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(shù)迅速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，頂管施工已能適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件。由于地質(zhì)的復(fù)雜性，對所用鋼筋混凝土排水管的質(zhì)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?jié)B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(xiàn)管材開裂的現(xiàn)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(diào)查和分析，找出裂縫成因，并提出后續(xù)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(zhì)條件復(fù)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(fēng)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(guī)格為DRCP Ⅲ1650×2500，壁厚165mm，強度設(shè)計等級C60。

經(jīng)對現(xiàn)場勘查頂管工程的管材堆場（見圖1），堆場管材有未經(jīng)過施工的，也有頂進施工過程中發(fā)現(xiàn)端口出現(xiàn)裂縫返回工地堆場的（見圖2）。部分未施工管材出現(xiàn)裂縫，裂縫主要出現(xiàn)在管承插口（含邊角）處，在內(nèi)壁出現(xiàn)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?，F(xiàn)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(shù)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(nèi)壁裂縫情況

在現(xiàn)場對一節(jié)已經(jīng)過施工管材（代號①）、兩節(jié)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(jù)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(jīng)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(jié)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(chǎn)生的內(nèi)因

所用鋼筋混凝土排水管是采用離心成型工藝生產(chǎn)，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(nèi)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(nèi)壁，因此，在管材內(nèi)壁出現(xiàn)砂漿（水泥漿）層現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)象，有些砂漿層厚度約在3cm 以上。裂縫產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)在管材生產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)。

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(xiàn)破損。

2.2 外界環(huán)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(jié)變化等外界條件影響，會進一步擴展。

從裂縫產(chǎn)生的機理看，由于水分蒸發(fā)，裂縫因干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度而產(chǎn)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(fā)，形成很大的混凝土內(nèi)外濕度梯度，混凝土表面在很大的亂向拉應(yīng)力作用下而被拉裂。后期毛細孔水份進一步蒸發(fā)，毛細孔的表面張力使混凝土產(chǎn)生收縮應(yīng)變加大，當該應(yīng)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(yǎng)護是很重要的，可以減少裂縫的產(chǎn)生和擴展。

管材堆場處于海邊并且沒有設(shè)置遮棚等防曬設(shè)施，也沒有淋水養(yǎng)護措施，存放條件不理想，堆放的管材長期受海風(fēng)吹、日光曬等的環(huán)境影響。另外，當?shù)販夭钭兓?，這就加大裂縫的產(chǎn)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(yīng)力作用時，會使裂縫進一步擴展，甚至裂縫會出現(xiàn)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(jié)構(gòu)力學(xué)性能。

在管材堆場也發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生裂縫，或使原有裂縫擴展。另外，也發(fā)現(xiàn)有頂進的頂環(huán)存在偏心的情況，這也容易出現(xiàn)局部受力過于集中而使管材端部產(chǎn)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(xù)的處理建議

企業(yè)加強對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，加強產(chǎn)品出廠檢驗。

施工單位加強對出廠產(chǎn)品的進場檢驗，并改善產(chǎn)品堆場的存放條件和養(yǎng)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(jù)實際情況實施補強措施。對堆場未經(jīng)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(chǎn)品質(zhì)量檢查，確保工程質(zhì)量與安全。

4 結(jié)束語

頂管工程中管材裂縫的產(chǎn)生有其生產(chǎn)過程的內(nèi)因，裂縫的擴展有環(huán)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(zhì)量和壽命的一個不可忽視的重要因素，只有在各個環(huán)節(jié)中去重視它，控制它，才能確保頂管工程質(zhì)量。