隧道內(nèi)水泥混凝土路面滲漏水成因及病害處治

陳俊廷，仇玉良，李祖仲

(1.廣西合浦縣公路管理所，廣西 合浦 536100；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530021；3.中非國(guó)際建設(shè)工程有限公司，陜西 西安 710075；4.長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710061)

0 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路隧道里程不斷增加。公路隧道常穿越復(fù)雜地質(zhì)巖層，尤其是富水地質(zhì)和軟質(zhì)巖層給隧道防排水的設(shè)計(jì)、施工及后期養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。隨著隧道常年運(yùn)營(yíng)，襯砌滲水和路面滲水病害尤為突出。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)及調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)部分隧道內(nèi)路面不同程度地存在滲漏水現(xiàn)象，對(duì)路面結(jié)構(gòu)耐久性造成不良影響，同時(shí)威脅行車(chē)安全，給隧道運(yùn)營(yíng)帶來(lái)隱患。路面滲水原因復(fù)雜多變，本文經(jīng)深入分析其滲水成因，提出針對(duì)性強(qiáng)的處治方法，為工程技術(shù)人員解決此類(lèi)問(wèn)題提供參考，對(duì)隧道病害處治具有一定的參考意義。

1 項(xiàng)目地質(zhì)、水文條件

該隧道穿越區(qū)域圍巖裂隙發(fā)育、斷層多，高壓富水范圍廣，匯水面積約4 km2。從山體表觀看圍巖主要包含砂礫和黏土、角礫，成分極不均勻，裂隙密集發(fā)育。隧址區(qū)不僅風(fēng)化花崗巖巖體破碎，裂隙發(fā)育，且裂隙將圍巖切割至碎化。同時(shí)，隧址區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨量充沛，降雨集中，為突水涌泥提供了水源補(bǔ)給條件。這些條件都不利于隧道路面的滲水控制，從而使該隧道內(nèi)部局部水泥混凝土路面不同程度出現(xiàn)滲水病害。

2 隧道路面結(jié)構(gòu)與防排水體系

2.1 路面結(jié)構(gòu)

隧道路面結(jié)構(gòu)及其材料組成，對(duì)路面的滲水部位及病害程度具有較大影響。該隧道路面為水泥混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)與排水系統(tǒng)見(jiàn)圖1，路面結(jié)構(gòu)不同，涌滲水成因也有差異。

隧道中的水泥混凝土路面滲水主要出現(xiàn)在路面橫向伸縮縫、縱向施工縫與部分裂縫處。

圖1 該隧道路面結(jié)構(gòu)與排水系統(tǒng)示意圖(mm)

首先，水泥混凝土路面為多孔板塊物質(zhì)，混凝土內(nèi)部存在少量大小不等的孔隙，地下水在壓力作用下極有可能沿著這些孔洞不斷發(fā)育形成滲水點(diǎn)，即使將這些滲水點(diǎn)進(jìn)行封堵，但是地下水壓力因?yàn)闊o(wú)處消散也會(huì)在水泥混凝土路面的其他范圍產(chǎn)生新的滲水點(diǎn)；其次，隨著水泥混凝土路面服役時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土板塊易在伸縮縫處斷裂，使得縱向產(chǎn)生微小縫隙，地下水沿著縫隙上升，在行車(chē)荷載不斷作用下，滲水加大，混凝土一旦出現(xiàn)貫穿裂縫時(shí)，便會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的涌滲水現(xiàn)象；另外，在水泥混凝土路面材料設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土的配合比設(shè)計(jì)未充分考慮到滲水病害，并且混凝土抗?jié)B等級(jí)較高，冬季時(shí)滲水凍融，使混凝土凍脹開(kāi)裂，縫隙增多，導(dǎo)致涌滲水嚴(yán)重。

2.2 路面防排水體系

結(jié)合路面不同滲水部位，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)部原有的防排水系統(tǒng)不夠通暢，分析其主要原因如下：

(1)路面結(jié)構(gòu)未設(shè)置防水功能層或防水功能層失效，造成地下水直接上滲至面層；

(2)路面防排水處理材料選用不當(dāng)，防排水施工質(zhì)量控制不佳；

(3)路面變形縫與裂縫封堵后，由于受力等長(zhǎng)時(shí)間作用使裂縫發(fā)生變化，導(dǎo)致原化學(xué)漿體不能長(zhǎng)時(shí)間防水；

(4)電纜溝若與縱向排水溝相通遇堵時(shí)，電纜溝的積水只能從沉沙井溢出路面，致使路面滲流；

(5)路面縱向施工縫滲水主要由隧道內(nèi)兩側(cè)排水系統(tǒng)不暢引起，水從水泥混凝土路面?zhèn)让孀顬楸∪醯牡胤接砍觯斐陕访鏉B水；

(6)隧道仰拱填充內(nèi)橫向排水管破損，導(dǎo)致混凝土路面下方存在水壓力，在行車(chē)荷載的作用下，地下水會(huì)沿著路面裂縫或橫向伸縮縫縫隙滲水；

