談隧道工程混凝土裂縫原因及預(yù)防

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摘要：在隧道工程施工過程中出現(xiàn)的二次襯砌水泥混凝土裂縫是具有一定普遍性的品質(zhì)缺陷。文章對在隧道工程施工過程中出現(xiàn)的二次襯砌水泥混凝土裂縫的主要原因，指出二次襯砌水泥混凝土裂縫的防止和整治方法，對提升二次襯砌水泥混凝土襯砌現(xiàn)場作業(yè)水平有積極的借鑒參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：隧道工程作業(yè)；水泥混凝土開裂；原因研究；預(yù)防

引言

伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)高速穩(wěn)定的發(fā)展，新修公鐵路橋梁隨之大幅度增加，隧道工程在道橋施工項(xiàng)目中所占的比例逐漸提升。隧道工程中二次襯砌作業(yè)常規(guī)來講使用一體式鋼質(zhì)模板過跨平車、泵送水泥混凝土作業(yè)解決方案，但水泥混凝土在自然發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中出現(xiàn)的縫隙不但影響了外觀的觀賞度，還為工程質(zhì)量埋下了巨大的安全隱患。現(xiàn)場作業(yè)過程中需要采用適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)操作解決方案，用來把控和降低水泥混凝土中縫隙的數(shù)量與程度。文章研究了水泥混凝土縫隙出現(xiàn)的原因，指出了規(guī)避縫隙出現(xiàn)的相關(guān)解決方案措施，并且介紹了若干種比較常規(guī)的縫隙整治處理方案。

1隧道工程水泥混凝土縫隙的種類

隧道工程襯砌水泥混凝土縫隙種類一般分為如下幾種：干燥收縮縫隙、溫度變化縫隙、外界應(yīng)力作用導(dǎo)致的變形縫隙、作業(yè)預(yù)留伸縮縫隙沒能正確處置引起的接續(xù)縫隙等等。

1.1隧道工程水泥混凝土干燥收縮縫隙

水泥混凝土在固化進(jìn)程中，內(nèi)部水分漸漸被蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥混凝土中的凝固膠體體積收縮，發(fā)生變形，因?yàn)槠渫庑问艿絿鷰r和模具板的阻礙，隨之產(chǎn)生內(nèi)部的變形應(yīng)力，應(yīng)力作用數(shù)值一旦超過了水泥混凝土的抗拉力限度，就會產(chǎn)生干燥收縮縫隙。干燥收縮縫隙多發(fā)生在工程表面，分布呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)。

1.2隧道工程水泥混凝土溫度變化產(chǎn)生的縫隙

水泥混凝土水化反應(yīng)過程中將會放出大量的熱能，在水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表層之間會因?yàn)闇囟忍荻冗M(jìn)而產(chǎn)生載荷，當(dāng)溫度發(fā)生變化所產(chǎn)生的載荷大于水泥混凝土內(nèi)部和外部的限制應(yīng)力的同時(shí)，便會發(fā)生溫度變化縫隙?？p隙的寬度一般來說在冬季比較大，在夏季比較小。

1.3隧道工程水泥混凝土作業(yè)縫隙（接茬縫隙）

在現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)程中因?yàn)橥ｋ?、設(shè)備發(fā)生故障等因素使得水泥混凝土灌注間斷時(shí)間大于水泥混凝土的初始凝固時(shí)間，后續(xù)在灌注水泥混凝土的時(shí)候，原先的水泥混凝土基層外表面沒能實(shí)行鑿毛作業(yè)，或鑿毛作業(yè)以后沒能用水沖刷潔凈，同時(shí)也沒有鋪設(shè)水泥混凝土砂漿基層，就在原有水泥混凝土表層灌注水泥混凝土，導(dǎo)致新、老水泥混凝土接縫之間產(chǎn)生縫隙。

2隧道工程水泥混凝土縫隙產(chǎn)生的成因研究

水泥混凝土縫隙產(chǎn)生的原因相當(dāng)復(fù)雜，一般是由許多種有害因素結(jié)合施加混合之后的結(jié)果。根據(jù)相關(guān)資料顯示，由于作業(yè)不合規(guī)導(dǎo)致的水泥混凝土縫隙大約占80%左右，隧道工程建筑原材料品質(zhì)差或者各原材料混合配例不合適導(dǎo)致的縫隙大約占15%左右，因?yàn)槔碚撛O(shè)計(jì)疏漏導(dǎo)致的縫隙大約占5%左右。

