山嶺公路隧道二襯混凝土開裂原因分析及防治措施

劉天浩

（華邦建投集團股份有限公司，甘肅 蘭州730000）

1 工程概況

桂林至柳城高速公路既是“縱5”桂林經(jīng)柳州至南寧第二通道的重要組成部分，也是“橫2 支線”桂林至河池高速公路的重要組成。本項目采用雙向四車道高速公路技術(shù)標準建設(shè)，設(shè)計速度100 Km/h。隧道設(shè)計為高速公路雙向四車道分離式隧道。大昌隧道起訖里程樁號左幅：ZK49+365 ～ZK50+456, 長度1091m；右幅：K49+357～K50+434，長度1077m。

2 裂縫情況

2.1 隧道裂縫排查情況

項目部成立隧道裂縫整治小組，開展裂縫相關(guān)試驗、測量、檢測、統(tǒng)計并收集數(shù)據(jù)資料，進行原因分析。經(jīng)過治理小組的認真排查，大昌隧道共有二襯裂縫8 道（表1）。

2.2 隧道裂縫觀測情況

項目部組織試驗人員和測量人員，采用裂縫測量儀及全站儀等對二襯及裂縫開展了為期二十天的觀測，同時經(jīng)過在裂縫處鉆孔取芯判斷裂縫是否為貫穿型受力裂縫。通過觀測發(fā)現(xiàn)隧道裂縫無擴展，裂縫處二襯無沉降，裂縫處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過鉆孔取芯判斷裂縫為非貫穿型裂縫。

3 裂縫產(chǎn)生原因分析

經(jīng)過對裂縫一個月的觀測發(fā)現(xiàn)裂縫處于穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合對二襯施工工藝、混凝土養(yǎng)護及混凝土原材料的調(diào)查、地質(zhì)情況、初步分析二襯裂縫產(chǎn)生的主要原因如下：

3.1 混凝土干縮

混凝土在硬化過程中水分逐漸蒸發(fā)散失，使水泥中的凝結(jié)膠體干燥收縮產(chǎn)生變形，由于受到圍巖和模板的約束，變形產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就會出現(xiàn)干縮裂縫。洞口段較洞內(nèi)深處溫差大、空氣流動性好，易產(chǎn)生混凝土的干縮。

3.2 洞口段地質(zhì)較復雜

我標洞口段地勢陡峻，洞口段的施工平臺均為人工填筑而成，洞口段圍巖相對較差且局部變化復雜，隧道圍巖類別與及設(shè)計支護等級不完全吻合，此外，洞口段的軟巖存在變形隨時間逐漸增長的蠕變，是軟巖的特性。這些也是洞口段裂縫相對較多的原因之一。

3.3 仰拱與二襯施工縫的設(shè)置并非處于同一斷面

我項目的二襯臺車長度采用常規(guī)長度，為12 米，每次澆筑二襯長度約為11.8-11.9 米，與設(shè)計和規(guī)范規(guī)定的仰拱施工長度不吻合，兩者每次澆筑長度不一致，致使二襯與仰拱施工縫不處于同一斷面，當產(chǎn)生不均勻沉降時，即產(chǎn)生環(huán)向裂縫。

3.4 澆筑工藝

經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)場施工過程記錄和砼澆筑工藝，二襯砼澆筑未嚴格執(zhí)行水平分層施工工藝，導致砼離析。二襯臺車長度12m，左右側(cè)混凝土工作窗對稱設(shè)置，共18 個：每側(cè)分為3 層、每層3 個。實際二襯澆筑過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員為了減少接管時間，幾乎不使用底層工作窗作為混凝土入?？冢侵苯邮褂弥虚g層工作窗作為混凝土入模口，致使混凝土下落高度超過規(guī)范允許值，且左右側(cè)中間層的工作窗分別只開2 個窗，中間層中間窗始終未作為混凝土入?？?，從而導致混凝土下落過程中極易造成離析現(xiàn)象，每節(jié)段側(cè)墻左右下角砼粗骨料少，使收縮系數(shù)不同而產(chǎn)生了左右下三角部位的裂縫。為固定預留洞室模板，不可避免的增設(shè)固定鋼筋，且預留洞室模板是現(xiàn)場制作的木模，從而導致澆筑二襯混凝土時，不便于振動棒插入振搗，即使振搗，極易碰觸到模板引發(fā)模板偏位，往往產(chǎn)生漏振或者振搗不密實，此外，預留洞室的邊角是應(yīng)力集中部位。綜上所述，產(chǎn)生裂縫的原因主要是施工工藝不規(guī)范造成，其性質(zhì)屬于非結(jié)構(gòu)性裂縫，對結(jié)構(gòu)受力不影響，但對結(jié)構(gòu)物的防水影響較大，需采取有效的處治措施，確保結(jié)構(gòu)的有效防滲防銹和達到設(shè)計使用壽命。

