襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及處理方法地下輸水隧洞特別是有壓隧洞是我國水利水電工程建設(shè)中常有的施工項(xiàng)目，但隧洞襯砌混凝土產(chǎn)生的裂縫不僅會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)，影響隧洞的使用壽命，處理時(shí)費(fèi)工費(fèi)時(shí)增加成本，增加工期，所以如何判斷裂縫產(chǎn)生的原因并采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▽?duì)于此類項(xiàng)目有重要意義。一、概述汾河一庫至汾河二庫一號(hào)二號(hào)洞位于山西省古交市西北36公里處，總長2360m，為有壓輸水遂洞，設(shè)計(jì)開挖斷面為圓形，直徑D=4.20m，砼襯砌厚度40cm，襯砌后洞徑3.80m，由于施工需要，隧洞開挖時(shí)斷面形成馬蹄形，并設(shè)置了間距為100m的倒車洞。

隧洞地質(zhì)條件良好：多為白云巖白云質(zhì)灰?guī)r屬于II、III類圍巖，無重大地質(zhì)構(gòu)造，地下水不發(fā)育。

砼澆筑前清基發(fā)現(xiàn)，隧洞底部兩側(cè)和頂拱局部超挖嚴(yán)重，平均為25cm最大處為80cm。設(shè)計(jì)砼澆筑段為12m，施工時(shí)采用液壓式針梁模板全斷面一次襯砌，設(shè)計(jì)環(huán)向鋼筋為Φ22，縱向分布鋼筋Φ12，砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C20W6F50，采用二級(jí)配泵送砼，骨料為人工碎石，天然河沙，摻高效減水劑MF-2摻量為5%，砼配比見附表一。二、裂縫的調(diào)查及分布狀況2#洞開挖結(jié)束后，于九九年七月二十四日澆筑第一段砼，以后平均3天完成一段砼澆筑，工期經(jīng)歷春、夏、秋、冬四季，后發(fā)現(xiàn)砼產(chǎn)生裂縫，表現(xiàn)為：有很強(qiáng)規(guī)律性，一般在澆筑段中部，春秋季澆筑的砼多為一側(cè)呈環(huán)向（或兩側(cè)腰線以下），夏季裂縫多為一環(huán)（橫向一周），且多為砼澆筑后5-7天左右產(chǎn)生,裂縫分滲水和干縫(不滲水)兩種。裂縫調(diào)查及分布情況見附表二。三、裂縫產(chǎn)生的原因分析

1.砼的配合比的選擇

施工所用的配合比是經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)后取得的，水泥摻量為280-330kg/m3之間，符合泵送砼要求，施工中使用的大同普硅525#水泥從多年的使用和檢測結(jié)果看，該廠家水泥的強(qiáng)度、安定性等方面是穩(wěn)定和良好的。已澆完砼共取樣312組，檢測結(jié)果為全部合格，平均強(qiáng)度為31Mpa，在現(xiàn)場及有關(guān)單位進(jìn)行的回彈儀無損檢測結(jié)果也是理想的，強(qiáng)度為32-33MPa。另外，分析砼裂縫形狀、規(guī)律和水泥摻量大的所產(chǎn)生的裂縫形狀、尺寸、規(guī)律也不相符，可以判斷：裂縫的產(chǎn)生與配合比無直接關(guān)系。2.砼的澆筑方式在施工中，4#洞的全斷面砼襯砌是由2#拌合站供料的，砼攪拌車運(yùn)料，運(yùn)距0.5km，到現(xiàn)場后，由砼泵輸送進(jìn)倉號(hào)，（每塊間隔3天左右），施工中每個(gè)澆筑段施工縫均設(shè)橡膠止水和鋪設(shè)復(fù)合型泡沬板，從澆筑方式和間隔時(shí)間對(duì)照裂縫進(jìn)行分析認(rèn)為：砼的澆筑方式于裂縫沒有直接影響的關(guān)系。

