引水隧洞混凝土裂缝防治及加固处理措施研究

陈庆群

(安徽省安庆市怀宁县水利局，安徽 安庆 246121)

混凝土结构中裂缝是普遍存在的现象。在引水隧道工程中混凝土结构中存在裂缝将会严重影响到水工建筑物的耐久性。在裂缝发展初期为表层裂缝，表层裂缝对混凝土结构的安全性影响较小，随着应力在裂缝处不断集中，将会逐渐发展成为浅层裂缝或者深层裂缝，将会对结构安全产生影响。目前，影响混凝土裂缝形成的因素众多。在外力作用下，如剪力[1]、拉力[2]、压力[3]以及弯矩[4]作用下，混凝土均有可能产生破裂。除了外加荷载引起混凝土结构破裂外，仍有一些因素将会导致混凝土结构产生裂缝，如：混凝土结构设计不合理难以满足工程需求[5]；混凝土浇筑材料质量不合格、各材料配比不合理[6]；外加剂不合适[7]；混凝土自收缩以及碳化[8]；温度变化引起结构表层裂缝[9]；施工质量不达标[10]；混凝土养护时间不足[11]；隧洞基础不均匀沉降或边拱受力不均匀[12]等。

本文针对混凝土结构中易出现裂缝的问题，对混凝土裂缝危害性进行研究，并根据实际工程提出相应的预防和防治措施。

1 引水隧洞混凝土结构裂缝危害性分析

1.1 混凝土裂缝类型及危害性等级分类

不同的裂缝类型、裂缝发展的不同程度对引水隧洞混凝土结构的危害性不同。引水渠道混凝土结构缺陷形成原因及危害性如表1所示。

参考混凝土结构中的混凝土裂缝分类标准和混凝土坝的混凝土裂缝等级，也可将引水隧洞中的混凝土裂缝分为4个等级：轻微裂缝、一般裂缝、严重裂缝、特严重裂缝。见表2。

表1 引水渠道混凝土缺陷类型、成因及危害特征

表2 引水渠道混凝土裂缝等级及其危害性

1.2 引水隧洞混凝土裂缝危害性等级评价指标体系建立

可使用一个函数阈值来表达混凝土裂缝等级评价指标指标体系：

R={Ci,σ,ω}(1≤i≤4)

(1)

通过对多个引水隧道混凝土项目资料的收集，选取了8个因素作为引水隧洞混凝土裂缝等级的评价指标。使用SPSS软件对收集的数据进行神经网络分析，获取每个评价指标的权重，指标选取及权重如表3所示。从表3可以看出，工程重要程度为影响混凝土裂缝危害性等级的最重要因素。

表3 引水渠道混凝土裂缝评价指标体系

2 施工阶段引水隧洞混凝土裂缝防治措施

在工程施工阶段混凝土裂缝防治可从以下几个方面进行控制：(1)浇筑材料的选取及质量控制。(2)施工工艺质量控制。(3)施工环境温度控制。(4)新技术的使用。

浇筑材料是保证引水隧洞混凝土结构质量达标的基本条件，科学合理的材料选取及配比可以保证结构强度的同时具备一定的经济性。施工工艺质量控制是将设计方案转化为现实，没有较好的施工工艺质量控制，再好的设计方案也难以达到预计的目标，因此，在引水隧洞混凝土衬砌施工过程中应当严格按照施工工序进行，使用多种运输工具完成混凝土的运输，使用跳仓浇筑的方式防止混凝土浇筑过程中温度较高，混凝土材料的振捣必须充分不可漏振也不可过振，完成混凝土浇筑工作后，需要对混凝土表面抹光压实并按照要求进行养护。温度不适宜是引起混凝土结构产生裂缝的一个重要因素，施工阶段主要采取以下两种方法防止混凝土温度过高：(1)在混凝土浇筑前，降低混凝土的温度。(2)降低混凝土与外部环境之间的温差，降低温度梯度差。目前，防止混凝土结构产生裂缝的新技术主要包括：(1)微生物技术。利用微生物新陈代谢过程中形成碳酸结晶体的特点，在使用过程中需要维持微生物能正常存活的外部环境。(2)纳米技术。用纳米材料可以改变混凝土自身的特征，降低吸水率，提高密实度从而改变混凝土的防渗性质。

3 引水隧洞运行期混凝土裂缝加固处理措施

在引水隧洞运行期间，仍有可能产生裂缝，目前，常用的混凝土裂缝加固处理措施主要包括：(1)表面封填法。(2)灌浆法。(3)嵌缝法。表面封填法适用于表层裂缝，裂缝对结构安全性影响较小的情况；灌浆法使用加压法将浆液注入混凝土结构中，当浆液凝固后与原有结构相结合形成一个整体；嵌缝法是将裂缝周围进行扩宽形成“U”型或者“V”型凹槽后，清除杂物，使用材料重新进行封填，从而达到加固裂缝、防渗止水的效果。

在工程实践中伸缩缝位置为裂缝经常出现的部位，通过工程经验积累提出一种新型的伸缩缝加固结构。结构如图1所示。伸缩缝止水材料采用新型材料，该种类型材料具备较好的物理力学性质，在保证伸缩缝整体结构稳定性以及混凝土结构强度方面具备较好的效果。该材料满足新时期的环保要求。通过对多条伸缩缝的处理，取得了较好的使用效果。

混凝土裂缝封填加固处理施工工艺如下：

(1)清污。对待处理裂缝基面进行清理。

(2)对引水隧洞衬砌结构伸缩缝连接处的泡沫板进行清理。

(3)清除混凝土结构基面上的凸起和碳化部分。

(4)在清洁完毕后的混凝土表层涂刷修补裂缝的材料，在材料固结后，使用高压气枪再次进行清理。

(5)底漆施工。首先需要将底漆所用材料进行充分的搅拌混合，然后将混合后的底漆材料均匀的涂抹在混凝土基面部位，当底漆完全固结硬化后再进行下一次底漆的涂抹。

(6)裂缝封填施工。使用手持聚脈灌缝机对引水隧洞衬砌结构中的混凝土裂缝进行封填，填充材料必须密实。

(7)表面封填。封填完成后，要求封填表面平整、无凸起、无裂缝。

图1 伸缩缝加固结构

4 结 论

(1)引水隧洞混凝土结构在设计、施工以及运行的各个阶段均有可能产生裂缝，裂缝的产生对混凝土结构稳定性、耐久性、美观性均会产生一定的影响。在设计、施工、运行阶段均需引起足够的重视。

(2)将引水隧洞混凝土裂缝分为4个等级，选取了8个因素作为裂缝等级评价的指标，使用SPSS法获取了各个因素的权重，工程重要程度以及衬砌结构是影响混凝土等级的最重要因素。

(3)针对混凝土结构接缝处易于出现裂缝的特点，提出了一种新型的伸缩缝封填方式，使用的新型材料可以满足工程环保和材料强度要求。