本人参与金丽温输气管道工程金华—武义试验段隧道工程混凝土二期衬砌施工,混凝土的大体积浇筑面临的一大问题就是出现裂缝,裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,本文对试验段隧道混凝土施工工程中实际产生的裂缝问题进行了探讨分析,并针对具体情况提出了一些预防、处理措施。
1.工程概况
金丽温输气管道工程金华—武义试验段隧道工程共有七座隧道,四条隧道已完成管道安装,隧道断面为3.0m×3.0m城门型硐室。隧道IV级围岩段为素混凝土二期衬砌,墙拱混凝土厚度为25cm,底板混凝土厚度为20cm;V级围岩段为钢筋混凝土二期衬砌,墙拱钢筋混凝土厚度为25cm,底板钢筋混凝土厚度为20cm,V级洞口加强段为钢筋混凝土二期衬砌,墙拱钢筋混凝土厚度为30cm,底板钢筋混凝土厚度为20cm。
本工程隧道其中前三座均在2013年4月份完成混凝土衬砌施工,混凝土全部采用商品混凝土。第四座隧道于2013年7月份完成混凝土衬砌施工,由于地理交通等客观条件限制,采用自拌混凝土。在管道方完成管道安装后交还给隧道方时,检查隧道内发现存在部分裂缝。
2.各隧道主要裂缝描述2.2 第二座隧道 典型裂缝分布桩号主要有:
1)桩号K0+029m处隧道拱顶施工缝处,有沿着施工缝呈环形裂缝个别纵向开裂,长度8.3m,裂缝宽度0~1.3mm,表面浸润,无滴水,缝口在周边有白色晶状钙化物。
2桩号k0+061处拱顶施工缝附近,存在裂缝呈不规则形状沿施工缝两侧裂开,长度6.4m,裂缝宽度0.1~1.3mm,无渗水。
3)桩号K0+097m处边墙不规则裂缝,沿隧道横向至拱顶,长度3.5m,裂缝宽度0.1-0.8mm,无渗水情况。
4)桩号K0+099-104m处起拱处纵向裂缝,长度5.2m,裂缝宽度0.1-0.5mm,无渗水。
5)桩号K0+110m处底板横向断裂,沿支墩边横向开裂贯穿底板,长度3m,裂缝宽度0.1-1mm,无渗水。
2.3第三座隧道
典型裂缝分布桩号主要有:
1) 桩号K0+020m处隧道拱顶施工缝处,有沿着施工缝呈环形裂缝个别纵向开裂,长度4.7m,裂缝宽度0~1.0mm,表面浸润,无滴水,缝口在周边有白色晶状钙化物。
2) 桩号k0+056m处拱頂施工缝附近,存在裂缝呈不规则形状沿施工缝两侧裂开,长度2.1m,裂缝宽度0.1~1.3mm,表面浸润,无滴水。
3)桩号K0+97m处边墙不规则裂缝,长度1.3m,裂缝宽度0.1-0.6mm,无渗水情况。
4)桩号K0+108m处底板横向断裂,与横断面交角约10°,长度3.1m,裂缝宽度0.1-1mm,无渗水。
2.4 第四座隧道
典型裂缝分布桩号主要有:
1)桩号K0+037~040m边墙上底板高程+1.4米处纵向裂缝,长度3.2m,裂缝宽度0.1~0.5mm,无渗水。
2)桩号k0+065处拱顶施工缝附近,存在裂缝,呈不规则形状沿施工缝两侧裂开,长度4.4m,裂缝宽度0.1~1.5mm,有渗水,无滴水。
3)桩号K0+100m处边墙不规则裂缝,沿隧道环向一周,长度8.5m,裂缝宽度0.1~1.4mm,无渗水情况。
4)桩号K0+107m处起拱横向裂缝至拱顶后沿纵向延伸,长度7.6m,裂缝宽度0.1~1.7mm,渗水量较大,有2处滴水。
5)桩号K0+112m处底板横向断裂,开裂贯穿底板,长度3m,裂缝宽度0.1~1mm,无渗水。
3.裂缝产生的成因分析
从裂缝产生的原因上分析,一般可以分为由荷载(包括结构自重、预应力和活载等)引起的裂缝和由变形(包括混凝土的收缩、徐变,模板的变形及温差等)受到约束引起的裂缝。混凝土材料的诸多特性及特有的施工工艺,决定了混凝土结构物产生裂缝往往是多种原因(如材料构成、结构构造、施工工艺、环境条件等)共同作用的结果,通过对上述六类裂缝的初步分析,可以发现裂缝出现的位置、方向等方面有较明显的规律性。
1)经调查,所有隧道洞口加强段及V级围岩段为钢筋混凝土的区域内除施工缝外未发现裂缝。出现裂缝的部位均为素混凝土段,素混凝土抗折能力差,易出现裂缝。