3.地下洞室的基本恒溫對(duì)施工有利

洞內(nèi)溫度除受季節(jié)產(chǎn)生的緩慢變化影響外，一定時(shí)段內(nèi)基本處于恒溫狀態(tài)，從澆筑時(shí)溫測結(jié)果看，5-9月份洞內(nèi)溫度基本在12-18℃之間，到了10月份也多穩(wěn)定在8-10

4.砼養(yǎng)生的條件良好

每一澆筑段的砼澆筑完后，均采取在已澆塊下游部位用渣袋攔小壩截水，利用水泵抽水直接噴撒在砼表面上養(yǎng)護(hù)，水流循環(huán)利用。養(yǎng)護(hù)水為洞內(nèi)水，溫度經(jīng)測定與氣溫相近，每班均設(shè)專人養(yǎng)護(hù)，所有這些有利條件構(gòu)成了對(duì)砼的良好養(yǎng)護(hù)。

5.良好的地質(zhì)條件不會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生

所有澆筑段圍巖堅(jiān)硬完整，巖型均一，構(gòu)造簡單，除兩處有小斷層外，并無大的特殊地質(zhì)構(gòu)造，洞內(nèi)地質(zhì)變形也趨穩(wěn)定，且?guī)r質(zhì)層濕度與洞內(nèi)濕度趨向一致，分析判斷，上述良好的地質(zhì)條件不會(huì)導(dǎo)致砼產(chǎn)生裂縫。

6.骨料成分不會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生

人工骨料是采用二級(jí)站開挖巖石經(jīng)破碎生產(chǎn)的，因二級(jí)站巖石基本上為巖，含有的能與水泥活性物質(zhì)引起堿性反應(yīng)的成分較少，砂采用天然河砂，內(nèi)含少量石英、長石等也不會(huì)與水泥發(fā)生較嚴(yán)重的堿反應(yīng)以致形成裂縫。

7.澆筑溫度、超挖、分段長及配筋相對(duì)較少的綜合作用是導(dǎo)致砼裂縫產(chǎn)生的主要原因

（1）從表二中可見，出現(xiàn)裂縫多的季節(jié)是在夏季6-7月份。骨料經(jīng)過水噴淋降溫，溫度一般在17℃-22℃之間，最高溫度24℃，水泥儲(chǔ)存在庫內(nèi)，溫度一般18℃-35℃之間，砼出機(jī)溫度在21

（2）從開挖斷面圖看，設(shè)計(jì)砼襯砌厚度40cm，但實(shí)際挖深尺寸在底拱兩側(cè)角最深達(dá)1.2m，頂拱最深達(dá)85cm左右，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)45cm，對(duì)照超挖數(shù)據(jù)看，超挖多的部位，產(chǎn)生的裂縫機(jī)率比較高。

（3）因?yàn)閷?shí)際超挖后，原設(shè)計(jì)的雙層筋是針對(duì)40cm后砼的，但實(shí)際情況是，雙層筋后有約40cm后的砼內(nèi)無筋，當(dāng)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，無鋼筋受力，對(duì)裂縫產(chǎn)生有很大的關(guān)系。（4）原設(shè)計(jì)40cm砼厚度澆筑分塊長度12m現(xiàn)澆筑厚度改變，長寬比等應(yīng)力分布也有所改變。原12m塊的長度對(duì)于90cm厚度的砼明顯欠妥。實(shí)際檢查中，也發(fā)現(xiàn)大多裂縫是產(chǎn)生在每塊砼的中間部位，這也說明了，砼厚度改變后，澆筑段的長度比不適當(dāng)，與裂縫產(chǎn)生也有一定關(guān)系。四、裂縫的預(yù)防與處理

通過上述分析，我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，隧洞砼襯砌不單要考慮巖石突出或夾角部位對(duì)裂縫產(chǎn)生的影響，而且還應(yīng)注意，雖無大的“坑塘”存在，但普遍的大面積的超挖對(duì)改變砼內(nèi)部應(yīng)力帶來的不利影響也不可忽視。

