隧洞衬砌混凝土质量通病分析与应对措施

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁沈阳110001）

隧洞衬砌混凝土质量通病分析与应对措施

贺杰

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁沈阳110001）

针对水工隧洞衬砌混凝土质量表面气泡、蜂窝、麻面、裂缝、钢筋显影、错台等质量通病产生的原因进行分析，提出了具体的应对措施。为避免隧洞衬砌混凝土质量通病的发生，除采取相应的工程措施外，提高施工作业人员的技能水平、加强责任心也很重要。

水工隧洞；衬砌混凝土；质量通病；应对措施

水工隧洞衬砌混凝土质量通病，一般是混凝土施工工艺方面的问题及部分配合比方面问题的外在反映，可以减少但难以根除，也并非所有的质量通病都需要处理。按水工隧洞衬砌混凝土施工模式的不同，可分为先边顶拱、后仰拱，先仰拱、后边顶拱和全圆三种。其中，先边顶拱、后仰拱施工模式，存在的质量通病最为典型，常见的质量通病有表面气泡、蜂窝、麻面、裂缝、错台、钢筋显影等。

1 表面气泡和水痕问题

1.1 原因分析

表面气泡主要是指混凝土局部外表面存在的内径大且成片集中的椭圆形凹坑的问题，单个或个别出现的气泡没有讨论的意义。较易出现在马蹄形断面和圆形断面的反弧段和底拱段。水痕是指混凝土表面类似水流过沙土时产生的痕迹，表现为边墙上的自上而下的一道道痕迹，在仰拱上则与气泡交叠在一起形成不规则的凹痕。气泡能够减少，但难以消除；而水痕是可以消除的。

在振捣过程中自由水及气泡向两边及上部运动，不吸水的钢模与混凝土接触面就会有较多水和气泡。由于边墙反弧段和仰拱正处于气泡扩散的方向上，所以水痕和气泡在此部位容易集中出现。而边墙上部和顶部混凝土与模板接触面是在混凝土的下部，气泡和水向围岩方向运动，在模板侧是反应不出来的，所以基本见不到气泡和水痕。

混凝土中的气泡主要来源于混凝土拌和、灌注中引入的气泡和外加剂里引入的气泡。在浇筑过程中，振捣的作用是使混凝土内部各组成均匀分布，挤出大的气泡和水化反应多余的自由水，保留微小但有益的微气泡，这些挤出的气泡分布在钢模与混凝土接触面，没有破碎，同时钢模表面脱模剂的粘滞力和混凝土与钢模的摩擦力限制了气泡向上的排出，在混凝土成型后就会表现为气泡。

在浇筑混凝土时，混凝土中含水量是远远大于水化反应需水量的，经过振捣，自由水集中于表面，若浇筑上层料时，平板振捣器振幅大、功率大，对下层初凝成型混凝土扰动大，下层已成塑性的混凝土就会一模板产生小的间隙，上部水流下，从而产生水痕。

1.2 应对措施

1）模板处理。表面应保持光洁，脱模剂涂抹均匀,可在脱模剂中渗加适量滑石粉。

2）正确振捣。合理确定振捣时间、振捣间距、振捣深度等参数。时间过长，会出现粗骨料下沉，水泥浆上浮，从而混凝土泌水、离析现象，时间过短，骨料还没有靠拢密实，气泡没有排出，因此振捣时间长短需要通过试验确定。一般振捣棒的振捣半径是50～70 cm，间距50～60为宜，下料分层厚度不应过大；平板振捣器有效厚度一般20 cm，同时振捣过程中要“快插慢拔”；合理使用振捣器，先插入式后平板式振捣较好，平板振捣器振捣时间不宜过长，尤其不能在下部混凝土已初凝时对下部混凝土产生扰动。通过这样的振捣，达到混凝土外光内实。