2)环向裂缝极大多数分部在两仓模板接缝处,沉降缝设置为30~50m一条,施工时分仓长度为12.8m,易造成施工缝处出现沉降、错台产生裂缝。
3)隧道浇筑时,为冬末春初,温度较低,浇筑完成后养护环境条件不理想,加之隧道长度普遍不长,洞内温度受外界气温影响达不到通常的隧道恒温,致使混凝土面由于温度收缩及干燥收缩产生的开裂,主要为上述随机方向开裂的小裂缝。
4)隧道开挖时局部区域超挖严重,导致衬砌完成后混凝土面局部受力不均匀,产生局部地区的裂缝。
5) 二期衬砌施工过程中因堵管等意外因素,导致浇筑不连贯,局部超过混凝土初凝时间的可能,或形成施工冷缝。
6)隧道二衬设计未设排水孔,山体内部孔隙水发育,也可能造成局部区域水压力累积,致混凝土产生裂缝并渗水。
7)隧道Ⅳ类衬砌段底板无配筋,管道安装完毕后,对支墩加载极大的荷载,使支墩产生不均匀沉降,拉裂底板造成支墩边底板裂开。
4.裂缝处理措施
针对以上每条隧道的典型裂缝,对裂缝进行标记,项目部购买和使用40倍读数显微镜对每一条裂缝进行宽度定期检查并记录和分析,对其他裂缝预先进行处理。
(1) 混合水泥涂刷工艺
对于微小裂缝,采用黑水泥混合白水泥对裂缝进行粉刷,待水泥初凝后,用砂紙打磨平整。
(2)封闭裂缝处理工艺
a.将裂缝沿裂缝方向分成小段,并用切割机将缝锯成小槽。
b.清洗小槽(如裂缝渗水,在槽内反扣一段线槽将水沿槽排如洞内排水沟)。 c.在小槽内及两侧涂环氧胶液(如裂缝渗水,则在槽内反扣一段线槽将水沿槽排入洞内排水沟,并在槽内涂上黑白混合水泥)。
d.采用根据现场温度配制的环氧胶泥填充小槽,并压实抹平。 e.待环氧胶泥固化后,局部表面不平顺的,采用砂纸打磨平整。 (3)裂缝灌浆处理工艺 a.清洗裂缝。 b.布置压浆嘴。 c.用胶带封闭裂缝。 d.在裂缝表面涂环氧胶液。
e.用环氧胶泥封闭裂缝表面及压浆嘴四周。 f.检查裂缝封闭情况。 g.检查灌浆设备的气密情况。 h.根据现场温度定量配制环氧胶液。 i.灌浆。
j.灌浆结束后,立即撤除管道。
k.待环氧胶液固化后,拆除压浆嘴,并用环氧胶泥封闭。 l.环氧胶泥固化后,局部表面不平顺的,采用砂纸打磨平整。 5.裂缝的预防 (1)、混凝土材料
尽量采用低水化热的混凝土,衬砌厚度一般在25-30cm左右,是比较薄的,效果不是很显著,但是由于开挖过程中地质情况造成的超挖,衬砌完成后水化热还是比较明显的,应该根据现场实际情况,考虑是否添加具有延缓水化热发生速度的效果,来控制水化热造成的温度上升速度和上升量。
(2)、混凝土配比
混凝土的发热量与单位水泥量成正比,单位用水量小,干燥收缩量也会降低,尽可能的降低单位用水量和单位水泥用量来确定配合比。
(3)、混凝土保养
相比建筑施工的混凝土而言,隧洞内温度较高,相对湿度也比较高,对于混凝土养护基本无需花费特定人力,但是如果隧道贯通后,隧道内通风致使洞外冷缝灌入隧道,随洞外温差改变造成的干缩开裂,因此在隧道两侧洞口设置防风板等阻挡洞内外空气流通。
(4)、掺入纤维补强
为了控制开裂的宽度应采用耐腐蚀好的钢纤维、尼龙纤维、碳纤维等短纤维混入混凝土中,加强砼的自身抗裂强度
(5)合理的分缝
根据现场的实际情况和设计的要求,对二期衬砌砼进行分缝,在岩层分界处、超挖较大区域等设置合理安排分缝。
参考文献:
1 钢筋混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社,1999.2. 2 鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土,2002. 5.
3 郭仕万,肖欣,赵和平.混凝土施工中的裂缝控制.山西水利科技,2000.11. 4 鞠丽艳,张雄.混凝土裂缝防治的两种新方法.施工技术,2002. 7. 5.关宝树,隧道工程施工要点集.人民交通出版社2011.7
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