浅谈水工隧洞混凝土表面裂缝的防治措施

张永平

[摘  要]水工隧洞是在水环境下运行的，对混凝土的要求很高，不但要有不同程度长期抗腐蚀的要求，还要承受围岩与外水的压力，抗渗性性和耐久性的要求也比较高。水工隧洞混凝土施工中存在的问题很多，其中混凝土表面裂缝是施工中的常见问题。如何预防和控制水工隧洞施工中的混凝土表面裂缝，成了我们需要探讨的问题。
[关键词] 水工隧洞    混凝土表面裂缝    防治措施
水工隧洞是在水环境下运行的，对混凝土的要求很高，不但要有不同程度长期抗腐蚀的要求，还要承受围岩与外水的压力，抗渗性性和耐久性的要求也比较高。水工隧洞混凝土施工中存在的问题很多，其中混凝土表面裂缝是施工中的常见问题。如何预防和控制水工隧洞施工中的混凝土表面裂缝，成了我们需要探讨的问题。
1）混凝土表面裂缝产生的原因和影响
混凝土表面裂缝是指那种在混凝土表面的裂缝，开裂不深，同时出现多条，且走向无明显规律的，呈现闭合状态或者略微张开的状况的缝隙较小的裂缝。通常这种表面裂缝早期不会产生渗漏，对于早期的混凝土结构的稳定性没有什么影响，但是会影响结构的耐久性，会使钢筋迅速锈化，降低混凝土结构的抗冻性并最终破坏结构稳定。水工隧洞施工、运行环境的复杂性造成了混凝土表面产生裂缝的多样性。根据裂缝产生的原因可以分为以下几种裂缝：
2）温度差造成的收缩裂缝
在中小型的水工隧洞施工中，由于施工通风和降温条件较差，投入较少，大多数的隧洞施工又是处在地层的较深位置，水泥的水化热特性，使得温升很大，就算是在冬天施工，水工隧洞洞内的温度也相对较高，水份的蒸发冷凝比较快，而一般的施工都只对混凝土的表面进行养护，而没有从根本上投入设施来解决混凝土内的散热问题和施工现场的不同环境的影响而产生的混凝土表面的温度差收缩裂缝。在隧洞施工过程中，此种原因造成的混凝土表面裂缝的现象最多。
3）工程外部围岩的应力效应产生的裂缝
水工隧洞施工安排，一般工期都比较紧，而因开挖成洞条件较差的原因，不得不对衬砌混凝土进行施工，所以混凝土的质量难以保证；又因为受作业内容的限制，混凝土养护工作质量较差，所以混凝土也很难达到工作设计中的龄期强度。对这种水工隧洞的施工，开挖的支护作业都是短距离的循环进行，在不能准确地对围岩类别进行判断的情况下，如果采取不当的锚固支护，很容易造成围岩应力的多重分布，使隧洞形状变形甚至恶化。此时由于衬彻的混凝土承担了部分或者全部的支护作用，就不可避免地出现由于围岩外部应力的作用而产生的混凝土表面裂缝。这类裂缝往往对隧洞的破坏比较严重。
4）地质、水文条件发生变化所引起的结构性变形裂缝
水电行业的迅速发展，使得水工隧洞的地质和水文状况更加复杂，变化也难以把握。工程前期，由于建设资金对投入不够，对施工地区的地质和水文等资料掌握不够，工程设计人员很难掌握施工现场地质等状况的变化，只能根据已有的地质资料对水工隧洞进行设计作业；而施工单位，在抢工期的情况下，对已经发生变化的地质条件，不进行分析研究，就直接按图索骥，根据地质情况变化前所设计的图指进行施工，在变化了的地质条件下采用不适当的结构，从而导致水工隧洞混凝土衬砌结构不合理而产生混凝土表面裂缝。
如何预防水工隧洞混凝土表面产生裂缝：
1）增加对水工隧洞施工的资金投入：
