尚锐
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摘要：随着经济的发展和技术的进步，特别是国家对基础设施建设的高度重视，我国对各类隧洞的建设取得了长足的进步。本文对水库输水隧洞施工中混凝土裂缝进行了论述, 分析了水库输水隧洞混凝土产生裂缝的原因, 并提出了裂缝控制措施。
关键词：隧洞；混凝土施工；裂缝
输水隧洞特别是有压隧洞是我国水利水电工程建设中常有的施工项目, 但隧洞渗漏不仅会严重破坏混凝土结构的安全。在水库的规划布置中, 都离不开输水隧洞。水工隧洞是在复杂的水环境下运行的, 混凝土不但有不同程度的长期抗磨蚀要求, 还要承受围岩和水压力, 特别是有的工程在围岩地质条件恶劣和水压力较高时, 同时还有抗渗和耐久性的要求。混凝土的抗压强度在一定范围内与其抗磨蚀、抗渗和耐久性成正比关系, 因此在水工隧洞施工中混凝土质量要求高。分析了水工隧洞混凝土施工中的裂缝成因, 提出了控制混凝土裂缝的措施。
一、水工隧洞混凝土的施工强度不稳定
水工隧洞, 特别是一些中小型水利水电工程水工隧洞, 由于施工环境和条件较差, 混凝土用砂、石料质量波动较大, 有的泵送混凝土由于设计强度不高, 而当地又没有粉煤灰等掺合料, 导致水灰比偏大、单位用水量偏高,易产生混凝土拌和物离析。另外, 不少水工隧洞采用全模板支护浇筑, 钢筋密集, 不能全面有效振捣, 造成混凝土强度波动较大。由于多种原因导致了水工隧洞混凝土质量的波动, 过高的强度对于工程质量是一种浪费, 过低的强度给工程质量带来隐患, 而且对工程结构耐久性有恶劣影响。
二、水工隧洞混凝土的养护
一般水工隧洞混凝土设计龄期为28d, 但有的大型工程也有90d 设计龄期的。混凝土强度检验评定标准规定:混凝土试件的成型和养护方法, 应考虑其代表性。对用以合格评定混凝土强度的试件, 应采用标准方法成型之后置于标准养护条件下养护, 直到设计要求的龄期。水工混凝土施工规范对水工结构混凝土的养护要求为: 塑性混凝土应在浇筑完毕后6-18 h内开始洒水养护, 低塑性混凝土宜在浇筑完毕后立即喷雾养护, 并及早开始洒水养护, 且规定混凝土养护时间28d。有特殊要求的部位宜适当延长养护时间。结合工程实践, 有以下两个主要问题值得探讨:
( 1) 混凝土工程结构养护与质检取样立方体成型养护条件差异较大。标准立方体试块取样的代表性不强, 试块制作后置于温度( 20-30) , 湿度95%标准养护条件下养护到设计龄期。而隧洞混凝土的施工养护、温度、湿度受外部气候和内部围岩渗水的影响, 由于受场地等条件的限制, 难以对混凝土表面进行不间断的覆盖保湿或洒水。
( 2) 隧洞混凝土普遍存在养护时间不足或忽视养护的问题。大部分隧洞工程, 都达不到水工混凝土施工规范养护28 d的要求, 一般拆模后仅养护10d左右。由于混凝土在短期内失水, 混凝土胶结材料不能较充分地、有效地进行水化, 导致混凝土裂缝的产生和强度达不到设计要求。按混凝土龄期强度发展系数推算, 一般混凝土养护10d的强度只相当于养护28d强度的80%。
三、水工隧洞裂缝成因分析
1、温度应力作用下产生的裂缝。在隧洞混凝土衬砌施工过程中, 洞内温度一般较低,而混凝土中水泥水化反应产生的大量水化热致使混凝土内部温度过高, 较大的混凝土内外温差造成混凝土内外部膨胀收缩不一致而产生裂缝。在混凝土养护过程中,由于忽视水温和养护措施不当引起混凝土的裂缝。混凝土浇筑后的3-7d, 混凝土中的水泥水化较快, 水化热使得混凝土内部温升迅速提高, 如果采用温度很低的水进行洒水养护, 会进一步增大混凝土内外温差, 促使混凝土裂缝产生。另外, 因养护洒水不均匀, 混凝土表面干湿不均引起混凝土表面收缩不均又进一步加剧了裂缝的产生。