2.1隧道工程理論設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，施工、監(jiān)理相關(guān)企業(yè)工作態(tài)度不認(rèn)真不敬業(yè)

因?yàn)樵S多方面的因素，相關(guān)勘測理論設(shè)計(jì)企業(yè)不能深層次地展開施工現(xiàn)場地質(zhì)勘探作業(yè)，隧道工程圍巖種類評估和支撐保護(hù)構(gòu)造理論設(shè)計(jì)缺少科學(xué)合理的根據(jù)，存在一定的盲目性。某些施工建設(shè)企業(yè)受限于本身管控與專業(yè)解決方案技術(shù)能力的制約，隨意更改原理論施工方案。一小部分隧道工程是由甲方的內(nèi)部相關(guān)工作人員構(gòu)成監(jiān)理組織架構(gòu)，導(dǎo)致監(jiān)理程序喪失了獨(dú)立性和客觀性。近些年來伴隨著建筑工程行業(yè)越來越規(guī)范，上述這些問題將會逐漸得以妥善解決。

2.2隧道工程施工工藝流程或者現(xiàn)場作業(yè)不合規(guī)

（1）隧道工程挖掘成型效果不良，襯砌水泥混凝土壁厚非常不均勻；欠挖或者早期支撐保護(hù)滲入襯砌層限界內(nèi)，導(dǎo)致隧道工程襯砌水泥混凝土壁厚不夠。少數(shù)隧道工程襯砌水泥混凝土背后可能存在鏤空現(xiàn)象。（2）沒有展開監(jiān)控測量作業(yè)，僅僅依靠過往相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)來敲定二次襯砌層的作業(yè)時(shí)間，導(dǎo)致安全穩(wěn)定性差，致使二次襯砌層超出理論設(shè)計(jì)應(yīng)力可以承載的圍巖層壓力。（3）使用一體式鋼質(zhì)模板臺車作業(yè)時(shí)，水泥混凝土灌注時(shí)不攪拌或者漏振，水泥混凝土均勻性較差。

3水泥混凝土縫隙的整治

水泥混凝土屬于多種建筑原材料構(gòu)成的脆性材料，縫隙的產(chǎn)生是客觀必然的。作為相關(guān)施工企業(yè)需要強(qiáng)化襯砌層水泥混凝土的作業(yè)管控，規(guī)避或者降低水泥混凝土縫隙的產(chǎn)生。關(guān)于已經(jīng)產(chǎn)生的縫隙，需要深層次研究其主要原因，區(qū)分是有害縫隙還是無害縫隙，并且針對有害縫隙實(shí)行適當(dāng)?shù)奶幹茫柚箍p隙繼續(xù)擴(kuò)大，進(jìn)而影響襯砌層構(gòu)造的穩(wěn)定性。3.1水泥混凝土細(xì)小縫隙隧道工程襯砌層水泥混凝土表層經(jīng)常會產(chǎn)生一些不具備延展性的細(xì)小縫隙，此類縫隙通常是穩(wěn)定的，一般情況下能夠自愈，不能影響主體構(gòu)造的日常使用與耐久性。從美觀層面考慮，可事先沖洗清潔縫隙表面，隨后涂抹環(huán)氧樹脂漿液2～3遍，最后使用刮抹涂料、調(diào)色涂料處置水泥混凝土表層，使其外觀顏色和周邊襯砌層水泥混凝土顏色相同。

3.2水泥混凝土貫穿性縫隙

貫穿性裂縫（見圖1）的危害性很大，需要采用行之有效的處理方法。用清水沖洗雜物，插入壓漿管，利用砂漿錨固，用灰刀抹光。

4防止或者延緩隧道工程使用水泥混凝土產(chǎn)生縫隙的工藝方法

4.1提升隧道工程施工作業(yè)精度

提升隧道工程早期地質(zhì)勘探準(zhǔn)備工作質(zhì)量，為施工工藝提供詳細(xì)的隧道工程地質(zhì)勘探、水文地形勘探等相關(guān)技術(shù)資料，大幅提升隧道工程施工的質(zhì)量。

4.2嚴(yán)格把控優(yōu)質(zhì)原材料進(jìn)場這一關(guān)，嚴(yán)格管控隧道工程原材料的品質(zhì)與相關(guān)技術(shù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

