水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究

刘军佐

【摘要】水工隧洞不是天然而形成的，是在岩石、土体中挖掘而成的，有输水、灌溉、导流及发电等作用，水工隧洞有两种，即有压和无压隧洞。想要确保围岩的稳定性，需要合理进行支护和衬砌。衬砌要具有防渗、冲刷的特征，这样才能达到运行的基础要求，使围岩不受温度、大气等不利因素的局限。但从目前水工隧洞的现状来看，往往会受客观因素及施工人员操作不当等因素的局限，使得水工隧洞的衬砌效果不佳。经常出现的问题有“麻面、色差、裂缝”等等，本文对水工隧洞中混凝土的裂缝问题进行了探讨，提出了有效的预防及加固措施。

【关键词】水工隧洞；混凝土；裂缝原因；加固

裂缝是水工隧洞衬砌施工中最常出现的问题之一，此问题的存在会使得隧洞的整体构造不统一，降低原来的强度，使得混凝土抗渗的作用降低，难以将隧洞原有的积极作用发挥出来。所以，本文对其预防和管理方法的研究十分关键，唯有如此才能确保今后水工隧洞的设计理念得到可持续的发展，淋漓尽致发挥水工隧洞的积极作用。

一、水工隧洞混凝土裂缝类型

1、细微性的表面裂缝

细微性表面裂缝是一种常见的水工隧洞衬砌混凝土裂缝类型，此裂缝类型一般没有规律性可循，常存在多条裂缝同时出现的情况，裂缝长度短、深度浅（不超过1mm），以闭合或略微张开的状态呈现。此裂缝不会导致渗漏，对混凝土的结构稳定性无影响，但却会对结构耐久性产生影响，会逐渐锈蚀钢筋，降低混凝土的抗冻性，致使结构被严重破坏。

2、贯穿性的有害裂缝

贯穿性裂缝类型一般会作用于整个结构面，与细微性裂缝相反，在隧洞衬砌混凝土中出现的裂缝较少，但却具有长度长、深度深及宽度宽（1-5mm或高于20mm）的特点，会贯穿于整个结构断面，形成贯穿性的通道，会导致隧洞出现严重的渗漏问题，如果不能有效治理与预防，会出现流土或围岩淘刷现象，这对于其结构的稳定性与耐久性都十分的不利。

二、产生的原因及预防分析

1、材料选择和管理方面

原材料的质量如何直接会影响工程的整体质量，目前工程中选择原材料和管理方面常会存在问题，如水泥的选取和实际工程需求不相符合；水泥在运输中没有得到防潮保护，没有检验便投入使用；粗细骨料的搭配不合理，总是存在含泥量大、片状颗粒物质含量多或有害物质过多等情况；不同季节对各材料的储存方式不合理，并未采取降温与保温措施，等等。所以，想要提升水工隧洞的施工质量，就需要对原材料进行合理选择与管理。选择水泥时需要坚持低发热量的原则，在运输时要做好防潮准备与全面的运输准备，避免任何杂物的混入。运输装修时需要对水泥的品种、标号、出厂日期及编号等进行区分，进行合理的装修，并做好便于区分的标志，确保不出现任何的混淆情况。对于各材料质量的控制需要从材料原地和检验两方面进行，如上文提到的粗骨料，需要对其含水率、含泥率及颗粒级别等进行检测，对于检测不达标的材料，需要马上对其进行清除，并做好详细的记录。对于粗骨料的温度更好控制与管理好，不妨采取搭棚、冷却等方式控制混泥土温度。合理掺入粉煤灰、膨胀剂等，提升混凝土的抗渗、裂度，使混凝土的质量更加的均匀密实。

2、隧洞开挖方面

对于水工隧洞而言，有的隧洞开挖的轮廓不完整，常会存在超挖或者欠挖的情况，超挖和欠挖部位由于衬砌或支立钢拱架等情况都会形成混凝土裂缝的情况。尤其是有些水工隧洞工程在开挖的过程中，由于底板浇筑前未清理出新鲜的岩石，会存在清基不彻底而导致浮渣等沉积材料存在的问题，导致底板混凝土和岩石间有软弱夹层，局限了其弹性抗力作用的发挥，导致裂缝的频繁出现。针对上述种种问题，需要科学进行洞段测量，避免超挖与欠挖情况的存在，提升爆破水平及成效，加大力度对相关技术人员的培训。同时，施工单位在岩基面清理时要在仓面两侧的5m外做好围挡措施，确保各杂物没有机会进入到仓面中。对仓面的内岩面、喷混凝土的表面、底板表面等进行高压性水冲洗，之后在进行深入的抽排积水。此外，对于混凝土衬砌洞段需要进行超前与局部相结合的处理措施，确保开挖处于到位状态。此外，对于扩挖的洞段要进行多层次的测量与核实，用鲜艳颜色的漆将扩挖的位置及厚度标记好，采取爆破及破碎相结合的方式，之后按照每仓3个断面的复核方式。钢筋绑扎后需要业主、监测单位及施工單位利用精准性较高的卷尺对衬砌的厚度进行详细的测量，对于某欠挖部位，施工单位需要利用风镐凿除的方式进行复性处理。

除了上述两种原因及预防对策外，还存在漏振、振捣不足或过振问题，对此，需要施工单位对于每个作业过程都要选择经验丰富的管理人员进行管理，避免施工人员随意施工情况的出现。同时对浇筑面的实情进行分析，合理优化工艺，严格遵循施工步骤，以达到合理振捣，提升混凝土密实度；此外还存在外加剂种类和用量不合理及养护不达标等问题，需要针对实际问题采取有效对策。

三、加固措施

对水工隧洞混凝土的加固方法可以选择三种方式。第一，扩大截面加固方式。此种方式是通过植筋加固技术在新形成的混凝土结构中植入钢筋，以此来达成提升结构物承载力及确保新旧混凝土结构连接的目的；第二，外包刚加固方式。此方式能确保混凝土结构的变形率，将钢板的抗拉强度作用发挥出来，使两者融为一体，提升加固后构件的抗压、抗弯及抗剪力；第三，预应力加固方式。此种方式的加固主要依靠施加预应力拉杆加固和施工预应力的支撑加固。

总结：

水工隧洞的开裂问题十分的复杂，但是为了将水工隧洞的积极作用发挥出来，需要对导致混凝土裂缝的各因素进行分析，针对实际问题采取有效的预防及加固措施，最大限度降低水工隧洞的裂缝率。

参考文献：

[1]浅谈水工隧洞施工质量隐患及保证施工质量的建议[J]. 侯振伦. 山西水利科技. 2017（01）

[2]浅谈水工隧洞设计方法[J]. 吴琨. 珠江水运. 2016（12）