小断面输水隧洞衬砌裂缝成因分析及处理方法

［摘要］裂缝是工程建设中的常见问题，为保证工程施工质量，须对裂缝进行处理 。本文通过分析隧洞衬砌混凝土裂缝的成因，提出避免出现混凝土裂缝的方法及针对性的改进措施，有助于控制和减少裂缝产生，以达到控制或降低砼开裂、改善施工质量、降低养护成本的目的。

［关键词］裂缝；分析；施工措施

1  工程概况

包包上隧洞位于向家坝灌区北总干渠一期一步真溪支渠隧洞施工总长 546.985m，桩号：喜2+048.830-喜2+595.815，隧洞为城门型断面，围堰主要围岩主要为IV、V类支。IV类围岩横剖面尺寸250×284.8cm（宽×高），V类围岩横剖面面尺寸270×304.8（宽×高）。依据设计图 纸，洞身衬砌混凝土强度等级为 C25，岩洞段抗渗等级为W6， 抗冻等级为 F100，Ⅳ类围岩纵向钢筋为 Ф 14@200，环向钢筋  为 Ф 22@400 和 Ф 18@200，钢筋混凝土保护层厚度 35 mm，混  凝土浇筑段 12 m 一个仓位 。二衬施工时 ，混凝土运输采用小罐车运送至泵车处，由泵车将混凝土泵送到浇筑仓面。包包上隧洞于2023年10月30日完成隧洞主体结构施工，隧洞结构衬砌完成对混凝质量缺陷排查过程中，排查发现喜2+300.10～喜2+400.089段混凝土表面存在细小裂缝，裂缝宽0.3mm～0.56mm。

2 裂缝情况

2.1 裂缝分布形式

隧洞结构衬砌完成对混凝土质量缺陷排查过程中，排查发现喜2+300.10～喜2+400.089段混凝土表面存在细小裂缝，裂缝部位一般在侧墙靠近顶拱位置，裂缝呈环状分布 。

2.2 裂缝观测情况

根据现场实际调查，裂缝均无贯穿，不渗水，无渗出物，裂缝深度为1cm～3cm在发现裂缝后，采用裂缝测定仪对裂缝宽度和深度进行了观测 ，裂缝宽度基本在0.3mm～0.56 mm 之间，属于表层裂缝，裂缝深度基本在1cm～3 cm 之间。

3 裂缝产生的原因分析

3.1 水化热

水泥水化热特质是造成混凝土裂缝的主要原因之一。在水泥水化的过程 中， 会向周围释放出大量的热量， 若混凝土结构断面相对较厚，则难以将混 凝土中的热量完全释放出来，导致问题提升。时间越长混凝土内部的温度也 会随之降低，收缩力也会逐渐加大， 产生的拉应力也会随之加大， 若混凝土抗拉强度不大则难以与应力抗衡，从而产生裂缝。

3.2 骨料配比

骨料是混凝土的重要成分，起到骨架和填料的功能。骨料配比状况对工作性能和经济性能有很大的影响，也是混凝土耐腐蚀性、强度、抗冻性能、抗渗性等性能的重要因素。高质量骨料配合比的空隙率低，可以降低水泥用量，保证混凝土的整体强度。其比表面积较小，可减少集料表面所需用水，且极少的细粉可满足工作性需求。所以，集料配合比等级愈低，所产生的空洞愈大，所需使用的填料愈多，愈易产生裂纹。

3.3 外界环境温度影响

在混凝土养护过程中，由于有通风作用，导致混凝土表层温度和湿度下降，产生内外温差。在浇注前期，由于周围环境温度过低或过高，导致了混凝土内部和外部的温差过大，从而产生了温度裂缝。

4  对混凝土裂缝采取预防的措施

4.1 调整混凝土配合比

在保持相同强度的前提下，可适当提高粉煤灰的掺量，从而达到降低水泥消耗和降低发热量的目的。为降低水灰比，应在混凝土中适量添加复合高效减水剂。

4.2 加强混凝土施工过程控制

4.2.1加强检测

对拌和系统称重设备进行定期检测与标定，加强砂石料的含水量和含泥量的检测，并适时调节用水量，确保混凝土的工作性。要严格控制砂石的含泥量，不能超过规定标准，并要根据实际情况进行合理的配比，适当增加砂率。按照工地的建设进度，确保原材料的及时供货，并与原材料供应商加强联系，以保证原材料的质量和数量的稳定性，不会发生大的质量变化。

