明挖隧道混凝土施工裂縫的控制措施研究

蔣玉兵 黃劍鵬 李 坤 曾凡杰

中機中聯(lián)工程有限公司 重慶 400039

1 明挖隧道混凝土裂縫施工控制研究

近年來，城市道路網(wǎng)絡(luò)向立體擴張發(fā)展，大跨橋梁等工程項目成為城市發(fā)展新常態(tài)。地下快速路多采用明挖隧道方式施工，混凝土施工通常采用泵送技術(shù)澆筑商品砼，澆筑后混凝土收縮變形較大。明挖隧道混凝土施工裂縫直接影響工程質(zhì)量。明挖隧道施工出現(xiàn)大量混凝土裂縫問題，混凝土裂縫影響因素眾多，明挖隧道混凝土施工裂縫控制影響工程質(zhì)量安全。研究明挖隧道混凝土施工裂縫控制技術(shù)措施非常必要。

1.1 明挖隧道工程施工裂縫控制的意義

近年來城市空間無序開發(fā)等問題日益凸顯，積極引導(dǎo)城市交通系統(tǒng)向立體擴展是必然趨勢。城市地下隧道具有環(huán)境影響小等優(yōu)點，建設(shè)城市地下隧道成為解決交通擁堵問題的首選方案，我國城市地下隧道工程建設(shè)加快推進。城市地下隧道施工方法分為明暗挖等，明挖施工工程造價等方面優(yōu)于暗挖法，當前城市地下隧道建設(shè)規(guī)模巨大，具有環(huán)境影響大等特點[1]。城市地下隧道服役中受到不可控風險耦合影響，需要加強明挖隧道工程施工裂縫控制技術(shù)研究。

1.2 明挖隧道工程混凝土裂縫分析

混凝土是建筑結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的建筑材料?；炷潦┕ぶ袩o法達到散熱效果導(dǎo)致產(chǎn)生表面收縮裂縫。由于各地區(qū)原材料等條件不同，明挖隧道工程混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是施工中常見問題[2]。明挖隧道施工廣泛應(yīng)用大體積混凝土澆筑，裂縫影響工程質(zhì)量事故屢屢發(fā)生。混凝土是由砂石骨料混合成的脆性材料，混凝土裂縫導(dǎo)致低鋼筋砼材料承受能力降。混凝土裂縫類型有多種，根據(jù)產(chǎn)生原因分為荷載與變形引起裂縫，根據(jù)裂縫大小分為宏、微觀裂縫，微觀裂縫包括水泥石頭裂縫等，宏觀裂縫是寬度在0.05mm 以上的裂縫?；炷帘砻媪芽p非結(jié)構(gòu)性裂縫，基礎(chǔ)約束內(nèi)的混凝土可避免出現(xiàn)深層裂縫。明挖隧道大體積砼澆筑初期多余水分蒸發(fā)等引起體積收縮變形。隧道襯砌開裂主要危害包括影響車輛安全通過、襯砌裂縫出現(xiàn)漏水現(xiàn)象、降低隧道襯砌結(jié)構(gòu)對圍巖承載能力等。

2 明挖隧道混凝土施工裂縫原因

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，公鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)持續(xù)推進，由于施工設(shè)計等因素導(dǎo)致隧道病害普遍，開裂與滲漏水是隧道工程主要病害，許多隧道病害多種同時發(fā)生，開裂隧道大多存在滲漏水現(xiàn)象。目前對混凝土裂縫開展結(jié)構(gòu)裂縫控制研究較多，隧道工程隱蔽影響因素較多，裂縫在隧道施工中普遍存在，研究裂縫形成機理非常必要。

2.1 明挖隧道混凝土襯砌裂縫類型

隧道襯砌是承受地層壓力的工程主體建筑結(jié)構(gòu)，地層壓力取決于工程地質(zhì)條件等，與施工方法等因素有關(guān)。地層壓力包括開挖引起松動，凍害影響隧道存在凍脹性壓力等。由于松動壓力作用、溫度收縮應(yīng)力作用等導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。襯砌開裂是隧道病害主要形式，隧道襯砌開裂降低襯砌結(jié)構(gòu)的安全性，危及行車人身安全。隧道襯砌裂縫類型有多種，根據(jù)裂縫走向分為縱橫向裂縫，按產(chǎn)生原因分為干縮溫度裂縫等。隧道混凝土裂縫由于外荷載應(yīng)力引起，鋼混結(jié)構(gòu)施工中產(chǎn)生裂縫原因不同，非結(jié)構(gòu)性裂縫是混凝土變形產(chǎn)生[3]。明挖隧道混凝土施工裂縫包括側(cè)墻豎向裂縫等。隧道側(cè)墻體裂縫寬度為0.1～0.4mm，隧道側(cè)墻是大體積混凝土結(jié)構(gòu)，拆模過早導(dǎo)致裂縫。隧道頂板45°裂縫與板邊相隔1/ 8 處裂縫寬度約0.2～0.4mm。鋼筋砼結(jié)構(gòu)組成部分出現(xiàn)溫度變化導(dǎo)致收縮變形變大[4]。頂板施工后不鋪設(shè)塑料薄膜導(dǎo)致引發(fā)結(jié)構(gòu)性裂縫。大多數(shù)裂縫距離板中1/ 3。

