水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究

李维军

中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司

1 引言

水工隧道混凝土裂缝不仅会降低结构的承载能力和耐用性，还会引起内部钢筋的腐蚀，造成严重的结构老化和损失。对于水工隧道工程需要严格控制裂缝，并避免内部钢杆的腐蚀。由于水压力、土壤压力和热应力的长期综合影响，水工隧洞混凝土结构中极易的出现裂缝。因此，预防和控制裂缝和实施有效地加固措施，进行工程研究预防隧道混凝的裂缝，可以很大程度的提高了使用寿命和安全性能，减少的建筑单位资金的投入，有效地降低施工作业成本并提高运行效率。

2 水工隧洞裂缝概述

在水工隧洞施工过程中，出现裂缝主要有两种类型，水力隧道的伸缩缝处的漏水和隧道的深层裂缝。伸缩缝渗水主要原因可能是膨胀缝在施工过程中未得到有效处理，或者在进出混凝土路面的施工过程中未采取相应的热防护措施，温度的差异容易造成钢筋混凝土结构出现裂缝。对于深度的裂缝，主要是由于在进行混凝土支架施工过程中，建筑材料的水化造成的，导致了裂缝的出现。目前，裂缝已成为水工隧道施工中相对普遍的质量缺陷，因此必须采取有效措施来控制隧道中裂缝的形成。在水工隧道的长期运行中，它必须承受诸如水压、围岩压力、温度应力和主压力之类的复合载荷。混合荷载会在水工隧道的凝结结构中造成裂缝。此外，人们对建筑物安全性和环保性的要求也在不断提高。设计标准较低的建筑物不能满足人们的建筑安全要求。对于破裂或无法满足工程设计标准要求的液压隧道，必须采取有效地步骤进行升级，裂缝的预防和控制可以有效减少液压隧道中裂缝的形成。水工隧道中混凝土的裂缝是不可避免的工程问题。加强预防和避免伸缩缝渗水的水工隧道成为另一项技术挑战。

3 水工隧洞的加固诊断与分析

在进行水工隧洞的裂缝诊断以及进行加固分析时，应注意形成建筑物裂缝的原因，并分析裂缝的等级划分，必须注意不断监视其发展趋势。在加固施工中，提高液压黄铜裂缝加固的质量，可以有效地提高水压隧道结构的整体稳定性，使工程建设经济得到保障。水工隧洞混凝土可能会在不同方向和不同深度处出现裂缝的情况，这必将对建筑结构的整体安全性产生严重影响。不同的裂缝通常会在不同的水平上损坏混凝土结构，因此要有效地确保结构的强度和均匀性。可以有效地延长工程的使用寿命。根据水工隧洞混凝土根据裂缝情况可划分为不同等级的破坏程度。通过对水工混凝土结构的裂缝危险程度进行分析，可以确定需要从裂缝力学的角度对结构稳定性和裂缝稳定性进行深入的分析，有效地提高了水工隧道结构的承载能力。在正常情况下进行分析时，可以分为开放式，滑动开放式和撕裂开放式三种裂缝的稳定性分析，当进行单元裂纹的数值模拟时，可以尝试应用模型测试方法，记录和观察混凝土结构中不同等级的裂缝，并清楚明确地了解其形成的整个过程。

4 水工隧洞混凝土裂缝成因

4.1 外部载荷引起的裂缝

由于结构承受的内力不同，因此裂纹的形状将有很大不同。对于这样的裂纹，由于两点对称的加载作用，会发生由大的外部载荷引起的结构弯曲现象。应力裂纹通常在部件中显示为本质上是扩展的结构裂纹，对于这种类型的裂纹，通常会对钢筋混凝土结构造成更大的破坏。压缩裂缝是混凝土结构施工过程中最常见的形式，压缩应力超过了钢筋混凝土的抗压强度，这就造成了结构应力线性下降。

4.2 内部载荷引起的裂缝

内部载荷引起的裂缝更为普遍。这些裂缝的原因在于，原材料的质量不符合行业相关的标准要求，混凝土结构的设计与实际的施工要求严重不符，以及混凝土材料的不合理配比是造成此裂缝的主要原因。在混凝土施工过程中若出现不合理的结构，形成的结构裂缝将在纵向和周围方向延伸。原材料质量不合格或者不符合施工环境，将直接影响工程施工的整体质量。在水泥材料运输过程中，混凝土的含水量可能会发生改变，将在一定程度上影响材料的整体质量性能。在施工过程中，没有合理的选择添加剂，或者添加剂的用量和类型不符合本工程项目，将直接导致混凝土结构的裂缝。在选择添加剂的数量和类型时，混凝土结构的内部应力收缩现象通常是由于数量和类型的选择不合理所致，这也引起混凝土材料的干结块，导致了混凝土的表面裂缝。

4.3 温差太大的原因

如果温度变化太大，衬砌混凝土将收缩并开裂。隧道通风不良温度过高时，这将不利于散热，这在南部的水工隧道施工中很常见。隧道始终处于高温状态。当温度升高时，湿气蒸发并冷却，难以保持良好的混凝土状况，整个施工环境以及混凝土温度的变化都会导致裂缝的形成。