2、外部围岩应力效应产生的裂缝。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水工隧洞施工一般安排的工期较紧, 受开挖成洞条件差的影响, 被迫对衬砌混凝土进行施工, 混凝土质量难以得到保证; 受作业内容的限制, 加之养护工作质量差,混凝土很难达到设计的龄期强度。在这种隧洞施工中,由于开挖支护作业皆为短距离循环进行, 在围岩类别判断不准的情况下, 若采取不当的锚固支护, 容易导致围岩应力的多次重新分部和毛洞形状变形恶化, 衬砌的混凝土在一定时期内承担了部分或全部支护作用, 不可避免地出现了因外部应力作用而产生的隧洞衬砌混凝土裂缝。此类裂缝发育规模往往较明显, 对隧洞破坏的影响较为严重。
3、地质水文条件变化产生的结构变形裂缝。随着水电行业的迅速发展, 水工隧洞的地质、水文、地形状况越趋复杂, 其变化也较难以准确把握。尤其是建设资金对前期工作投入不够, 地质、水文、地形等基础资料不具体; 设计人员仅依据已提供的地质资料进行设计作业, 对施工现场地质等状况的变化则难以掌握; 部分监理人员专业能力受限制; 施工单位抢工期, 致使按图施工发生在变化了的地质条件下, 采用不适用结构, 因隧洞混凝土衬砌结构的相对不合理而产生裂缝。此类裂缝产生的机理较为直观, 只要能尽快采取完善措施, 破坏的影响可以得到控制。
四、裂缝控制措施
1、信息反馈控制措施。水工隧洞混凝土施工现场状况的变化比较大, 在工程建设中强化信息管理和反馈, 建立相关工程建设的信息运作系统, 参建人员易于做出符合客观规律的决策判断。通过信息控制和交流, 收集和积累相应的工程经验,进行多方沟通和促进工程的建设, 预防和控制裂缝问题。
2、施工过程中的控制措施
①优化施工方案：依据施工环境制定适宜的施工方案，根据模板台车的尺寸和超欠挖统计确定每次浇筑的混凝土量，合理配置浇筑时间、运输及振捣方式等。在施工阶段混凝土要有合适的配合比，配合比不仅要满足设计和强度的要求、还要考虑防止裂缝的要求，在满足设计强度的原则下，尽可能减少水泥的用量。②钢筋模板安装：钢筋的制作安装要规范，架立筋要牢固，以免浇注时钢筋移位变形。钢筋的氧化皮和污物要清除，以免影响和混凝土的胶结力。模板拼装要严丝合缝、位置准确、牢固，模板表面要清理干净，在浇注前要保持表面湿润。严禁模板变形位移而跑模，影响混凝土外观质量。③浇筑：在高温气候条件下浇筑混凝土入模的温度不宜超过28℃，控制混凝土入模前模板和钢筋的温度及附近的局部气温不超过高，混凝土浇筑过程要左右对称连续浇筑，确保已浇混凝土在初凝前被上层混凝土覆盖杜绝冷缝，振捣要科学合理，严禁过振、漏振。浇注过程中的间歇会出现混凝土力学性状的不连续，在隧洞运行期这种不连续可能会发展成水平裂缝。过振会使混凝土骨料发生分离现象，振捣不足会使混凝土的密实度不足，影响混泥土的强度指标。④拆模和养护：拆模时间要根据现场同环境试块的压制强度卡准确，对大体积混凝土表面实行保温保湿养护，养护应在混凝土浇筑12h内开始；养护时间约28d，将降低混凝土表面散热速度，使其表面温度与内部温度差控制在准许范围内，严格执行规混凝土施工范标准。保证混凝土达到强度后拆模以及拆模后足够养护时间。⑤加强一次支护：隧洞开挖过程中要根据实际揭露的地质条件，及时调整开挖作业的方法和支护型式。防止隧洞开挖过程对围岩有较大扰动，加强一次支护。塌方区域和不良地质区域一次支护后要提前灌浆处理，避免隧洞二次衬砌后承受巨大的松散压力和变形压力，以免在运行期产生裂缝。在软岩地段做好隧洞仰拱，处理好衬砌基底，搞好防排水，避免使用期衬砌基底遇水软化造成隧洞衬砌隅角内移。
水工隧洞混凝土的质量控制和保证贯穿于施工的全过程, 施工前对于隧洞混凝土原材料的选择、配合比的试验与优化也很重要, 施工控制更起着关键的作用。即使有优秀的设计, 合适的原材料, 安全、合理、优化的混凝土配合比设计, 如果在施工中得不到认真、有效地贯彻实施, 混凝土工程质量就得不到保证, 也不可能有好的工程质量。
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论文作者:尚锐
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/27
标签：混凝土论文; 隧洞论文; 裂缝论文; 水工论文; 强度论文; 围岩论文; 地质论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;