4.2.2严格控制混凝土的拌和质量

严格按照试验室出具的配料单进行混凝土拌制， 严禁私自调整配合比，拌和站称量偏差，必须满足规  范要求，适当延长搅拌时间，以满足混凝土的均匀性， 确保混凝土的搅拌质量 。严格控制混凝土的入仓时间，尽可能让混凝土及早入仓。

5.裂缝处理方法

贴嘴灌浆法灌注环氧树脂，为减少开槽对混凝土结构整体性破坏，采用不开槽工艺。斜孔布置灌浆孔，灌浆前埋设灌浆嘴，然后利用环氧胶泥将裂缝表面封闭，待环氧胶泥强度达到设计强度75%以上后，从灌浆嘴处灌注环氧浆材进行补强，当注浆完成之后对裂缝进行清理，打磨冲洗干净之后，涂刮环氧胶泥对裂缝表面进行修复。其裂缝处理施工工艺流程如下：缝面清理、描述→布孔、钻孔→埋管（贴嘴）、封缝→通风检查→灌浆→灌后表面修补处理→质量检查。

5.1缝面清理、描述

以裂缝走向为中心线用角磨机、磨平机对裂缝表面进行打磨，打磨宽度为35cm，去除裂缝表面的水泥浮浆和表面污物等，并用高压水冲洗干净，使用裂缝宽度测量仪或塞尺对裂缝宽度进行测量（间距为2m取测量点），并根据裂缝位置、形状、宽度、走向、长度（使用皮尺测量裂缝长度）及特性并做详细记录，填写《混凝土表面裂缝检查记录表》。

5.2布孔、钻孔（见图一）

在满足灌浆质量的前提下，在混凝土面尽量少钻孔，具体操作如下：

沿裂缝两边按20～50cm的间距布置斜孔，灌浆孔孔径为15mm，孔深为裂缝深度的2/3左右，钻孔应避免碰触钢筋，如遇钢筋在距原孔5cm处重新开孔，废孔用环氧浆材封填密实，埋设灌浆嘴前灌浆孔内需高压风吹干净。依次打孔直至整条裂缝结束。（见图一）

5.3埋管、封缝

① 埋管：用环氧砂浆埋设灌浆贴嘴。等环氧砂浆强度起来之后空压机再次沿孔内吹风，吹净缝内细微杂质，以最大限度保证缝内的干净，对于不通的骑缝孔则需重新布孔、钻孔及埋贴嘴。

② 用风吹干裂缝表面，待裂缝表面干燥后再涂刮宽度为35cm、厚度为1mm的增强环氧胶泥。

5.4通风检查

采用高压PVC管作为通风口时的通风检测：

封缝处理完成后待封缝材料有一定强度后，即可进行通风检查。

通风检测的具体操作方法：

① 对所有注浆嘴进行依次编号，用1#注浆嘴接上输风管进行送风，同时将2#注浆嘴的软管插入肥皂水中，观察水中是否有气泡冒出，如有，说明1#、2#注浆嘴是串通的，否则为不串通。

② 检测完1#、2#注浆嘴后，关闭1#注浆嘴，用2#注浆嘴接输风管，打开3#注浆嘴，用上述方法进行通风检测，检测标准同上。

③ 在检测各注浆嘴的同时，用肥皂水抹在封缝材料上面，肥皂水涂抹宽度要超过封缝材料。观察有没有气泡冒出，如有，要用彩色油漆标上记号，进行处理。

结论

隧道工程施工过程中，衬砌混凝土出现裂缝是一种较为普遍的现象， 混凝土出现裂缝就要对对裂缝观测，以具体的观测数据，通过理论分析，判断 混凝土裂缝的原因并进一步研究制定预防措施及处理办法。

参考文献

[1]  郑晶轩，张    冰 隧洞衬砌混凝土裂缝成因及施工改进措施 山西水利 技术与应用·2020 年第 11 期

[2]  聂彦春  ，朱建文  小断面引水隧洞衬砌裂缝成因分析及处理方法 陕西水利   2019年 12期

作者简介：

李宗辉（1987-），男，陕西宝鸡人， 工程师，从事建设工程施工技术与管理工作。