某頂管工程用鋼筋混凝土排水管裂縫成因分析

張志軍

（廣東省建筑材料研究院）

隨著頂管施工技術迅速的發展和廣泛應用，頂管施工已能適應各種復雜的地質條件。由于地質的復雜性，對所用鋼筋混凝土排水管的質量也要求越來越高，管材不但要求有足夠的強度、外壓荷載能力，而且對管材的抗滲漏能力也有很高要求。如管材有裂縫隱患或在頂進過程中有時會出現管材開裂的現象，將會影響到整個管道閉水性能和使用壽命。筆者就某頂管工程所用管材存在的裂縫問題進行調查和分析，找出裂縫成因，并提出后續處理建議。

1 概況

該頂管工程輸水管線全長約790m，管線大部分地質條件復雜，施工難度大。施工管線從湖底穿過，頂線最大深度15m，頂管頂進的風險大，防水要求較高。采用鋼筋混凝土排水管為離心成型柔性接頭A 型鋼承口管，規格為DRCP Ⅲ1650×2500，壁厚165mm，強度設計等級C60。

經對現場勘查頂管工程的管材堆場（見圖1），堆場管材有未經過施工的，也有頂進施工過程中發現端口出現裂縫返回工地堆場的（見圖2）。部分未施工管材出現裂縫，裂縫主要出現在管承插口（含邊角）處，在內壁出現裂縫的情況也較為普遍（見圖3、圖4），裂縫多為長度方向的狹長裂縫。現場對裂縫進行了裂縫寬度、長度等方面的檢測，裂縫長度在10mm～50mm，裂縫寬度多在0.15mm 以下。少數管材裂縫長度達80mm 左右，寬度達0.3mm，嚴重的甚至有貫穿性裂縫。

圖1 管材堆場

圖2 施工管材承口開裂

圖3 管材端口（含邊角）處裂縫情況

圖4 管材內壁裂縫情況

在現場對一節已經過施工管材（代號①）、兩節未進行施工管材（代號②、③）的管身混凝土進行抽芯檢測，檢測依據參照GB/T19496-2004《鉆芯檢測離心高強混凝土抗壓強度試驗方法》進行，經檢測，①、②和③管材管身部位芯樣的混凝土強度推算值檢測結果分別為70.4MPa、72.9MPa、73.4MPa；76.5MPa、72.3MPa、77.9MPa；67.3MPa、65.3MPa、69.3MPa。

2 裂縫成因分析

2.1 管材砂漿層偏厚是裂縫產生的內因

所用鋼筋混凝土排水管是采用離心成型工藝生產，離心過程中在離心力作用下，比重相對較大的粗骨料會向模具內壁方向集中（即管材外壁），而比重相對較小的水泥漿和細骨料會集中在管材內壁，因此，在管材內壁出現砂漿（水泥漿）層現象較為普遍。但是，從對未施工的管材管身鉆芯樣中查看管材混凝土（見圖5）以及破損管材管身內部混凝土（見圖6）情況來看，部分管材混凝土砂漿層有過厚的現象，有些砂漿層厚度約在3cm 以上。裂縫產生于砂漿層表面，并多向里伸入1cm～3cm。

圖5 砂漿層過厚，裂縫深入砂漿層

圖6 管身內壁混凝土有裂縫，砂漿層過厚

GB/T 11836－2009《混凝土與鋼筋混凝土排水管》對管材的標準要求中，鋼筋混凝土管內表面裂縫寬度不得超過0.05mm，表面龜裂和砂漿層的干縮裂縫不在此限。干縮裂縫通常出現在管材生產時，由于集料級配不合理，如砂集配偏細砂，或由于混凝土配方不合理，或由于違反離心制度操作，如大口徑管離心直接跳過中速進行高速離心，往往會容易造成砂漿層過厚的情況。一般來說，與混凝土相比，砂漿（或水泥漿）的收縮相對較大，抗拉強度相對較小，更容易產生收縮裂縫。尤其對于高強度混凝土，由于其水灰比小，混凝土中的水泥用量大，收縮裂縫更容易出現。

但砂漿層過厚造成的隱患不可忽視，承口處是頂進受力部位，砂漿層因缺少粗骨料，強度偏低，往往是受力的薄弱處，容易裂縫擴展進而出現破損。

2.2 外界環境條件是裂縫擴展的外因

管材的裂縫隨著時間的推移，受晝夜冷熱變化和季節變化等外界條件影響，會進一步擴展。

從裂縫產生的機理看，由于水分蒸發，裂縫因干縮產生的拉應力大于混凝土的抗拉強度而產生。管脫模后，混凝土含水量較大而空氣濕度相對較小，混凝土表面水分急劇蒸發，形成很大的混凝土內外濕度梯度，混凝土表面在很大的亂向拉應力作用下而被拉裂。后期毛細孔水份進一步蒸發，毛細孔的表面張力使混凝土產生收縮應變加大，當該應變超過混凝土抗拉強度時，使得裂縫進一步擴展。

因此對管材早期及中后期加強養護是很重要的，可以減少裂縫的產生和擴展。

管材堆場處于海邊并且沒有設置遮棚等防曬設施，也沒有淋水養護措施，存放條件不理想，堆放的管材長期受海風吹、日光曬等的環境影響。另外，當地溫差變化大，這就加大裂縫的產生和擴展。

2.3 施工方面的因素

若將這類本身已有裂縫的管材用于施工，當承口部位裂縫部位受應力作用時，會使裂縫進一步擴展，甚至裂縫會出現貫穿。從對施工受損的管材鉆芯樣品檢查來看，裂縫已深入混凝土層（見圖7），這種裂縫必將影響到管材結構力學性能。

在管材堆場也發現頂進管材的墊木板尺寸過大，墊木已與頂管承口鋼圈接觸的情況（見圖8），這樣在頂進時擠壓墊板的頂力傳遞給鋼圈，使鋼圈承受橫向推力，容易造成承口處混凝土受拉而產生裂縫，或使原有裂縫擴展。另外，也發現有頂進的頂環存在偏心的情況，這也容易出現局部受力過于集中而使管材端部產生裂縫。

圖7 裂縫已深入承口受力部分混凝土層

圖8 墊木尺寸過大，擠壓鋼圈受力

3 后續的處理建議

企業加強對產品的生產過程質量控制，加強產品出廠檢驗。

施工單位加強對出廠產品的進場檢驗，并改善產品堆場的存放條件和養護措施，加強頂管施工管理。

對前期已施工的管材進行排查，根據實際情況實施補強措施。對堆場未經施工的管材，按照GB/T11836－2009《混凝土和鋼筋混凝土排水管》進行全面的產品質量檢查，確保工程質量與安全。

4 結束語

頂管工程中管材裂縫的產生有其生產過程的內因，裂縫的擴展有環境的外素，也有施工方面的因素。裂縫問題往往是造成管道滲漏，影響管線質量和壽命的一個不可忽視的重要因素，只有在各個環節中去重視它，控制它，才能確保頂管工程質量。