淺析隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治措施

殷克儉

【摘 要】隨著國民經濟的發展，山嶺地區新建鐵路越來越多，隧道工程所占的比例逐步增大。隧道二次襯砌施工普遍采用整體式鋼模板臺車、泵送混凝土施工工藝，但混凝土硬化過程中產生的裂縫不僅影響了美觀，還給工程質量留下了隱患。施工中必須采取合理的工程技術措施，控制和減少混凝土中裂縫的數量和寬度。本文分析了混凝土裂縫產生的原因，提出了緩解裂縫產生的措施并介紹了幾種常見的裂縫治理方法。

【關鍵詞】隧道施工 混凝土裂縫 原因分析 防治

1裂縫的類型隧道襯砌混凝土裂縫類型主要有

干縮裂縫、溫度裂縫、外荷載作用產生的變形裂縫、施工縫處理不當引起的接茬縫等。

（1）干縮裂縫。混凝土在硬化過程中水分逐漸蒸發散失，使水泥石中的凝結膠體干燥收縮產生變形，由于受到圍巖和模板的約束，變形產生應力，當應力值超過混凝土的抗拉強度時，就會出現干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性的，走向沒有規律。影響混凝土干縮裂縫的因素主要有：水泥品種、用量及水灰比，骨料的大小和級配，外加劑品種和摻量。

（2）溫度裂縫。水泥水化過程中產生大量的熱量，在混凝土內部和表面間形成溫度梯度而產生應力，當溫度應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬，夏季較窄。溫度裂縫的產生與二次襯砌混凝土的厚度及水泥的品種、用量有關。

（3）荷載變形裂縫。仰拱和邊墻基礎的虛碴未清理干凈，混凝土澆筑后，基底產生不均勻沉降；模板臺車或堵頭板沒有固定牢固，以及過早脫模，或脫模時混凝土受到較大的外力撞擊等都容易產生變形裂縫。荷載變形裂縫在隧道襯砌混凝土病害中占有的比例逐年增大，已經引起了廣大工程技術人員的重視。

（4）施工縫（接茬縫）。施工過程中由于停電、機械故障等原因迫使混凝土澆筑中斷時間超過混凝土的初凝時間，繼續澆筑混凝土時，原有的混凝土基礎表面沒有進行鑿毛處理，或者鑿毛后沒有用水沖洗干凈，也沒有鋪水泥砂漿墊層，就在原混凝土表面澆筑混凝土，致使新舊混凝土接茬間出現裂縫。

2 裂縫形成的原因分析

混凝土裂縫形成的原因非常復雜，往往是多種不利因素綜合作用的結果。據有關統計，施工不規范造成的混凝土裂縫占80%左右，材料質量差或配合比不合理產生的裂縫占15%左右，設計不當引起的裂縫可能占5%。

2.1 設計粗糙，建設、監理單位工作隨意性大

由于多方面的原因，勘察設計單位無法深入地開展地質勘探工作，隧道圍巖類別評價及支護結構設計缺乏科學依據，帶有一定的盲目性。個別建設單位限于自身管理和專業技術水平的欠缺，任意變更原設計。少數工程由業主的內部人員組成監理機構，監理工作失去了獨立性。隨著建筑市場的規范，這些問題會逐步得到解決。

2.2 施工工藝或現場操作不規范

（1）隧道開挖成型差，襯砌混凝土厚度嚴重不均勻；欠挖或初期支護侵入襯砌限界，造成襯砌混凝土厚度不足。個別隧道襯砌混凝土背后存在脫空現象。（2）未開展監控量測工作，僅憑經驗來確定二次襯砌的施作時間，安全可靠性差，造成二次襯砌超設計荷載承受圍巖壓力。（3）混凝土生產時原材料計量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。在混凝土運輸及泵送過程中加水的現象也比較普遍。（4）采用整體式鋼模板臺車施工，混凝土澆筑時不振搗或漏振，混凝土均質性差。（5）盲目追求施工進度，隨意提前脫模時間，使低強度混凝土過量承受荷載，破壞了混凝土結構。脫模后沒有進行混凝土的潮濕養護。（6）夏季施工時砂、石料露天堆放，無切實有效的降溫措施，混凝土入模溫度高。冬期施工時采取的防寒保溫措施不力。

2.3 原材料質量差、配合比設計不合理

水泥品種選擇不當，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂級配差，含泥量超標，碎石中石粉含量大，針、片狀物過多，影響了水泥與骨料的膠結。進行配合比設計時，忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響，錯誤認為水泥用量越多，混凝土強度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業技術人員的指導，往往達不到預期的效果。

3 混凝土裂縫的治理

混凝土作為多組材料組成的脆性材料，裂縫的存在是客觀的。作為施工單位應加強襯砌混凝土的施工管理，避免或減少混凝土裂縫的產生。對于出現的裂縫，應認真分析原因，分清是有害裂縫還是無害裂縫，并對有害裂縫進行處理，防止裂縫繼續發展，影響襯砌結構的穩定。

（1）細微裂縫。隧道襯砌混凝土表面常出現一些沒有擴展性的細微裂縫，這種裂縫是穩定的，一般可自愈，不會影響結構的使用和耐久性。從美觀考慮，可先清洗干凈裂縫表面，然后涂刷環氧樹脂漿液二至三遍，最后用刮抹料、調色料處理混凝土表面，使其顏色與周圍襯砌混凝土顏色一致。 環氧樹脂漿液配比，環氧樹脂：501稀釋劑：二甲苯：乙二胺=1：0.2：0.35：0.08。刮抹料配比，水泥：細砂：水=1：2：0.35。調色料配比，水泥：白水泥：107膠=5；3：1。施工時應經試驗確定。