(7)由于雜物或者水中形成的鈣化物沉淀引起排水系統(tǒng)的堵塞，從而導(dǎo)致積水無(wú)法及時(shí)排出或排水不暢，造成路面滲水。

隧道防排水體系施工工序較為復(fù)雜，任何一道工序的疏忽都可能引起隧道內(nèi)發(fā)生滲漏水。

3 路面施工狀況

許多隧道在施工過(guò)程中，由于各種原因會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量控制不佳，主要有以下六方面表現(xiàn)：

(1)襯砌滲水防治不徹底，洞室排水不暢，路面施工工作面積水嚴(yán)重，導(dǎo)致路面防水層難以施工；

(2)隧道仰拱填充混凝土不密實(shí)，使得其空間脫空，大量積水；

(3)水泥混凝土路面攤鋪過(guò)程中，大粒徑集料隨攤鋪機(jī)滾動(dòng)向兩邊分離，引起混凝土集料產(chǎn)生離析，造成局部空隙率過(guò)大，靠近路沿的路面易出現(xiàn)滲水；

(4)水泥混凝土路面鋪筑過(guò)程中振搗不均勻，出現(xiàn)部分漏振、振搗時(shí)間不足等現(xiàn)象，致使混凝土結(jié)構(gòu)局部不密實(shí)；

(5)混凝土路面接縫密封材料選用不當(dāng)或失效，接縫處常出現(xiàn)滲水病害；

(6)未按規(guī)定的時(shí)間和養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，致使混凝土路面過(guò)早出現(xiàn)裂縫。

4 隧道路面滲涌水綜合評(píng)定

隧道水泥混凝土路面滲水情況較為復(fù)雜，應(yīng)對(duì)路面滲水量進(jìn)行綜合評(píng)定，即對(duì)涌滲水量的預(yù)測(cè)與判斷，這有助于采取相應(yīng)的處治材料與工藝措施來(lái)解決滲水問(wèn)題。本文將路面的滲水病害分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級(jí)，其中Ⅰ級(jí)表示路面滲水較輕，Ⅱ?yàn)檩^重，Ⅲ為嚴(yán)重(詳見(jiàn)表1)。工程上評(píng)定路面滲水的常用方法為經(jīng)驗(yàn)法，即目測(cè)法。在病害發(fā)生后，維修人員觀察滲水情況，若路面僅有少量浸濕而無(wú)積水，則滲水不嚴(yán)重；路面有輕微積水，則滲水較重；若路面浸水，說(shuō)明滲水嚴(yán)重。由于人為觀察會(huì)產(chǎn)生偏差，因而此方案具有一定局限性。

表1 道面涌滲水綜合評(píng)定表

當(dāng)路面積水達(dá)到一定高度時(shí)，可考慮采用儀器測(cè)量積水的厚度，積水厚度越大，表明滲水病害越嚴(yán)重；或者對(duì)不同滲水部位水流的流淌面積大小進(jìn)行測(cè)定，確定滲水面積后再評(píng)定滲水等級(jí)。還可以將積水的深度與流水面積結(jié)合起來(lái)綜合考慮滲涌水病害的嚴(yán)重程度。

勘察結(jié)果表明該隧道路面的滲水點(diǎn)主要集中在縱向施工縫與橫向伸縮縫位置，路面出現(xiàn)的其他裂縫處也會(huì)使得地下水沿其裂隙上升，長(zhǎng)此以往造成水損害。另外，路面不同部位裂縫縫隙大小不一，其涌滲水量也不一致。因此，在一定條件下可以尋找并建立混凝土路面裂縫數(shù)量以及裂縫寬度和長(zhǎng)度與滲涌水量的關(guān)系模型，通過(guò)裂縫來(lái)預(yù)測(cè)評(píng)定涌滲水病害產(chǎn)生的程度，具有長(zhǎng)期研究的可行性。另外，路面滲水病害的形成受地下水、降雨期與降水量等因素共同影響，因此評(píng)定路面的滲水情況時(shí)應(yīng)根據(jù)隧道當(dāng)?shù)匾荒陼r(shí)間內(nèi)不同季節(jié)與降水量來(lái)區(qū)別判斷。

5 隧道路面滲漏水處治

5.1 路面內(nèi)部排水引流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隧道滲漏水產(chǎn)生的病害，一般應(yīng)根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析判斷，采取以排水為主，截、堵、排綜合治理的原則進(jìn)行處治。隧道水泥混凝土路面的滲水主要出現(xiàn)在路面橫向伸縮縫、縱向施工縫和部分裂縫處。

