隧道内衬钢筋保护层不足的成因分析及治理

张文涛

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司，天津300308）

0 引言

隧道工程在施工过程中内衬钢筋保护层是重点，对提升隧道工程施工质量有重要意义，也是保证施工中施工人员和机械设备安全的主要途径。但在具体施工中，受到对内衬钢筋保护层重要性认识性不足、垫块安装数量不足、安装不规范等因素的影响，经常发生内衬钢筋保护层厚度不足等问题，严重影响了施工的质量。此外，在隧道拱顶钢筋绑扎后，在混凝土浇筑过程中，导致钢筋发生了不同程度的下沉和变形，也容易造成内衬钢筋保护层厚度不足。在隧道工程施工中，如果内衬钢筋保护层厚度不足，就容易造成钢筋外漏，增加腐蚀速率，从而降低了隧道工程的使用寿命。因此，在具体施工中，为提升隧道工程施工质量，保证耐久性符合设计要求，就必须高度重视内衬钢筋保护层施工质量。基于此，开展隧道内衬钢筋保护层不足的成因分析及治理的研究就显得尤为重要。

1 工程概况

铜鼓至万载高速公路宜丰联络线新建工程C3标段全长2 200米，起止桩号为K14+300～K16+500。本标段位于宜丰县双峰林场境内。主要构造物有双峰隧道一、双峰隧道二。双峰隧道一为分离式短隧道，左侧长度为445米，右侧长度为425米；双峰隧道二为分离式特长隧道，左侧长度3 285米，右侧长度3 265米，本标段的双峰隧道长度左侧长度1 305米，右侧长度为1 310米。主要桥梁为双峰高架桥，左幅长度为128米，右幅长度为158米,采用预应力混凝土简支连续T梁桥结构。主要通道涵2道，其中K14+300为4×4m通道盖板涵洞（变更后），长度为49米；K14+975（变更新增）为4×4m通道盖板涵洞，长度为64米。

2 钢筋保护层漏筋问题

在本隧道施工后，进行检修时，发现部分内衬钢筋混凝土保护层发生了不同程度的脱落和缺失，致使一些钢筋裸露在空气中，并发生了不同程度的锈蚀，需要进行及时治理，否则会影响隧道工程的安全性，缩短使用寿命[1]。

3 内衬钢筋保护层不足的原因分析

大量工程实例表明，内衬钢筋保护层不足是引发露筋的主要原因，所谓露筋指的是在钢筋混凝土结构中，由于混凝土脱落，致使内部钢筋裸露在空气中。而引发钢筋露筋的原因有很多。就案例工程而言，通过现场观察，并结合同类工程施工经验，分析出引发露筋最主要的原因是二衬模板台车在进行隧道衬砌过程中，发生了不同程度的上浮，从而导致隧道拱部的模板和钢筋的距离变小，以致内衬钢筋保护层不足，主要原因体现在以下几个方面：

第一，在隧道衬砌过程中，钢筋骨架摆放的精度不足，没有根据工程实际需求，合理放置钢筋垫块或者垫块数量不足，导致钢筋和模板的距离近，甚至紧贴着模板，当模板拆除以后，就会发生钢筋外漏问题[2]。

第二，在内衬钢筋保护层施工中，垫块强度不足，在实际施工中，保护层垫块缺失，硬度和强度不足，承载力不足难以支撑钢筋混凝土施工的重量，从而被压碎。

第三，在混凝土配制过程中，所选择的混凝土的粗骨料粒径大于钢筋间距，再加上混凝土的漏振现象比较严重，混凝土固化后存在严重的蜂窝和孔洞，从而引发了钢筋外漏问题。

第四，在内衬钢筋保护层施工中，由于钢筋自重不足，从而导致架立筋发生了不同程度的变形和弯曲，使得钢筋发生下移，从而发生露筋问题[3]。

4 治理措施

在内衬钢筋保护层不足治理过程中，要根据具体情况，具体分析。比如：针对露筋比较浅的缺陷，可先用钢丝刷对混凝土基层进行清理，清理结束后，再用硅烷涂抹3～5遍，避免空气中的水分、有机物等锈蚀钢筋和混凝土。如果露筋问题比较严重，可采用如下方法进行治理。

4.1 合理选择治理材料

在本工程内衬钢筋保护层不足治理中，选择的材料包括以下两种：

第一种是环氧砂浆，采用了Sika-31双组分、触变性环氧粘结剂，此种环氧砂浆普遍具有很强的振动和易性、强度高、粘结力强等。应用在隧道内衬钢筋保护层不足治理中，可有效提升治理后的强度和使用寿命。适用温度在10℃～30℃之间，Sika-31双组分、触变性环氧粘结剂在10℃时，经过10d的自然干燥，其强度在50N/mm2以上，可有效满足本隧道工程内衬钢筋保护层不足治理质量和效果的要求。但在使用此种材料时，应当预留出相应的试块，待强度符合要求后，还要进行抗压强度试验，确认达到施工相关标准和要求后才能应用于具体施工[4]。

