水工隧洞襯砌砼開裂的成因與防治探討

王愛東

摘 要 水工隧洞襯砌砼多為薄壁結構，其極易受到外界溫度、地質(zhì)條件以及收縮變形等諸多因素的影響而出現(xiàn)裂縫問題，且一旦襯砌砼出現(xiàn)裂縫，還會對砼抗?jié)B性能與結構整體強度、穩(wěn)定性等產(chǎn)生影響。對此，本文首先剖析了水工隧洞襯砌砼開裂的所致成因，然后進一步探討了水工隧洞襯砌砼裂縫的預防與處治對策，以供參考借鑒。

關鍵詞 水工隧洞;襯砌砼開裂;成因;預防;處治

1水工隧洞襯砌砼開裂的所致成因

1.1 原材料選取不當

①施工所用水泥品種未嚴格依照水工隧洞實際進行選取;②部分水泥運輸、存貯不當，以致水泥受潮變質(zhì)，且使用前未進行質(zhì)量檢驗便投入施工;③骨料級配比例不合理，含泥量超標，針片狀及有害物質(zhì)含量過大等;④砂石存儲未根據(jù)季節(jié)變化予以保溫或降溫處理，以致砼拌和時的溫度不滿足要求。

1.2 配比設計不合理

①原材料比例計量不精準，如攪拌站稱量系統(tǒng)未予以定期校定、配比計量偏差未予以定期分析;②拌和時投料順序不合理，或未對料斗混料予以校對;③運輸過程中，為避免混合料水分散失而人為加水，從而使得含水量過大;④攪拌機選型不合理，以致拌和砼質(zhì)量差;⑤攪拌時間過長或不足，使得砼出現(xiàn)離析或攪拌不均;⑥供料不及時，以致先澆筑砼出現(xiàn)初凝，從而致使新舊砼間形成冷縫。

1.3 施工操作不規(guī)范

①部分水工隧洞在開挖時存在超挖、欠挖，從而導致開挖成型質(zhì)量差，以致后期砼襯砌厚度不均而產(chǎn)生裂縫;另外，在地質(zhì)條件較差地段，初支侵入襯砌限界，從而導致襯砌厚度過小，甚至個別隧洞出現(xiàn)背后脫空導致裂縫。②隧洞開挖施作的過程中，未嚴格按照要求實施監(jiān)控量測，而是僅憑個人既往實踐經(jīng)驗進行二襯時間的確定，以致在初支未完全穩(wěn)定便開始二襯施工，從而導致二襯超負荷承受圍巖壓力。③圍巖基面清理不徹底，致使底板砼與巖層間的松動圍巖形成軟弱夾層，進而使圍巖的彈性抗力得不到充分發(fā)揮，以致襯砌荷載受到影響而產(chǎn)生裂縫。④隧洞襯砌所用鋼模板臺車，下料時的下料窗口未能充分利用，以致出現(xiàn)不均勻下料;其次，頂拱砼下料滿倉僅通過人工進行判定，從而極易導致出現(xiàn)空腔而出現(xiàn)裂縫;另外，砼澆筑作業(yè)時，下料高度過高造成砼骨料離析，或分層厚度過大以致振搗不均、砼密實度不足而形成裂縫。⑤施工方為追趕進度，在砼強度未全面達標便提前脫模，以致砼過度承受圍巖荷載而破壞砼結構的強度及穩(wěn)定性;另外，脫模后未按要求對砼進行保濕養(yǎng)護，使得砼表面出現(xiàn)干縮裂縫，或養(yǎng)護時間、遍數(shù)不足而導致砼表面出現(xiàn)裂縫問題。⑥在夏季高溫季節(jié)施工時，砂石骨料露天堆放，且投入使用前也未采取行之有效的降溫措施，以致砼入模時溫度過高而形成較大的內(nèi)外溫差，從而導致出現(xiàn)溫度裂縫。此外，冬季寒冷季節(jié)施工時，未采取有效的防寒保暖措施，以致澆筑后砼出現(xiàn)凍脹裂縫[1]。

