某顶管工程用钢筋混凝土排水管裂缝成因分析

2021-01-08张志军

广东建材 2020年12期

张志军

（广东省建筑材料研究院）

随着顶管施工技术迅速的发展和广泛应用，顶管施工已能适应各种复杂的地质条件。由于地质的复杂性，对所用钢筋混凝土排水管的质量也要求越来越高，管材不但要求有足够的强度、外压荷载能力，而且对管材的抗渗漏能力也有很高要求。如管材有裂缝隐患或在顶进过程中有时会出现管材开裂的现象，将会影响到整个管道闭水性能和使用寿命。笔者就某顶管工程所用管材存在的裂缝问题进行调查和分析，找出裂缝成因，并提出后续处理建议。

1 概况

该顶管工程输水管线全长约790m，管线大部分地质条件复杂，施工难度大。施工管线从湖底穿过，顶线最大深度15m，顶管顶进的风险大，防水要求较高。采用钢筋混凝土排水管为离心成型柔性接头A 型钢承口管，规格为DRCP Ⅲ1650×2500，壁厚165mm，强度设计等级C60。

经对现场勘查顶管工程的管材堆场（见图1），堆场管材有未经过施工的，也有顶进施工过程中发现端口出现裂缝返回工地堆场的（见图2）。部分未施工管材出现裂缝，裂缝主要出现在管承插口（含边角）处，在内壁出现裂缝的情况也较为普遍（见图3、图4），裂缝多为长度方向的狭长裂缝。现场对裂缝进行了裂缝宽度、长度等方面的检测，裂缝长度在10mm～50mm，裂缝宽度多在0.15mm 以下。少数管材裂缝长度达80mm 左右，宽度达0.3mm，严重的甚至有贯穿性裂缝。

图1 管材堆场

图2 施工管材承口开裂

图3 管材端口（含边角）处裂缝情况

图4 管材内壁裂缝情况

在现场对一节已经过施工管材（代号①）、两节未进行施工管材（代号②、③）的管身混凝土进行抽芯检测，检测依据参照GB/T19496-2004《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》进行，经检测，①、②和③管材管身部位芯样的混凝土强度推算值检测结果分别为70.4MPa、72.9MPa、73.4MPa；76.5MPa、72.3MPa、77.9MPa；67.3MPa、65.3MPa、69.3MPa。

2 裂缝成因分析

2.1 管材砂浆层偏厚是裂缝产生的内因

所用钢筋混凝土排水管是采用离心成型工艺生产，离心过程中在离心力作用下，比重相对较大的粗骨料会向模具内壁方向集中（即管材外壁），而比重相对较小的水泥浆和细骨料会集中在管材内壁，因此，在管材内壁出现砂浆（水泥浆）层现象较为普遍。但是，从对未施工的管材管身钻芯样中查看管材混凝土（见图5）以及破损管材管身内部混凝土（见图6）情况来看，部分管材混凝土砂浆层有过厚的现象，有些砂浆层厚度约在3cm 以上。裂缝产生于砂浆层表面，并多向里伸入1cm～3cm。

图5 砂浆层过厚，裂缝深入砂浆层

图6 管身内壁混凝土有裂缝，砂浆层过厚

GB/T 11836－2009《混凝土与钢筋混凝土排水管》对管材的标准要求中，钢筋混凝土管内表面裂缝宽度不得超过0.05mm，表面龟裂和砂浆层的干缩裂缝不在此限。干缩裂缝通常出现在管材生产时，由于集料级配不合理，如砂集配偏细砂，或由于混凝土配方不合理，或由于违反离心制度操作，如大口径管离心直接跳过中速进行高速离心，往往会容易造成砂浆层过厚的情况。一般来说，与混凝土相比，砂浆（或水泥浆）的收缩相对较大，抗拉强度相对较小，更容易产生收缩裂缝。尤其对于高强度混凝土，由于其水灰比小，混凝土中的水泥用量大，收缩裂缝更容易出现。

但砂浆层过厚造成的隐患不可忽视，承口处是顶进受力部位，砂浆层因缺少粗骨料，强度偏低，往往是受力的薄弱处，容易裂缝扩展进而出现破损。

2.2 外界环境条件是裂缝扩展的外因

管材的裂缝随着时间的推移，受昼夜冷热变化和季节变化等外界条件影响，会进一步扩展。

从裂缝产生的机理看，由于水分蒸发，裂缝因干缩产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度而产生。管脱模后，混凝土含水量较大而空气湿度相对较小，混凝土表面水分急剧蒸发，形成很大的混凝土内外湿度梯度，混凝土表面在很大的乱向拉应力作用下而被拉裂。后期毛细孔水份进一步蒸发，毛细孔的表面张力使混凝土产生收缩应变加大，当该应变超过混凝土抗拉强度时，使得裂缝进一步扩展。

因此对管材早期及中后期加强养护是很重要的，可以减少裂缝的产生和扩展。

管材堆场处于海边并且没有设置遮棚等防晒设施，也没有淋水养护措施，存放条件不理想，堆放的管材长期受海风吹、日光晒等的环境影响。另外，当地温差变化大，这就加大裂缝的产生和扩展。