3）外加剂使用。很多施工单位反应，外加剂尤其是引气剂的使用，导致拌和后的混凝土含有大量较大的气泡，且表面张力较大，气泡不易破裂，而且导致混凝土粘性大，流动性减弱，为了保证泵送顺畅，用水量加大。这无形中加大了混凝土出现裂缝和表面气泡的风险。因此必须把好原材料质量关，在选择外加剂时，应选用引气气泡小、分布稳定均匀的引气剂，尽量少用或不用产生气泡较多的引气剂。

4）合理的水灰比。拌和时要严格按配合比控制用水量，若流动性不能保证泵送顺畅，现场调整配合比时，必须按要求调整，以现场能够泵送就可以了，浇筑过程中，绝对不能加水；对先前浇筑的混凝土用平板振捣器进行二次辅助式振捣，振捣时机以距初次振捣间隔一段时间但混凝土还未初凝，振捣时间3～5 s即可，通过二次振捣可消除和破坏水、气泡；施工单位应对现场操作人员加强技术指导，加强质量监督检查，加强责任心教育，及时根据通病情况采取应对措施。

5）表面修补。一般的气泡和水痕并不需要处理，只有较大或与混凝土内部气泡连片出现时，才需要处理。

混凝土拆模后，立即按设计要求处理；处理完1 d后，开始养护。

2 麻面

2.1 原因分析

气泡过度集中容易形成麻面，粘模也会形成麻面。粘模的原因主要是因为模板表面不干净，粘有灰浆；脱模剂没有涂刷到位；脱模时间过长。前两个原因比较常见。

2.2 应对措施

每模后都要检查模板表面，及时清理模板表面的灰浆；及时补刷脱模剂。

3 蜂窝

在薄壁混凝土中，由于平板振捣器的使用，蜂窝不容易出现，一般出现时主要在两侧底脚反弧段，是由于局部粗骨料集中且没有振捣引起，若此处保护层薄，就会露筋。只要混凝土料均匀、振捣到位就能避免。

4 裂缝和面渗

4.1 原因分析

压力水形成的渗水通道、施工冷缝、应力裂缝、干缩缝、浇筑过程中的层间软弱结合面等，均形成裂缝。在边顶拱的表现形式有水平通长裂缝，有环向裂缝，有不规则的顶部裂缝，有些裂缝还有水流渗出。经现场实际检查，多数裂缝为深度裂缝，甚至是贯通裂缝，对配筋危害较大，影响混凝土的耐久性。水平通长裂缝影响结构安全。

裂缝的成因复杂，根据对多个洞段的统计分析，环向裂缝一般为应力裂缝。由于混凝土外壁围岩侧表面起伏差大，混凝土厚的约1.0 m，薄的约0.2 m，即使开挖质量较好且岩石完整性较好的，起伏差也要在20 cm以上，这样造成混凝土厚薄不均，在内部出现较多应力集中部位。混凝土早期水化反应后，内部温度会下降，体积会收缩，由于衬砌混凝土为薄壁结构，温降很快，加之混凝土高标号水泥用量大收缩明显。此时靠近围岩侧产生约束，而外部临空侧没有约束，从而产生拉应力差，当超过混凝土的抗拉能力时，裂缝就产生了，由于混凝土厚度差别大，故而表现不规则的裂缝，尤其表现在环向裂缝。

此外，很多洞段为了抢进度，拆模过早，有的洞段从开始浇筑到拆模的时间仅24 h，混凝土强度低，顶部出现沉降，在此荷载作用下，混凝土产生拉应力破坏了表面的完整性，由此产生了裂缝，也可以称为过载裂缝，此种裂缝多出现在顶部。

当两侧底脚与底板垫层间摩擦力小，难以约束上部混凝土重力挤压时向内部移动，同时上部混凝土受压向下，此时水平裂缝出现了，而且这个裂缝多出现在距仰拱表面1.5～2.5 m的高度，这个高度往往是反弧段与上部弧段交接部位。

温度裂缝一般出现在大体积混凝土表面或外界温差变化较大时。混凝土内部与外部热胀冷缩程度不同，表面产生一定拉应力，超过抗拉极限时，出现裂缝，且一般表现在表面，且多发生于混凝土中后期。衬砌混凝土厚度在0.3～0.5 m间，这样的薄壁结构散热快，洞内环境温度基本恒定且不太低，故出现温度裂缝的机率极小。且薄壁混凝土散热快，隧洞衬砌混凝土基本不存在此种裂缝。