4 裂縫處理

經(jīng)對裂縫情況進行統(tǒng)計、觀測、分析，初步斷定裂縫處于穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合專家提出的整改措施和建議對裂縫進行整治。擬聘請專業(yè)處治混凝土裂縫的施工隊伍，根據(jù)不同的裂縫類型，采用不同的方法逐條進行處治。對處治過后的二襯裂縫繼續(xù)進行了跟蹤觀測，對繼續(xù)發(fā)展的裂縫及時進行二次處治，直至裂縫穩(wěn)定不再繼續(xù)發(fā)展。

現(xiàn)場采取了下列處理方案，最后在表面涂刷環(huán)氧樹脂封閉。

4.1 針管注漿法

對于寬度小于1mm且長度小于5m的裂縫，采用沿縫針管注漿封堵處理。

4.2 鑿孔壓漿法

對于寬度小于1mm 且長度大于5m 的裂縫，以及寬度大于1mm且小于5mm的裂縫，采用沿縫鑿孔壓漿封堵處理。

4.3 鑿槽壓漿法

對于寬度大于5mm 的裂縫，采用沿縫鑿槽，壓漿封堵后用環(huán)氧砂漿嵌補。經(jīng)過以上治理手段后，通過近一個月的連續(xù)觀測，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)隧道裂縫無擴展，裂縫處二襯無沉降無滲水。

表1 隧道二襯裂縫情況統(tǒng)計表

5 裂縫預防措施

預防混凝土干縮:

5.1 嚴把材料關(guān)和配合比關(guān)。a.水泥、粗細集料材料的控制。根據(jù)施工需要，加強進場原材料檢測，選用細度、凝結(jié)時間、安定性、彈性模量合理的水泥，避免不同品牌的水泥混裝，選用合格的粗細集料，減小混凝土凝固時產(chǎn)生的應(yīng)力，以防止裂縫產(chǎn)生。b.混凝土性能的控制。在施工過程中，混凝土坍落度大、和易性不好致使拆模后產(chǎn)生裂縫。 針對混凝土性能的影響，試驗室應(yīng)多做配合比試驗，選用合理配合比，在澆筑時每班測定砂石料含水率，及時調(diào)整施工配合比；現(xiàn)場加強混凝土坍落度檢測，不合格混凝土不得進行澆筑。

5.2 嚴格控制施工工藝。a.混凝土澆筑工藝及振搗工藝控制?；炷翍?yīng)水平分層澆筑，混凝土卸落高度不得大于2m。通過后勤保障保證混凝土澆筑連續(xù)；同時在二襯混凝土澆筑過程中加強振搗，兩側(cè)邊墻部位采用插入式振搗棒振搗，拱部采用附著式振搗器振搗，確?；炷琳駬v充分，以防止裂縫產(chǎn)生。b.拆模時間的影響。應(yīng)在每模二襯施工時，制作至少兩組同條件養(yǎng)護試塊，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定拆模時間，從而確保二襯拆模時，混凝土強度達到設(shè)計及規(guī)范要求,防止裂縫產(chǎn)生。c.凝土養(yǎng)護的控制。在二襯拆模后，應(yīng)及時進行灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)必須使混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護時間應(yīng)根據(jù)溫度及施工部位不同，控制在7～14 天。養(yǎng)護用水應(yīng)與拌合用水相同，水溫與混凝土表面溫差不得大于15℃。當環(huán)境溫度低于5℃時禁止灑水，采取保濕保溫措施，以防止裂縫產(chǎn)生。d.施工縫設(shè)置的控制。應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求，在圍巖級別變化處設(shè)置沉降縫，如果有圍巖級別變更，在變更斷面處也要同樣設(shè)置變形縫，以防止裂縫產(chǎn)生。e.杜絕虛渣。施工過程中，做到三檢制，加強開挖爆破技術(shù)的攻關(guān)，嚴格控制超欠挖，凡是超挖的，采用同標號混凝土進行回填。調(diào)平層、仰拱和邊墻基礎(chǔ)施工前，隧底的虛碴必須清除干凈。

結(jié)束語

隨著隧道在高速公路建設(shè)中的比例逐漸增加，由于隧道的施工工序復雜，施工環(huán)境惡劣，工人技術(shù)水平參差不齊，從而導致列襯砌裂縫問題的出現(xiàn)，近年來由于隧道襯砌開裂而帶來的不均勻沉降及滲水等病害引起了越來越多工程技術(shù)人員的重視。隨著施工技術(shù)水平的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備在施工中的廣泛應(yīng)用，隧道二襯開裂的情況得到了明顯的改觀。在二襯裂縫治理的過程中應(yīng)堅持預防為主，標本兼治的原則，從原材料質(zhì)量、混凝土澆筑養(yǎng)護、施工技術(shù)質(zhì)量管理等方面入手多管齊下，將問題控制在萌芽狀態(tài)。