一些水电工程项目的投资方，为了追求经济利益，很多项目在关键环节的投入量不足，而水工隧洞工程资金投入的多少跟预防和解决混凝土表面裂缝的问题是息息相关的。由于投资方的资金投入不足，造成工程地质研究资料不够具体，使设计师无法获得真实情况并根据隧洞的环境对防裂缝等问题进行预防；同时，对设计报酬的压低，在无形之中降低了其设计工作的质量，设计内容不能满足客观条件的变化。投资方在签定工程合同的时候，也只强调工程的结果，对于施工中的隐患问题却很少进行充足的预算考虑；以及施工单位在水工隧洞施工过程中，减少人员和设备的投入，从而降低了工程质量，也很少对水工隧洞施工中可能产生的裂缝采取预防措施。
2）建立系统反馈机制：
水工隧洞混凝土施工的现场状况变化较大，而设计师无法对现场状况进行全面掌握，这就需要在水工隧洞混凝土施工过程中，加强信息的管理和反馈，建立相关的工程建设信息运作系统，以便参建人员做出符合工程施工客观规律的决策和判断。通过信息的控制和信息的交流，收集并积累相关的工程经验，通过不断沟通商讨，对水工隧洞混凝土施工中的混凝土表面裂缝问题进行预防和控制。
3）对施工现场进行控制：
1、对施工中的建筑材料严格把关，使用符合要求和规定的建筑材料。裂缝的产生，建筑材料和半成品的质量也有一定的影响。例如：水泥质量较差、石料质量差、以及混凝土的配合比例不恰当。选择能降低混凝土水化热的高品质水泥。选择适当的添加剂，以加强混凝土的强度和防腐蚀性，并采取各种方式降混凝土的水化热效应。
2、在水工隧洞混凝土施工过程中，根据地质条件的变化，及时调整和确定一套有效的施工方案。
3、设计人员要根据技施阶段变化后的地质和水文条件，及时对水工隧洞混凝土施工的施工设计方案进行变更调整，对于隧洞开挖的支护方法进行详细地说明，设计合理的混凝土浇筑成型方案；设计应采取一切有效的手段，加固围岩和维持围岩的稳定，围岩是承载内外水压等荷载的主体，在设计中应充分利用和发挥围岩的承载能力和作用。
4、工程监督管理人员，应及时掌握水工隧洞混凝土施工现场的具体情况，对施工中的各个环节进行有效控制，及明解决施工中的质量问题，完善监理的信息管理工作。
5、水工隧洞施工过程的控制
(1)在隧洞开挖施工中，控制开挖过程中对岩体产生的震动，以防止对已经成型的水工隧洞的混凝土的扰动破坏；同时，避免对围岩的过多破坏，及时采取措施，对隧洞塌方进行回填加固。
(2)加强隧洞开挖的作业过程中，隧洞内的通风条件和排水条件，以便于降低隧洞中的温度，加快混凝土的降温。
(3) 衬砌混凝土的回填灌浆，要严格按照设计要求进行施工。因为由于开挖面的层次不齐，局部地区喷混凝土的厚度还不够，可能形成灌浆和喷混凝土与围岩岩面的结合不密实。塌方部位的封堵填充、灌浆不到位，密封结合不完全，也会影响支护体、衬砌混凝土以及岩面之间的共同作用。
(4) 注重消除开挖围岩二次或者三次应力重新分产生的作用，降低围岩应力对衬砌混凝土的破坏和影响。
(5)注意混凝土的浇筑振捣的均匀性和密实性，以防上施工中出现漏振或者形成水泥砂浆分离层。
(6) 对于地下水较丰富的施工洞段，要求在二衬浇筑前必须对地下水进行治理，采取妥善的封堵方式和排水措施。
结语：
水工隧洞混凝土施工中的混凝土表面裂缝问题是不可避免的，形成的原因是错综复杂的，本文通过对各种裂缝的成因进行分析，探索预防混凝土表面裂缝的措施。从而减少水工隧洞施工的混凝土表面裂缝的问题，有效提高工程的施工质量。
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