1.裂縫預(yù)防措施

（1）減小施工分塊長度，建議施工長度取8-10m。

（2）對(duì)于底拱砼，如超挖大于設(shè)計(jì)值10cm以上部位，應(yīng)采取澆筑基礎(chǔ)墊層，再澆筑洞體的施工方法，對(duì)于邊頂超挖段較大部位，則建議設(shè)計(jì)增加鋼筋用量或其它方法解決。

（3）施工中加強(qiáng)骨料的降溫工作，根據(jù)骨料含水調(diào)整配合比，并盡可能降低砼出機(jī)和入倉溫度。

（4）減少砼水平和垂直運(yùn)輸中的砼中灰漿的流失，以防出機(jī)口和倉內(nèi)砼坍落度和配比的變化。

（5）施工中還需加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保證砼配制準(zhǔn)確及振搗的密實(shí)性，防止其它類型的裂縫產(chǎn)生。

（6）在高溫季節(jié)調(diào)整砼配和比，摻入粉煤灰。

2.裂縫處理方法：

根據(jù)裂縫的狀況和發(fā)展趨勢，下步處理應(yīng)安排在澆筑結(jié)束20天后進(jìn)行，分兩步進(jìn)行：①進(jìn)行砼澆筑后的回填灌漿和固結(jié)灌漿，②對(duì)灌完漿后仍有滲水的縫采用化學(xué)灌漿。回填灌漿和固結(jié)灌漿施工方法這里不在敘述?；瘜W(xué)灌漿方案如下：

a.環(huán)向裂縫灌漿施工

環(huán)向裂縫也是有規(guī)則的裂縫，而且裂縫寬度較小。針對(duì)這種情況，采用深孔、淺孔相結(jié)合的高壓灌漿法，裂縫漏水的情況下灌入YN堵漏劑，滲水和無水的情況下灌入環(huán)氧樹脂灌漿材料,鉆孔間距1.0~1.5米，孔徑?20。

b.灌漿施工程序前期準(zhǔn)備——裂縫調(diào)查——確定灌漿方案——布孔——鉆孔——沖孔——丙酮洗孔——安裝灌漿塞——灌漿——停止灌漿——管路沖洗——縫面修整——現(xiàn)場清理——驗(yàn)收

c.灌漿施工方法

①在對(duì)現(xiàn)場和裂縫進(jìn)行了詳盡的調(diào)查準(zhǔn)備工作后，現(xiàn)場施工開始。

②在選好孔位后，開始鉆孔，鉆孔時(shí)必須定位開孔，準(zhǔn)確控制進(jìn)孔方向，確保孔縫相交，達(dá)到預(yù)期灌漿效果。

③灌漿塞采用根據(jù)膨脹螺栓的原理制成的專用灌漿塞。

④由于漿液的固化時(shí)間可以調(diào)整，因此不同的裂縫、不同的灌漿時(shí)段，采用不同的配比。配漿時(shí)要求稱量準(zhǔn)確，攪拌均勻，不能漏加或錯(cuò)加任一組份，以“少配、勤配”為原則，既避免了材料的浪費(fèi)，同時(shí)也適應(yīng)了環(huán)保要求。

⑤灌漿時(shí)選用的輕化灌泵和德國瓦格納公司生產(chǎn)的電動(dòng)隔膜泵。兩者各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)見表1。輕型化灌漿泵設(shè)計(jì)灌漿壓力和進(jìn)漿量較?。浑妱?dòng)隔膜灌漿壓力高，并且配有無級(jí)調(diào)速裝置，能夠很好的控制進(jìn)漿量。現(xiàn)場灌漿時(shí)根據(jù)不同的裂縫和灌漿壓力要求采用相應(yīng)的灌漿設(shè)備。表1