2.2 隧道混凝土裂縫的原因

鋼筋砼構(gòu)件出現(xiàn)受拉裂縫后數(shù)量逐漸增多，由于影響混凝土裂縫因素眾多，裂縫發(fā)生具有隨機性，對其準確分析難度較大，出現(xiàn)不同的計算方法。隧道混凝土裂縫理論包括混凝土線性彈性斷裂力學(xué)等，隧道襯砌開裂機理包括圍巖變形機制、襯砌變形機制等。導(dǎo)致隧道襯砌混凝土裂縫原因復(fù)雜，包括材料收縮變形等原因引起裂縫，施工技術(shù)工藝不當引等因素，導(dǎo)致對到襯砌裂縫因素產(chǎn)生機理不同，實際工程中要采取恰當?shù)闹卫泶胧?/p>

由于圍巖環(huán)境變化施加在襯砌上作用力變化，主要包括膨脹性土壓、溫度應(yīng)力等。混凝土吸收空氣中水分，塑形裂縫大多發(fā)生于澆筑后。在混凝土澆筑后隨著壓力增大造成空隙地基下沉，北方地區(qū)晝夜溫差大，混凝土結(jié)構(gòu)冬季施工地面出現(xiàn)凍土，水泥加入適量水導(dǎo)致混凝土體積變小內(nèi)部出現(xiàn)空隙?；炷僚浔戎惺褂眠^多砂石導(dǎo)致內(nèi)部留有空隙?；炷翑嚢锜崃繜o法揮發(fā)，混凝土凝固中迅速降溫產(chǎn)生裂縫不斷加大。施工工藝與質(zhì)量控制問題包括施工技術(shù)條件限制，混凝土材料檢驗不利，混凝土模板不平等因素。施工未處理好施工縫，施工質(zhì)量問題未處理好出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生主要是施工質(zhì)量等因素。

3 隧道混凝土裂縫處理控制措施

隧道設(shè)計要使線型與當?shù)氐貏萃昝榔ヅ?，達到保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的目的。隧道類型有多種，根據(jù)長度分為長中短隧道，依據(jù)斷面分為大中小斷面形式。公路隧道主體洞身由噴射砼形成，運營中出現(xiàn)襯砌開裂，裂縫產(chǎn)生對襯砌強度造成破壞，隧道規(guī)劃設(shè)計施工中要重視裂縫控制，運營期間產(chǎn)生裂縫影響大，惡劣天氣要加大裂縫檢測次數(shù)，保證不會對隧道安全產(chǎn)生影響。隧道混凝土裂縫需要根據(jù)實際情況采取處理控制措施。

3.1 混凝土裂縫處理方法

隧道裂縫產(chǎn)生原因不同，應(yīng)采取不同的處理辦法。裂縫寬度較大的邊墻采取填充法，細小裂縫采取表面涂抹法。表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入裂縫，用環(huán)氧樹脂漿液涂抹后用水泥進行調(diào)色處理，經(jīng)反復(fù)實驗確定調(diào)和比例。填充法是用修補材料填充裂縫，寬度小于0.3mm深度較淺裂縫，用灌漿法難以達到效果，裂縫可采取開V型槽填充處理。槽內(nèi)騎縫鉆孔＞15cm,填充施工后進行調(diào)色處理。灌漿法施工可適用細微裂縫與大裂縫，沿裂縫鑿10cm×10cm 深5cm 方槽，安裝WDT25 中空注漿錨桿，施工中自下而上逐級注漿，注漿24h 后安裝錨桿墊板，表面用涂抹法進行調(diào)色處理。

