬砌施工创造良好的条件。
　　b.二次衬砌施作时间,应在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。当围岩变形较大、流变特性明显,需提前进行二次衬砌时,必须对初期支护或衬砌结构进行加强。
　　c.砼的拌合
　　①严格按施工配料单计量,定期检查校正计量装置。加强砂石料含水率检测,及时调整拌合用水量。
　　②控制砼的入模温度。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。尽量安排在夜间浇筑砼。
　　d.砼的灌注
　　①砼在运输和泵送过程中严禁加水。
　　②适当放慢灌注速度,两侧边墙对称分层灌注,到墙、拱交界处停1h～1.5h,待边墙砼下沉稳定后,再灌注拱部砼。
　　③砼灌注过程中必须振捣,提高砼的密实度和均质性,减少内部微裂缝和气孔,提高抗裂性。
　　e.砼的脱模、养护
　　①砼拆模时的强度必须符合设计或规范要求,严禁未经试验人员同意提前脱模,脱模时不得损伤砼。
　　②传统的砼洒水养护方法,增加了隧道内的文明施工难度,洒水也不均匀,使砼早期强度得不到保证。建议使用喷涂砼养护液的方法进行养护。
　　5、总结和体会
　　隧道二衬砼裂缝控制是隧道施工过程中的关键环节，控制不当将直接影响外观质量，甚至出现质量事故。
　　解决衬砌砼裂缝的关键在于严把材料进场关、加强过程控制，只要紧紧抓住问题的关键，采取科学、合理的措施，就能使施工质量得到保证。当然，没有一种材料是百分之百可靠的，没有一种施工方法是尽善尽美美的，只有正确选材、合理施工，才能达到有效控制施工质量的目的。
　　
　　参考文献
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　　2、交通部公路司.公路工程质量通病防治指南.北京：人民交通出版社，2002
　　3、李继业张玉稳.公路工程施工质量问题与防治.北京：化学工业出版社，2006
　　4、黄成光.公路隧道施工.北京：人民交通出版社，2004

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