技術(shù)參數(shù)類型馬達(dá)功率（KW）

重

量

（Kg）

電

壓

（V）

進(jìn)漿量

（L/min）最大壓力（Mpa）電動(dòng)隔膜1.4538.5230v/50HZ2.825輕型化灌泵

7.0

1.01

⑥灌漿結(jié)束后，及時(shí)清理裂縫表面殘留漿液，保持現(xiàn)場清潔。

⑦漿液固化后，采用Sikadur731涂抹縫面，并用磨光機(jī)修面。

d.灌漿材料

①環(huán)氧樹脂灌漿材料環(huán)氧樹脂系列灌漿材料粘度小，固化時(shí)間可以調(diào)整，適合于開度較小，滲水不太嚴(yán)重的環(huán)向裂縫的灌漿施工，而且環(huán)氧樹脂材料強(qiáng)度較高，在堵漏的同時(shí)也起到了補(bǔ)強(qiáng)和抗沖刷的作用，是一種理想的灌漿材料，在室溫下其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表2。表2初始粘度(mpa.s)比重PH值純漿硬化物強(qiáng)度（Mpa）漿液粘強(qiáng)度（Mpa）固砂體動(dòng)彈模

抗

壓抗拉干縫濕縫固砂體動(dòng)彈模屈

服破

壞

>1.0*1.035630~7080~10012.5~1.6~2.5注:*——漿液粘度隨不同的配比而變化

②YN——聚氨酯堵漏劑

YN——聚氨酯堵漏劑粘度較大，以水為固化劑，遇水后在幾十秒內(nèi)迅速與水反應(yīng)，后成一種彈性體，短時(shí)間內(nèi)即可止水，適用于漏水較大的環(huán)向裂縫和伸縮縫，在室溫下其各頂性能指標(biāo)見表3。表3粘度（mpa.s）誘導(dǎo)凝固時(shí)間（

s）膨

脹

率40~8020~900≥350%

e.化學(xué)灌漿質(zhì)量保證

在進(jìn)行充分的調(diào)查研究后，制定出以上方案，根據(jù)以往化學(xué)灌漿處理經(jīng)驗(yàn),漏水的裂縫逐漸變干燥，漿液在裂縫內(nèi)部能起到止水的作用，灌入裂縫中漿液除了堵水這外，還可以對(duì)周邊的混凝土起到補(bǔ)強(qiáng)的作用。

f.施工設(shè)備施工主要設(shè)備見表4表4序號(hào)名

稱單

位數(shù)

量備

注1LILTI電錘臺(tái)2

2高壓化灌泵臺(tái)2

3輕型化灌泵臺(tái)2

4磨光機(jī)臺(tái)1

50.2m3氣泵臺(tái)1

6五十鈴交通車輛1

g.施工進(jìn)度及人員配置

以處理200m裂縫長度施工進(jìn)度及人員配置為列。詳見表5、6。表5

裂縫處理施工進(jìn)度計(jì)劃時(shí)

間（d）123456前期準(zhǔn)備

鉆孔、灌漿施工

縫面清理及施工平臺(tái)轉(zhuǎn)移

表6

人員配置計(jì)劃類別高級(jí)工程師工程師技術(shù)工人普通工人合計(jì)人數(shù)114410

h.安全施工

①增強(qiáng)文明施工、安全生產(chǎn)的意識(shí)，操作人員要穿戴好防護(hù)用品，進(jìn)入施工現(xiàn)場要戴安全帽，現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙；

②有些化灌材料有毒易燃，應(yīng)存放在陰涼、干燥、通風(fēng)良好的地方，特別注意防火、防毒，確保安全，備好必要的防火器材；

③施工現(xiàn)場要加強(qiáng)通風(fēng)、排毒，保證施工人員身體健康；④設(shè)備、器皿、工具要及時(shí)清洗。

五、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)根據(jù)施工中的具體情況，我們實(shí)施了四.1條所述的預(yù)防措施，收到了良好效果，化學(xué)灌漿也取得成功。但是，值得我們吸取的經(jīng)驗(yàn)之一是在隧洞開挖中一定要避免大面積的超挖特別是嚴(yán)重超挖，其次是切實(shí)做好高溫季節(jié)骨料的降溫工作。只有這樣，才能少出裂縫從而取得好的施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

混凝土配合比（未摻粉煤）

（泵送）

附表一設(shè)

計(jì)標(biāo)

號(hào)石子級(jí)配(%)砂率(%)水灰比坍落度每方砼材料用量（kg/m3）5~20mm20~40mm水泥砂子5~20mm20~40mm水MF-2C2