2水工隧洞襯砌砼開裂的防治舉措

2.1 水工隧洞襯砌砼開裂的預防策略

（1）嚴選原材。首先，優(yōu)先選擇低熱水泥，且運輸過程中應做好嚴格防護，避免水泥受潮與變質(zhì)，且對于采購的不同標號、種類以及出廠日期不同的水泥應分類運輸及存儲，并做好明顯標識，嚴格控制避免混淆。其次，嚴格把控地材質(zhì)量，其中，碎石料含泥量應≤1%，針片狀物≤15%，最大粒徑<40mm，粒徑以5mm～31.5mm為宜。對于進場骨料投入使用前，須按要求對含水率、級配、含泥量予以檢測，對檢測質(zhì)量不達標的及時退場處理，并根據(jù)檢測結果對拌和用水量予以優(yōu)化調(diào)整。另外，通過合理添加適量粉煤灰，以減少拌和砼的水泥用量，從而有效提升砼拌合物的和易性，使砼更加密實均勻。同時，通過添加適量膨脹劑，使砼體積發(fā)生膨脹，從而改善砼的抗裂以及抗?jié)B性能。此外，夏季高溫季節(jié)施工時，若溫度>32℃時，應對砂石骨料予以適當降溫處理，可通過設置遮陽棚或冷水沖灑使碎石骨料溫度下降，從而嚴格把控砼入模溫度。

（2）優(yōu)化配比。首先，根據(jù)試驗對砼配比予以優(yōu)化調(diào)整，對稱量系統(tǒng)予以精準校核，并依照配料單數(shù)據(jù)予以嚴格下料，運輸中做好砼質(zhì)量的嚴格把控，防止人為加水而導致的水灰比過大;其次，依據(jù)砼稠度以及拌和機型號的不同，選擇合理的砼攪拌時間，以顯著提升砼拌和的均勻性;另外，根據(jù)水工隧洞施工實際，確定砼日拌和量，并選擇適宜的輸送泵以及振搗器，從而確保砼澆筑的連續(xù)性，如若前后兩次澆筑等待時間較長，則應對先澆筑砼面予以處理后再澆筑新砼層，以使兩次澆筑面更好粘合，避免施工冷縫的出現(xiàn)[2]。

（3）規(guī)范施工。①加強隧洞開挖作業(yè)段測量，并通過爆破參數(shù)的優(yōu)化以及爆破技術水平的提升，使爆破效果更好，同時加大對開挖斷面的監(jiān)控量測，嚴加把控防止超挖、欠挖，進而為后期砼襯砌提供良好的作業(yè)條件。②做好對圍巖變形的監(jiān)測，確保圍巖及初支變形趨于穩(wěn)定后實施二襯，以有效避免圍巖變形而導致的襯砌砼裂縫。如若需要提前施作二襯，但圍巖收斂變形未穩(wěn)定，則應先對初支及襯砌結構部位予以加強處理。③砼澆筑前，應先用挖掘機將基礎巖面大量渣塊予以細致清理，然后由人工對細部位置的松動巖石及巖縫內(nèi)碎石予以清理，并用高壓水槍對巖面、砼噴射面、底板表面予以沖洗，沖洗完成后應及時對積水進行抽排。④嚴格把控襯砌砼施工質(zhì)量，并對砼拌和、運輸、澆筑以及振搗整個過程質(zhì)量予以全面把控，以有效規(guī)避拌和時間不足、拌和不均、過振以及振搗不密實等質(zhì)量問題導致內(nèi)部孔洞或氣泡而造成的砼表面裂縫。⑤嚴格把控砼拆模時間，確保在砼強度滿足設計及規(guī)范要求后才可予以拆模，拆模時嚴禁敲擊、硬拽而導致砼表面受損。拆除模板后應及時予以充分保濕養(yǎng)護，對于仰拱可采取流水予以養(yǎng)護。

2.2 水工隧洞襯砌砼開裂的處治舉措

水工隧洞襯砌砼裂縫處理前，應首先對裂縫類型與情況予以判定，然后根據(jù)裂縫類型進行針對性處理。其中，對于Ⅰ、Ⅱ類淺表裂縫可通過改性聚合物對表面予以封閉處理，Ⅲ、Ⅳ類裂縫則可通過化學灌漿予以處理。