3.2 隧道混凝土裂縫預(yù)防措施

隧道施工中要從干縮溫度裂縫等方面預(yù)防裂縫產(chǎn)生，干縮裂縫預(yù)防要選用收縮量較小的水泥，嚴格控制混凝土攪拌與施工中的配合比，適當延長混凝土養(yǎng)護時間，在混凝土配合比設(shè)計中控制好水灰比選用，在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。隧道工程設(shè)計引起混凝土裂縫預(yù)防需要合理留置施工縫等，增配構(gòu)造筋提高抗裂性能，精心設(shè)計混凝土配合比，避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。施工管理引起裂縫預(yù)防需要采用強制式自動計量裝置，混凝土拌制裝置符合要求。采用混凝土運輸車運輸中嚴禁出現(xiàn)離析等問題，卸料前以常速進行二次攪拌。澆筑混凝土前將模板內(nèi)雜物等清除干凈，混凝土澆筑要連續(xù)進行，施工縫處理預(yù)埋適量接插片石。要改進施工技術(shù)采用新施工工藝，混凝土砌模板臺車拆模要在強度超過2.5MPa以上，通過實驗確定時間為18～22h，混凝土內(nèi)外溫差小于25℃則不會出現(xiàn)溫度裂縫。

4 明挖隧道混凝土施工裂縫控制措施

某立交橋工程為明挖隧道長1050m，滲漏現(xiàn)象是地下工程結(jié)構(gòu)通病，項目部重點加強養(yǎng)護工作，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)置變形縫超過底板允許伸縮縫最大間距[5]。采用濕麻袋養(yǎng)護加大養(yǎng)護力度，防止表面干燥過快。針對不同隧道裂縫原因采取不同處理方法，表面涂抹適用于漿材難以灌入無害裂縫，寬度小于0.3mm 裂縫有填充物。灌漿法應(yīng)用范圍廣，鉆孔注入水泥砂漿，注漿24h 后安裝錨桿墊板。隧道施工中要注意溫度裂縫預(yù)防。

明挖隧道混凝土施工裂縫控制要重點控制入模溫度，選擇粉煤灰硅酸鹽水泥等低熱水泥。在混凝土中加入優(yōu)質(zhì)粉煤灰有效改善拌合物流動性，添加劑減水作用提升強度，可以將冷卻水管埋入混凝土降低內(nèi)部溫度[6]。氣溫過高避免采取攪拌運輸車罐體等手段。明挖隧道工程大規(guī)模砼構(gòu)件規(guī)避出現(xiàn)溫度裂縫，各種運作模式間要產(chǎn)生緊密的管理，從減少砼收縮變形等方面采取技術(shù)措施。混凝土在不同施工階段內(nèi)部絕熱溫升不同，混凝土極限拉伸作用因素有多種，干縮裂縫是由于混凝土水分蒸發(fā)程度不同導(dǎo)致，預(yù)防干縮裂縫措施包括注重養(yǎng)護、混凝土攪拌中添加適量減水劑[7]。要選用干縮值較小的硅酸鹽水泥。

明挖隧道混凝土裂縫控制需要注意澆筑時間，鋼筋加工等施工控制。骨料采用二級配比，砂細度模量在2.8～3.0 之間，水泥采用42.5R 低水化熱普通硅酸鹽水泥，主體結(jié)構(gòu)施工在夏季進行，采用冰水拌制混凝土，夜間施工控制入模溫度在28℃內(nèi)。延長混凝土初期固結(jié)時間，降低最高溫度與水灰比。鋼筋加工成型要符合設(shè)計施工規(guī)范要求，鋼筋成型安裝后進行嚴格驗收，保護層厚度不足會造成鋼筋銹蝕，導(dǎo)致混凝土開裂剝離。底板與側(cè)墻混凝土澆筑時間過長，澆筑完底板5～7d 內(nèi)完成側(cè)墻澆筑。混凝土早期養(yǎng)護為保持適宜溫濕條件，防止混凝土表面干縮產(chǎn)生，需在混凝土終凝前進行早期保養(yǎng)，側(cè)墻拆模后采用滿掛麻袋養(yǎng)護。

5 結(jié)語

論述明挖隧道工程混凝土施工裂縫控制的重要性，介紹混凝土結(jié)構(gòu)裂縫類型原因，提出混凝土施工裂縫處理預(yù)防方法?；炷潦┕ぶ谐Ｒ妴栴}是由于溫度應(yīng)力過大導(dǎo)致產(chǎn)生有害裂縫，有效控制溫度變形裂縫是混凝土施工的重點?；炷潦┕ぜ夹g(shù)涉及到施工管理等多方面，需要建設(shè)設(shè)計施工單位等綜合管理科學(xué)組織?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫會引起鋼筋銹蝕，要對砼裂縫進行深入研究，應(yīng)把控混凝土澆筑工作連續(xù)性，結(jié)構(gòu)裂縫控制可從隧道分節(jié)施工長度等手段進行控制，保證建筑物施工質(zhì)量安全。