由于路面縫隙較多，不能只采用單排水或單封堵方法對(duì)其涌滲水病害進(jìn)行處治，否則會(huì)由于較大的工程量造成人力、物力的浪費(fèi)，并遺留一定的質(zhì)量隱患。本文采取以排水為主、封堵為輔的方式解決路面滲水問(wèn)題。

設(shè)計(jì)隧道路面的排水引流結(jié)構(gòu)，排水結(jié)構(gòu)制作工序?yàn)椋?/p>

(1)對(duì)路面滲水病害處進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)觀察縫隙的數(shù)量以及寬度，計(jì)算涌滲水的水流面積，評(píng)定不同部位的滲水病害等級(jí)；

(2)刻槽：根據(jù)涌滲水量，在產(chǎn)生涌滲水的伸縮縫上鑿刻約深15 cm、寬10 cm的凹槽，將凹槽徹底清洗干凈；

(3)安裝槽鋼：采用5 cm寬的槽鋼，預(yù)埋安裝于凹槽內(nèi)并確保槽鋼壓在滲水縫之上，可將大量涌水從此處排出到較低的盲溝。

5.2 填縫處治材料選取

為處治水泥混凝土路面的涌滲水病害，填縫材料的選用與質(zhì)量直接影響處治效果。針對(duì)該隧道路面滲水的情況，建議選取的封堵材料主要有高聚物砂漿、早強(qiáng)型水泥基灌漿料等。

高聚物砂漿：高聚物砂漿是一種快速堵漏止水的水泥混合物，具有速凝、早強(qiáng)、抗?jié)B、微膨脹、無(wú)毒無(wú)害及不含氯化物、阻烯燃等特點(diǎn)。本文使用的聚合物砂漿為速凝堵漏劑，其主要作用是可瞬間將涌滲水隔絕。

早強(qiáng)型水泥基灌漿料：其特性為流動(dòng)性較好，在路面恢復(fù)中可充分密實(shí)且強(qiáng)度上升較快，可迅速達(dá)到通車(chē)要求的強(qiáng)度，但在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其泌水性較差。

5.3 填縫封堵處治工藝

通過(guò)排水引流結(jié)構(gòu)將水害嚴(yán)重部位的涌水排出后，出水微弱段及其他水害段均采用填縫材料注漿封堵，并將水?dāng)D壓至刻槽段落排出。填縫處治工藝如下：

(1)封堵：用土工布填充槽鋼兩邊空隙部位，再用高聚物砂漿覆蓋于土工布之上；

(2)填充整平：待高聚物砂漿堵漏劑表面干燥后，用早強(qiáng)型水泥基灌漿料填充并壓實(shí)抹平凹槽，加強(qiáng)表面抗?jié)B能力，恢復(fù)路面原狀；

(3)養(yǎng)護(hù)：根據(jù)處治材料性能進(jìn)行相應(yīng)養(yǎng)護(hù)，確保一定時(shí)間內(nèi)無(wú)裂縫產(chǎn)生。

6 處治后效果觀測(cè)

隧道內(nèi)水泥混凝土路面滲漏水不同于其他部位，因此本文對(duì)嚴(yán)重出水段進(jìn)行刻槽引排；微出水段注漿封堵。用這種堵排結(jié)合、以排為主的方式處理該隧道水泥混凝土路面的滲漏水，基本可達(dá)到預(yù)期目的。該隧道內(nèi)的原有路面滲水部位都不再出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，表明所選用處治材料及工藝合理有效。

盡管處治后效果良好，但隧道路面內(nèi)部排水抑水是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，巖體、襯砌內(nèi)部滲流場(chǎng)非常復(fù)雜，廣度和深度很大，對(duì)路面滲流病害處治提出了新要求。因此后期仍需不斷關(guān)注檢測(cè)，進(jìn)一步改進(jìn)滲漏水病害處治方案。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)從該隧道所處地理水文環(huán)境方面，分析其路面滲水的自然因素。從隧道路面結(jié)構(gòu)形式、路面原有排水系統(tǒng)以及路面施工質(zhì)量等三個(gè)方面深入分析路面滲漏水病害的主要成因，對(duì)隧道滲漏水病害處治具有重要的參考價(jià)值。

(2)隧道路面滲漏水并不是受單一因素影響而產(chǎn)生的，只有對(duì)前期隧道水文調(diào)研、路面防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)過(guò)程進(jìn)行綜合考慮，嚴(yán)格控制每道工序和選材，才能有效地減少隧道路面滲漏水病害。

(3)在分析滲漏水病害成因、確定滲漏部位及等級(jí)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)路面內(nèi)部排水引流結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，所選填縫材料抑水效果明顯，可以為富水山體的公路隧道水泥路面滲水處治提供參考。