（1）Ⅰ、Ⅱ類裂縫的處治。首先，縫面清理。使用磨平機將裂縫表面水泥漿、雜質(zhì)以及鈣質(zhì)析出物等予以清理打磨并沖洗干凈，打磨寬度為15cm。其次，底液涂刷。待清理后的砼表面干燥后，用毛刷將改性聚合物漿液均勻涂刷于裂縫表面，涂刷寬度15cm。最后，封縫處理。在第一層涂刷物干燥后，再涂刷一層寬15cm、厚1mm的改性聚合物漿液。

（2）Ⅲ、Ⅳ類裂縫的處治。①縫面清理。使用磨平機將裂縫表面水泥漿、雜質(zhì)以及鈣質(zhì)析出物等予以清理打磨，打磨寬度為15～20cm，并用高壓水槍予以細致沖洗干凈。②鉆孔作業(yè)。利用沖擊鉆等大功率鉆孔機具，于裂縫兩側斜向45°進行交叉鉆孔（如圖1），間距約25～30cm，孔深不得超過2/3結構厚度，鉆孔距離裂縫不得超過1/2結構厚度，鉆孔應穿過裂縫確保孔縫貫通，但不得打穿結構。③埋注漿管。鉆孔完成后進行注漿管安裝，注漿管插入深度可依照裂縫深度、寬度及孔深等予以確定。注漿管安設完畢實施灌漿作業(yè)前，應首先以高壓風對孔內(nèi)粉塵予以清洗，并觀察裂縫的實際情況。然后在槽內(nèi)表面涂刷一層環(huán)氧膠泥，并在具備一定強度后用快硬水泥予以填縫處理，滿足強度要求后再涂刷一層環(huán)氧膠泥，若裂縫位置出現(xiàn)滲漏水，應使用堵漏靈予以封堵處理。④灌漿作業(yè)。填縫強度滿足灌漿作業(yè)要求后，通過高壓灌漿機對鉆孔實施灌漿。灌漿壓力0.3～0.5MPa，并由低向高、由深至淺依次實施灌漿，待相鄰孔漿液溢出后將灌漿管關閉，轉至鄰近孔繼續(xù)實施灌漿作業(yè)，直至該裂縫最后鉆孔的吸漿量<0.03L/min并持壓10min即可停止灌漿。⑤表面處理。完成灌漿且漿液凝固后，將埋設灌漿管鑿除、打磨并對裂縫兩側予以清理，然后對灌漿嘴孔洞位置予以修補，并按要求用環(huán)氧膠泥將表面抹平處理。另外，襯砌砼裂縫處存在滲漏水現(xiàn)象就會加大灌漿難度，因而對于滲漏水及涌水段的裂縫處治較為困難，對此，可采取打排水孔即鉆設排水孔泄水的方式降低外水壓力，然后采取聚氨酯類對滲漏水進行堵漏，最后使用環(huán)氧漿材予以補強[3]。

3結束語

水工隧洞襯砌砼裂縫缺陷不僅會影響到襯砌砼外觀與質(zhì)量，而且后期裂縫處理耗時、費力，一旦處理不當還會加劇工程質(zhì)量問題。對此，相關技術、管理人員務須嚴加把控，并通過采取各項應對舉措減少與規(guī)避裂縫問題的生成，從而有效確保水工隧洞襯砌砼的施作質(zhì)量。

參考文獻

[1] 王昆侖.水工隧洞二次襯砌拱頂混凝土缺陷處理[J].河南水利與南水北調(diào)，2019，48（6）：47-49.

[2] 洪躍庭.水工隧洞襯砌混凝土裂縫成因分析及控制措施分析[J].四川水泥，2018，（9）：276.

[3] 田振華，李寶石，王經(jīng)臣.水工隧洞混凝土襯砌裂縫監(jiān)測與成因分析[J].水力發(fā)電，2017，43（9）：45-48.