4.4 由钢筋拉伸引起的裂纹

在短时间内建造的水工隧道中，当外部承受很大压力时会出现裂缝，这种裂缝会给整个隧道带来安全隐患，并影响混凝土的质量。

4.5 由于地质和水文条件变化引起的裂缝

地下水处于不断运动中，其分布条件具有一定的特征，尽管在施工前对水工隧道进行了检查，并根据施工设计图施工，但地下水在不断地变化，施工情况与原来想象大不相同，所以也会引起裂缝。

5 水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究

5.1 施工质量控制

水工隧道的结构的质量直接影响项目的整体安全性和稳定性，结构工程师应根据项目实际情况合理的设计安全的结构，要求建筑工人按建筑设计图纸进行合理的施工。如果不正确的施工，这不仅会浪费大量的材料，劳动力和资金，还会影响结构的整体安全性能。在混凝土的运输、浇铸和振动，施工单位以及监理单位必须严格按照标准进行验收。在固化过程中要注意混凝土的水分，严格控制温度变化，降低混凝土的变性速率，并且保证混凝土的抗压强度水平满足结构设计的要求[1]。

5.2 温度的控制

在水工隧道混凝土施工中，形成的裂纹的通常是由温度所引起的。因此必须降低进入储存仓库的混凝土的温度，添加冰块减少搅拌过程中混凝土水化热的反应，可以降低混凝土的温度。还需要减小混凝土内部和外部之间的温差。在混凝土搅拌过程中，水合反应将释放出大量的热量，很容易导致混凝土的表面温度不均匀导致裂纹。在铸造过程中，只要避免温度不均匀，就可以最大限度地减小温度应力减小破裂的可能性。国外在分析大量混凝土时特别注意混凝土材料的选择，就温度升高而言，大多数外国都使用预冷或喷水冷却。研究如何有效地提高我国混凝土结构的抗渗性和防水性，将通过合理化促进混凝土结构的发展，从而有效地防止裂缝的形成[2]。

5.3 纳米技术或高科技微生物技术

先进技术的使用可以提高混凝土的性能并减少裂缝的形成。在高科技微生物技术的使用下，一些细菌可以通过环境中的砾石和有机物之间的反应使碳酸钙晶体沉淀，从而提高骨料之间的凝结能力。纳米技术是使用纳米材料来提高混凝土材料的稳定性和耐久性，减少混凝土中的水含量，增加骨料密度，并且可以有效地改善混凝土材料的密封性。这些高端和新技术使预防裂缝从源头开始，提高了结构之间的黏结强度，保证了混凝土的良好性能和耐久性[3]。

5.4 粘钢结钢筋混凝土技术

利用粘合剂层将钢板黏结到混凝土表面，从而使钢板和混凝土结构分担荷载，从而达到加固的目的。钢筋混凝土技术的附着力还可以有效地控制裂纹的形成和裂纹的连续膨胀。这是水工隧道有效地混凝土裂缝加固策略。与传统的混凝土加固技术相比，钢骨混凝土加固技术的施工步骤相对简单，施工方便，有效释放钢板的性能。而且固化时间较短，施工速度相对较快，对结构的正常使用没有影响。它对结构的重量影响很小，与混凝土结构相比，钢板的厚度和重量较小，并且结构的重量较小。并且该技术补强效果好，有多种胶粘剂可以很好地黏附在混凝土基础表面，可以充分影响钢板的强度，提高混凝土的抗裂性和防水性[4]。

5.5 碳纤维增强混凝土技术

该技术使用粘合剂层材料将碳纤维布粘合到混凝土结构的表面，从而使碳纤维和黏结混凝土结构以实现结构加固并改善结构性能的目的。粘合剂层的材料包括浸渍的树脂胶，流平材料和涂料。作用是填补混凝土基础表面的细纹和其他缺陷，以改善建筑表面的平整度；包层材料的主要功能是改善混凝土，结构的附着力提高了接头的接缝强度。碳纤维更轻更结实，对混凝土重量的影响可以忽略不计，可以改善结构的整体强度，并且它具有更好地耐腐蚀性，由于碳纤维不会与酸碱盐发生化学反应，因此其稳定性更好[5]。

5.6 建立全面的防裂措施

对于混凝土中的水力裂缝，其原因有多种，全面的防裂措施，有效确保了水工隧道的安全运行。在评估和分析裂纹危害时，应选择合理的应用方法，进行现场检查监控和结构计算分析，并且应将智能和数字技术积极引入该方法中。将结构裂缝的发生概率降到最低。根据现场检测方法方法的实际应用，以确定项目施工现场的实际状况，并将其作为制定优良预防措施的重要依据。

6 结束语

综上所述，我国建设施工广泛的应用钢筋混凝土结构。该结构的实际应用取得了较为理想的效果，有效地提高了建筑结构的整体安全性。在水工隧道的施工中，裂缝是一个长期存在的问题，这势必会对混凝土结构的整体安全性和稳定性产生一定的影响，因此本文详细地分析具体问题和分析裂缝的原因，并且对结构加固和预防提供了一些有效地措施和应对方法。