（2）貫通性裂縫。貫通性裂縫的危害較大，必須采取有效的治理方法。沿裂縫方向鑿成寬5cm、深3cm的V形槽，在槽內騎縫每隔0.5m鉆一孔，孔深為襯砌厚度的1/2或2/3，一般不少于15cm，并不得穿透襯砌以防跑漿。用清水沖洗干凈槽內的雜物及粉塵，在孔內插入￠10的壓漿管，利用環氧樹脂水泥砂漿錨固，用灰刀將砂漿壓實抹光。環氧樹脂砂漿配比，環氧樹脂：水泥：細砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化劑，二丁酯是稀釋劑。待環氧樹脂砂漿有一定的強度后，以0.15MPa～0.2MPa壓力壓入水泥-水玻璃漿液或環氧樹脂漿液。壓漿結束后在0.2MPa壓力下壓水檢查壓漿效果。裂縫表面用刮抹料和調色料處理。

（3）密集裂縫。襯砌背后有空洞或襯砌厚度不足引起的密集裂縫，必須進行防水和地層加固處理。沿裂縫兩側每隔1.2m～1.5m交錯布點，鑿成10cm×10cm大小深5cm的方槽，用風動鑿巖機鉆孔，孔深3m，安裝WDT25中空注漿錨桿，注入水泥砂漿，灰砂比1：（3～5），水灰比1：1，施工時由下往上逐級注漿，注漿壓力以0.4MPa～0.6MPa為宜。注漿結束后，另鑿新孔在0.6MPa～1.0MPa壓力下壓入純水泥漿檢查注漿效果，當達到規定壓力而砂漿壓不進時，即認為已經注滿。注漿24h后安裝錨桿墊板，用環氧樹脂砂漿抹平方槽，表面用刮抹料和調色料處理。

4 預防或緩解混凝土裂縫的措施

4.1 提高設計精度

加強工程前期地質工作，為設計提供詳盡的工程地質、水文地質勘探資料，提高設計的質量。

4.2 把好材料進場關，嚴格控制原材料的質量和技術標準

（1）水泥。施工現場多使用普通硅酸鹽水泥，但應盡量減少單位水泥用量。不同品牌、不同規格、不同批次的水泥不能混用。（2）碎石。根據泵送管路的內徑，盡可能選用較大粒徑的碎石。嚴格控制含泥量≤1%，針、片狀物含量≤15%，粒徑 以5～31.5mm為宜，最大不超過40mm。（3）砂。采用級配良好的中砂，細度模數應為3.0～2.3，粒徑小于0.315mm的顆粒含量所占比例宜為15～20%， 嚴格控制含泥量在3%以內。為方便混凝土的運輸、泵送和澆筑，砂率取35%～45%。（4）水。最好選用飲用水。當采用其他水源時，應按國家現行《砼拌合用水標準》（JGJ63）的規定進行檢驗，PH值應大于4。水灰比越大，混凝土的干燥收縮越大。嚴格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。施工中水灰比在0.45～0.55之間，混凝土入泵塌落度控制在（12±2）cm。（5）摻合料。推廣摻加粉煤灰和膨脹劑的雙摻技術，等量替代水泥，以減少水泥用量。對強度等級C25以下的混凝土，粉煤灰摻量一般為水泥用量的10%～15%，膨脹劑摻量為水泥用量的8%～12%，具體摻量需經試驗確定。（6）外加劑。高效減水劑能夠有效減少拌合用水，降低水化熱，延緩水化熱釋放速度，從而減少溫度裂縫，但摻量過多，會引起混凝土的腫脹和開裂。施工時必須慎重選擇外加劑的品種和摻量。

4.3 嚴格混凝土施工工藝

（1）提高鉆眼技術水平，優化鉆爆參數，提高光面爆破效果，加強隧道開挖斷面檢測，嚴格控制超欠挖，為襯砌施工創造良好的條件。（2）二次襯砌施作時間，應在圍巖和初期支護變形基本穩定時進行。當圍巖變形較大、流變特性明顯，需提前進行二次襯砌時，必須對初期支護或襯砌結構進行加強。（3）混凝土的拌合。嚴格按施工配料單計量，定期檢查校正計量裝置。加強砂石料含水率檢測，及時調整拌合用水量；控制混凝土的入模溫度。夏季施工時，當氣溫高于32℃時，砂石料、攪拌機應搭設遮陽棚，用冷水沖洗碎石降溫。盡量安排在夜間澆筑混凝土。

4.4 混凝土的灌注

（1）混凝土在運輸和泵送過程中嚴禁加水。（2）適當放慢灌注速度，兩側邊墻對稱分層灌注，到墻、拱交界處停1h～1.5h，待邊墻混凝土下沉穩定后，再灌注拱部混凝土。

5結語

綜上所述，在隧道施工中只要科學的控制每個施工環節，采取合理的防范措施就可以有效的控制裂縫的產生，提高工程質量，從而達到確保隧道的安全、穩定地工作的目的。

參考文獻：

[1]陳海英.混凝土裂縫的原因分析與預防措施.

[2]王增忠.混凝土建筑物的裂縫分析及其防護和處理.