（1）隧道工程使用水泥混凝土隧道工程作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)該盡可能的應(yīng)用普通硅酸鹽水泥混凝土，但是應(yīng)該盡可能降低單位水泥混凝土的使用數(shù)量。各種各樣不同品牌、不同型號規(guī)格、不同生產(chǎn)批次的水泥混凝土絕對不允許在一起混合使用。（2）隧道工程使用碎石原材料依據(jù)泵送管路內(nèi)壁的直徑，應(yīng)該盡量使用直徑比較大的粒徑碎石。嚴(yán)格管控含泥量小于等于1%，針型和片狀物含量小于等于15%的粒徑。以5～31.5mm為最佳參數(shù)范圍，最大值不應(yīng)該超過40mm。（3）隧道工程砂石原材料使用級別優(yōu)良的中等品質(zhì)的砂石，細(xì)度模數(shù)應(yīng)該在3.0～2.3范圍內(nèi)，顆粒直徑＜0.315mm的顆粒含量所占比例最佳是占15～20%。（4）隧道工程使用水質(zhì)最佳方式是使用城鎮(zhèn)居民日常生活的飲用水。當(dāng)使用其他類型的水源時(shí)，應(yīng)該按照國家現(xiàn)在正在執(zhí)行的《水泥混凝土攪拌混合用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）里面的相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，pH數(shù)值應(yīng)該＞4。水和石灰比例數(shù)值越大，隧道工程施工所用水泥混凝土的干燥性收縮率就越大。

4.3嚴(yán)格控制水泥混凝土作業(yè)方案

（1）提升打孔工藝手段，提升鉆孔系數(shù)指標(biāo)，提升光潔表面爆燃效果，強(qiáng)化隧道工程挖掘剖面檢驗(yàn)，嚴(yán)格管控超級欠挖工藝水平，為隧道工程襯砌作業(yè)創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)場工作條件。（2）隧道工程水泥混凝土二次襯砌作業(yè)周期，應(yīng)當(dāng)在圍巖層與初始階段支撐防護(hù)形變基本趨于穩(wěn)固時(shí)實(shí)行。當(dāng)圍巖層形變非常明顯、流變特征變化顯著，需要提前實(shí)行二次襯砌的時(shí)候，一定要對初始階段支撐防護(hù)或者襯砌結(jié)構(gòu)采取強(qiáng)化手段。（3）水泥混凝土的攪拌與混合。a.作業(yè)原材料嚴(yán)格按一定比例進(jìn)行計(jì)量，定期監(jiān)測校正計(jì)量設(shè)備。提升砂石原材料含水比例的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)優(yōu)化水泥混凝土攪拌混合的用水量。b.管控水泥混凝土入模時(shí)的溫度。在暑期作業(yè)時(shí)，當(dāng)溫度＞+32℃時(shí)，砂石原材料、攪拌設(shè)備應(yīng)該搭建遮陽棚，使用涼水清洗碎石原材料使其溫度降低。盡可能安排在晚間灌注水泥混凝土。（4）水泥混凝土的澆筑施工工藝。a.水泥混凝土在輸送與泵送進(jìn)程中嚴(yán)格禁止注水。b.逐漸減緩水泥混凝土的澆筑頻率，兩端的邊緣墻體進(jìn)行對稱分層澆筑，到墻、拱交界處停止1小時(shí)至1.5小時(shí)，等到邊緣墻體水泥混凝土在下沉穩(wěn)固以后，再進(jìn)行澆筑拱形區(qū)域的水泥混凝土。

5結(jié)束語

施工現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)察測量與數(shù)據(jù)化作業(yè)管控，施工現(xiàn)場監(jiān)察測量是監(jiān)測作業(yè)中圍巖可靠性，校核理論設(shè)計(jì)和現(xiàn)場作業(yè)是否采用科學(xué)適當(dāng)?shù)年P(guān)鍵及主要解決方案，做好監(jiān)察測量并實(shí)時(shí)將測量捕捉到的數(shù)據(jù)反應(yīng)到理論設(shè)計(jì)與現(xiàn)場施工中去，這樣可以及時(shí)掌握圍巖與支撐保護(hù)在現(xiàn)場作業(yè)過程中的應(yīng)力動態(tài)和平穩(wěn)固定程度，以此確保現(xiàn)場作業(yè)的施工安全性。

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作者：張鵬 劉洋 單位：中交一公局第七工程有限公司