表面干缩裂缝是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一。洞内不存在产生的的条件。

还有一种情况，若欠挖较多，混凝土过薄，则出现裂缝的机率增大很多。

若裂缝所在位置有围岩裂隙水时，裂缝内部会有水渗出。衬砌前的岩面有淋渗水时，若不加以引排，在混凝土浇筑后就容易出现渗水点或线，因为封闭内水要有外排通道。

4.2 应对措施

从浇筑到拆模的间隔时间不能太短，要通过试验确定强度达到设计要求时再拆模；加强两侧底脚建基面清理，把软弱层清理掉，把水排净；提前处理欠挖，保证混凝土设计厚度；在浇筑前，对淋渗水进行集中引排；正确振捣，充分振捣，不漏振；提前处理周边围岩表面突出部位；注意层间结合部位的振捣，一定要使用振捣棒振捣到位，且要插入下层一定深度，保证层间充分结合；做好施工准备，对混凝土供应中断或堵管的情况有处理预案，减小浇筑间歇时间，避免冷缝。

5 钢筋显影

1）原因分析。钢筋显影并非是质量通病专有名词，仅对“混凝土表面出现的与内部钢筋网分布相似、颜色与表面混凝土有明显色差”现象的一种形象描述，远看像动物的肋骨，故也称为“肋骨状阴影”。这个现象是对钢筋与钢筋到表面间混凝土关系的反应，其中一个指标是钢筋保护层厚度。

色差是粉煤灰颜色比水泥深所致。出现这一现象的原因是因为，振捣过程中，由于此处受扰动较大，粗骨料远离钢筋，而此处水泥与粉煤灰相对较多，由于粉煤灰轻，更容易集中于表面，当保护层薄时，此现象更加明显。

通过对部分显影部位的检测表明：有钢筋显影响现像的，可能存在混凝土保护层不足的问题；但保护层过小的部位一定出现钢筋显影现象。

2）应对措施。保证混凝土中钢筋保护层的厚度；振捣时，不要振到钢筋。

6 错台

6.1 原因分析

两仓混凝土间结构缝处，出现高差即为错台。经常出现在顶拱和两侧底脚的个别部位。

出现在两侧底脚的原因是混凝土浇筑过程中模板受压向内变形，导致变形的原因可能是模板钢度不足，也可能是支撑模板的液压或机械支撑由于存在间隙在受力时出现小幅回缩。

出现在顶拱的原因是模板两侧轮廓不同，模板台车整体沉降时也会出现这种情况。

还有一种情况，在混凝土浇筑过程中，单侧下料过快过高，两侧受力差过大，引起台车偏移。由于模板台车一端搭接在已浇筑成型的上一仓混凝土上，此端被约束，但没有约束的另一端会向一侧发生小量偏移，错台就会在下一仓混凝土中表现出来。

6.2 应对措施

钢度不足的，加固模板；已出现变形的，进行校正；在浇筑过程中，施工作业人员要注意观察模板变形情况，及时紧固液压或机械支撑。控制分层浇筑混凝土的高度。

7 结语

水工隧洞衬砌混凝土质量通病的影响因素很多，在此不一一列举。此外，为避免隧洞衬砌混凝土质量通病的发生，提高混凝土施工作业人员的技能水平、加强责任心也很重要。工程实践表明，明确了混凝土质量通病的成因，积极采取有效的应对措施，提高作业人员的技能培训和技术指导，并注重加强责任心教育，可使水工隧洞衬砌混凝土上述质量通病得到有效控制。

［1］马虎臣，建筑工程质量监督与控制［M］.北京：中国建筑工业出版社,2001.

［2］王杰.钢筋混凝土质量通病防治措施［J］.山西建筑，2006，32（2）.

［3］李树平，混凝土工程施工中的质量通病防治［J］.山西建筑，2006，32（8）.

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2017-01-10