隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治

[摘 要]在隧道施工过程中，二次衬砌混凝土裂缝成为带有一定普遍性的质量问题。针对混凝土裂缝产生的原因，本文简单提出裂缝的预防和治理方法。

[关键词]隧道 衬砌 裂缝 成因 防治

中图分类号：[u25] 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）12-0126-02

随着高速公路的发展，隧道工程所占的比例逐步增大。混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观，还给工程质量留下了隐患。 1.裂缝的类型 1.1 干缩裂缝

混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失，使混凝土中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干缩裂缝。影响混凝土干缩裂缝的因素主要有：水泥品种、用量及水灰比，骨料的大小和级配，外加剂品种和掺量。 1.2 温度裂缝

水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关。 1.3 荷载变形裂缝

仰拱和边墙基础的虚碴未清理干净，混凝土浇筑后，基底产生不均匀沉降；模板台车或堵头板没有固定牢固，以及过早脱模，或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝。 1.4 施工缝（接茬缝）

施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间，继续浇筑混凝土时，原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，也没有铺水泥砂浆垫层，就在原混凝土表面浇筑混凝土，致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。

2.裂缝形成的原因分析 2.1 施工工艺或现场操作不规范

a.隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重不均匀；欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土厚度不足。个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空现象。

b.未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。 c.混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。

d.采用整体式钢模板台车施工，混凝土浇筑时不振捣或漏振，混凝土均质性差。

e.盲目追求施工进度，随意提前脱模时间，使低强度混凝土过量承受荷载，破坏了混凝土结构。脱模后没有进行混凝土的潮湿养护。 f.夏季施工时砂、石料露天堆放，无切实有效的降温措施，混凝土入模温度高。冬期施工时采取的防寒保温措施不力。 2.2 原材料质量差、配合比设计不合理

水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。

进行配合比设计时，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的效果。

3.混凝土裂缝的治理 3.1 细微裂缝

隧道衬砌混凝土表面常出现一些没有扩展性的细微裂缝，这种裂缝是稳定的，一般可自愈，不会影响结构的使用和耐久性。从美观考虑，可先清洗干净裂缝表面，然后涂刷环氧树脂浆液二至三遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周围衬砌混凝土颜色一致。

环氧树脂浆液配比，环氧树脂：501稀释剂：二甲苯：乙二胺=1：0.2：0.35：0.08。刮抹料配比，水泥：细砂：水=1：2：0.35。调色料配比，水泥：白水泥：107胶=5；3：1。施工时应经试验确定。 3.2 贯通性裂缝

贯通性裂缝的危害较大，必须采取有效的治理方法。沿裂缝方向凿成宽5cm、深3cm的v形槽，在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔，孔深为衬砌厚度的1/2或2/3，一般不少于15cm，并不得穿透衬砌以防跑浆。用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘，在孔内插入φ10的压浆管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂浆压实抹光。环氧树脂砂浆配比，环氧树脂：水泥：细砂：乙二胺：二丁酯=1：1.6：3.2：0.1：0.12，其中乙二胺是固化剂，二丁酯是稀释剂。待环氧树脂砂浆有一定的强度后，以0.15mpa～0.2mpa压力压入水泥-水玻璃浆液或环氧树脂浆液。压浆结束后在0.2mpa压力下压水检查压浆效果。裂缝表面用刮抹料和调色料处理。 3.3 密集裂缝

衬砌背后有空洞或衬砌厚度不足引起的密集裂缝，必须进行防水和地层加固处理。沿裂缝两侧每隔1.2m～1.5m交错布点，凿成10cm×10cm大小深5cm的方槽，用风动凿岩机钻孔，孔深3m，安装wdt25中空注浆锚杆，注入水泥砂浆，灰砂比1：（3～5），水灰比1：1，施工时由下往上逐级注浆，注浆压力以0.4mpa～0.6mpa为宜。注浆结束后，另凿新孔在0.6mpa～1.0mpa压力下压入纯水泥浆检查注浆效果，当达到规定压力而砂浆压不进时，即认为已经注满。 4.预防或缓解混凝土裂缝的措施 4.1 提高设计精度

加强工程前期地质工作，为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探资料，提高设计的质量。

4.2 把好材料进场关，严格控制原材料的质量和技术标准。 4.2.1 水泥

施工现场多使用普通硅酸盐水泥，但应尽量减少单位水泥用量。 4.2.2 碎石

根据泵送管路的内径，尽可能选用较大粒径的碎石。严格控制含泥量，粒径以5～31.5mm为宜，最大不超过40mm。 4.2.3 砂

采用级配良好的中砂，细度模数应为3.0～2.3，粒径小于0.315mm的颗粒含量所占比例宜为15～20%，严格控制含泥量在3%以内。为方便混凝土的运输、泵送和浇筑，砂率取35%～45%。 4.2.4 水

最好选用饮用水。水灰比越大，混凝土的干燥收缩越大。严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。施工中水灰比在0.45～0.55之间，混凝土入泵塌落度控制在（12±2）cm。 4.2.5 掺合料

对强度等级c25以下的混凝土，粉煤灰掺量一般为水泥用量的10%～15%，膨胀剂掺量为水泥用量的8%～12%，具体掺量需经试验确定。

a.粉煤灰比表面积小，需水量低，不仅能有效降低混凝土的干燥收缩值，还可以改善混凝土的流动性、粘聚性和保水性。在水泥中掺入原状或磨细粉煤灰后，可以降低混凝土中水泥的水化热，推迟水化热峰值的出现，减少绝热条件下的温升，有利于控制温度裂缝

的产生。

b.掺加适量的膨胀剂可以补偿混凝土的收缩，增加密实度，提高混凝土防渗抗裂能力。 4.2.6 外加剂

高效减水剂能够有效减少拌合用水，降低水化热，延缓水化热释放速度，从而减少温度裂缝，但掺量过多，会引起混凝土的肿胀和开裂。施工时必须慎重选择外加剂的品种和掺量。 4.3 严格混凝土施工工艺

a.提高钻眼技术水平，优化钻爆参数，提高光面爆破效果，加强隧道开挖断面检测，严格控制超欠挖，为衬砌施工创造良好的条件。 b.二次衬砌施作时间，应在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。当围岩变形较大、流变特性明显，需提前进行二次衬砌时，必须对初期支护或衬砌结构进行加强。 c.混凝土的拌合

①严格按施工配料单计量，定期检查校正计量装置。加强砂石料含水率检测，及时调整拌合用水量。

②控制混凝土的入模温度。夏季施工时，当气温高于32℃时，砂石料、搅拌机应搭设遮阳棚，用冷水冲洗碎石降温。尽量安排在夜间浇筑混凝土。 d.混凝土的灌注

①混凝土在运输和泵送过程中严禁加水。

②适当放慢灌注速度，两侧边墙对称分层灌注，到墙、拱交界处

停1h～1.5h，待边墙混凝土下沉稳定后，再灌注拱部混凝土。 ③混凝土灌注过程中必须振捣，提高混凝土的密实度和均质性，减少内部微裂缝和气孔，提高抗裂性。 e.混凝土的脱模、养护

①混凝土拆模时的强度必须符合设计或规范要求。

②传统的混凝土洒水养护方法，洒水不均匀，使混凝土早期强度得不到保证。建议使用喷涂混凝土养护液的方法进行养护。 结语

以上技术措施通过在工程实践中运用，大大减少了裂缝的出现，保证了施工质量，提高了隧道的安全性。