第二种材料是硅烷。硅烷是一种特殊的小分子结构，和混凝土材料之间有很强的亲和力，可轻易渗透到混凝土之中。硅烷具有很强的活性，暴露在空气中，能够和空气中的水分发生化学反应，生产一种经基团，此种经基团可以和混凝土材料之间进行相互交联，从而在混凝土毛细孔壁之上形成一种具有牢固憎水性的有机硅网络保护层，从而阻止空气中的水分、腐蚀性介质、有害物质等进入内衬钢筋保护层造成破坏，大量工程应用实例表明，在内衬钢筋保护层不足治理中有效应用硅烷，可大幅度提升混凝土结构的防水性能、抗冻融性等。

4.2 施工设备、工具、电力

在本隧道工程内衬钢筋保护层不足治理中，主要应用到的设备包括：2台磨砂机、4把钢钎铁锤、2台搅拌电钻等。施工安全设备包括甲烷、一氧化碳检测仪器1台，对讲机若干，充电式照明灯4个等。施工用电为临时用电，为避免发生断电问题，在施工现场配制了2台柴油发电机。

4.3 施工过程

4.3.1 缺陷处理作业流程

根据内衬钢筋保护层不足现场施工实际情况，编制内衬钢筋保护层不足治理流程，主要工序包括：编制检查计划和交底，通过天窗时间进行全面检查，确定内衬钢筋保护层不足治理范围，确定治理施工流程，进行施工人员培训，完成技术交底工作，天窗时间修补作业，组织人员对施工质量进行验收。并根据工程需求合理安装钢筋保护层垫块（60cm×60cm一块），保护层钢筋头（5cm长），具体如图1所示：

4.3.2 露筋处理施工工序

图1 安装钢筋保护层垫块图

露筋处理是内衬钢筋保护层不足治理的核心环节，为保证露筋处理效果，采用了如下施工工序，先搭设施工作业平台，利用专业设备对露筋不足的位置进行凿毛处理，接着涂抹环氧砂浆大，再用硅烷机械能防腐喷涂，最后拆除平台[5]。

4.3.3 施工作业平台搭设

由于本隧道工程的断面为圆形，露筋多位于隧道顶部，考虑施工时间、安全质量等因素的要求，采用了门式脚手架为作业平台，高度控制在3.8m左右。具体如图2所示：

4.3.4 剥除表层混凝土及残渣

图2 施工作业平台搭设图

内衬钢筋保护层不足附近30cm左右的混凝土全部凿除，并彻底露出钢筋，用钢丝刷进行拉毛处理，然后用清水处理干净，自然风干或者表明烘干以后，再进行环氧树脂填充，提升环氧树脂和混凝土粘结的效果。

4.3.5 进行SIKA环氧砂浆涂抹作业

由于环氧树脂涂抹的厚度比较大，因此，本工程采用了分层涂抹的方法，从而更好地保证内衬钢筋保护层不足治理效果，具体做法为：按照内衬钢筋保护层不足治理实际要求，配制环氧砂浆，然后用专业的抹刀涂抹在混凝土基层之上，为保证涂抹的质量，每层涂抹厚度控制在3cm左右，配制好的环氧砂浆要尽量在30min用完，超过30min要重新配置，养护时间不能少于7d。

环氧树脂砂浆主要性能指标见表1。

表1 环氧树脂砂浆主要性能指标

4.3.7 表面喷涂防腐涂层

等环氧砂浆彻底凝固，养护完成后，吹干表面的水分，然后涂抹3层硅烷做防腐处理，保证涂抹的均匀性，控制涂抹时的温度在4℃～40℃之间，硅烷开启后必须在72h内用完[6]。

4.4 施工注意事项

混凝土表面经上述处理后，表面可能附着垃圾和尘埃，可能会导致黏结强度下降，所以必须除去表面处理产生的碎屑等污物，用水冲洗干净并使其干燥。涂底胶的混凝土表面必须干燥，涂底胶时的气温必须不低于5℃。涂抹材料时底胶表面必须干燥无水分。所涂抹的材料必须与混凝土构件表面紧密粘贴。补全内层钢筋：先安装环向钢筋（Φ22，间距20cm），再安装水平钢筋（Φ12），然后安装两层钢筋之间箍筋（Φ8）内层钢筋安装完成后效果如图3所示：

图3 内层钢筋安装完成后效果

加固补强时，必须按施工环境等要求做好施工后的收尾工作，内容包括表面涂装，以达到加固层的耐久性、美观、防水等外部保护诸多效果。必须采取有效措施将施工废料等垃圾统一收集，集中处理，防止污染环境，同时做好作业人员的防护工作，保障人员安全。

5 结束语

综上所述，本文结合工程实例，分析了隧道内衬钢筋保护层不足的成因分析及治理，分析结果表明，在隧道工程施工中，受到多种因素后的共同影响，难免会发生隧道内衬钢筋保护层不足问题，从而影响施工质量和施工的安全性。为提升隧道工程施工质量，需要先弄清楚发生隧道内衬钢筋保护层不足的主要原因，制定有针对性的处理方法。通常采样环氧砂浆+硅烷的治理方法，可有效降低隧道内衬钢筋保护层不足对隧道工程施工质量的影响，此种治理方法，施工便捷，操作简单，成本较低，值得大力推广应用。希望能为把控隧道露筋处理技术提供些许参考。