高速公路隧道衬砌砼裂缝的成因与防治措施

刘晰

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

中图分类号： U455.91 文献标识码：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

中图分类号： U455.91 文献标识码：A文章编号：

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,基底产生不均勻沉降；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现象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、水文地质等勘探资料,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。为方便砼的运输、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。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。

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。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 结语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：

[1]铁路隧道设计规范（TB1003）.

[2]夏明耀等.地下工程设计施工手册。北京：中国建筑工业出版社.

[3]樊红卫.沙哈拉峁隧道塌方原因分析及预防措施。石家庄铁道学院学报.