衬砌混凝土裂缝的成因与预防

衬砌混凝土裂缝的成因与预防

赵艳杰

中国水利水电第六工程局有限公司辽宁沈阳110179

摘要：在隧洞施工中，衬砌混凝土裂缝成为带有一定普遍性的质量问题。文章针对混凝土裂缝产生的原因，提出裂缝的预防方法，对提高混凝土衬砌施工水平有借鉴意义。

关键词：衬砌混凝土；裂缝；成因与预防

随着缺水地区越来越多，引水隧洞工程逐步增多。衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺，但混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观，还给工程质量留下了隐患。施工中必须采取合理的工程技术措施，减少混凝土中裂缝的产生。

1、裂缝的类型

衬砌混凝土裂缝类型主要有：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝、施工缝处理不当引起的接茬缝等。

2、裂缝形成的原因分析

经对裂缝发育的形态、部位、长度、宽度、渗水情况等分析，对混凝土裂缝的成因有了初步的认识。对混凝土裂缝的成因进行分析，有助于裂缝的预防。

2.1原材料质量差、配合比设计不合理

水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的效果。

2.2混凝土施工程序分析

2.2.1衬砌混凝土质量控制程序

衬砌混凝土施工工艺及质量控制流程：1施工准备→2测量放线→3喷混凝土面及垫层混凝土面处理→4验收→5钢筋绑扎及预埋件安装→6验收→7针梁台车就位→8针梁台车模板调正测量→9止水带及挡头模板安装→10验收、签开仓证→11拌合及实验→12运输→13试验及入仓浇筑（泵送）→14收仓等强→15脱模移走针梁台车→16养护→17混凝土外观处理

2.2.2施工过程分析

（1）拌和站出机口混凝土运到仓面的时间小于30分钟，混凝土罐车运输，浇筑期间无间歇。

（2）振捣存在漏振及过振，容易造成混凝土渗水及裂缝。

（3）衬砌混凝土拆模过早，容易造成混凝土裂缝。

（4）拆模后混凝土养护不及时，容易造成混凝土裂缝。

2.3环境温度分析

混凝土硬化期间水泥产生大量水化热，内部温度升高，在混凝土表面形成拉应力，后期降温过程中，受到围岩及其他混凝土构件的约束，又在混凝土内部产生拉应力，当产生的约束应力大于混凝土抗裂性能时，便会出现裂缝。

（1）混凝土中水泥用量偏多，混凝土绝热温升大，内部温度高，是裂缝产生的原因之一。

（2）混凝土养护期间有穿堂风，降低混凝土表面温度及湿度，形成内、外温度差，是裂缝产生的原因之一。

（3）混凝土浇筑初期环境温度低，混凝土内外温差大，是裂缝产生的原因之一。

2.4地质原因分析

（1）Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩过渡段是裂缝较多部位，主要是Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩的结构形式不同、钢筋配置不同，混凝土受到的约束不一样，产生了不均匀的约束应力，超过了混凝土的抗拉强度，是产生裂缝的原因之一。

（2）隧洞围岩节理、裂隙发育，对混凝土形成约束应力，当产生的约束应力超过混凝土的抗拉强度时，即在混凝土表面形成裂缝。

（3）已施工的隧洞围岩为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，围岩条件不好，围岩变形没有达到稳定状态，当混凝土施工后，围岩变形产生的约束应力会造成混凝土裂缝。

2.5超挖情况分析

（1）根据测量图、混凝土实际浇筑量及设计方量对比，成型的建筑物已改变了设计断面尺寸（增大），混凝土厚薄不均，产生的约束应力及温度应力，应力分布与设计时情况发生变化，超过了混凝土的抗拉强度，是产生裂缝的原因之一。

（2）隧洞超挖较大，岩面凹凸不平，产生不同方向的约束应力，当约束应力超过混凝土的抗拉强度时，即在混凝土表面形成裂缝。

2.6裂缝分布位置分析

通过数据统计裂缝多集中在距上、下游分缝3.0～5.0m处，是由于分段过长，长细比过大产生的结构裂缝。（洞径5.62m、分段长度为12m）。

2.7结论

综上所述，混凝土裂缝产生的原因是多方面的，通过以上原因分析，混凝土中水泥用量偏多，混凝土绝热温升大，内部温度高；施工程序不规范；地质及超挖情况；隧洞分段长细比过大等原因是产生裂缝的主要因素。

针对以上原因，提出如下的处理控制措施。

3、控制产生裂缝的措施

3.1混凝土配合比优化

降低混凝土中总胶凝材料及水泥用量、选用优质外加剂。

3.2加强施工过程管控

（1）浇筑过程中质量检查由项目部质检人员负责，做到不合格的料不入仓，严格控制混凝土入仓坍落度，一般控制在160mm±20mm（仰拱），180mm±20mm（边墙），200mm±20mm（顶拱）。禁止在混凝土罐车及泵车中加水，混凝土分层振捣，不超厚、不漏振，止水附近更加精心施工，做到无粗骨料集中现象，止水不变形、不错位。

（2）用手持式振捣器振捣时，将振捣器插入下层混凝土5cm左右，严禁振捣器直接碰撞模板、钢筋及预埋件。振捣时间以混凝土不再显著下沉并开始泛浆为准，（一般10-30s为宜）避免欠振或过振、附着式振捣器配合使用保证表面气泡排除，达到混凝土里实外光的效果、避免出现点渗及面渗情况，外观质量合格。

（3）混凝土对称、分层浇筑，分层振捣，每层浇筑厚度不大于50cm。

（4）混凝土浇筑中两侧混凝土浇筑面高差控制在50cm以内，同时合理控制混凝土浇筑速度。

3.3控制拆模时间、加强养护

浇筑完成的混凝土达到试验确定的拆模时间后才允许模板拆除，混凝土拆模后，应立即采取洒水养护。混凝土表面应经常保持湿润状态直到养护期满（不得少于28d）。

3.4分段长细比控制

根据裂缝出现位置对比发现裂缝多集中在距上、下游分缝3.0～5.0m处，最稳定的结构长细比为1:1，最不容易出现裂缝。

4、结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。同时，工程实践表明，施工时加强防范整治措施，裂缝问题就能得到有效控制。这就要求各参建单位制订合理施工方案，强化施工人员的质量意识，严密施工组织，合理安排工序和工序搭接，加强施工中各个过程的质量通病监控，尤其是对细部处理做到严格把关，总之，我们要认真总结，分析原因，不断实践，对混凝土裂缝采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

参考文献

[1]张兴家.隧道衬砌混凝土裂缝原因分析[J].岩土工程，2010（03）.

[2]张长福.隧道衬砌混凝土裂缝控制施工技术与应用[J].山西建筑.2007（06）.