175康成福浅析隧道裂纹病害整治.docx
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175康成福浅析隧道裂纹病害整治
浅析隧道裂纹病害整治
(隧道工)
论
文
姓名:
康成福
单位:
中铁隧道集团股份有限公司
浅析隧道裂纹病害整治
康成福
中铁隧道集团股份有限公司
摘要:
在山岭隧道施工中,二次衬砌混凝土裂缝成为带有一定普遍性的质量问题。
文章针对混凝土裂缝产生的原因,提出裂缝的预防和治理方法,对提高混凝土衬砌施工水平有借鉴意义。
关健词:
隧道二衬混凝土裂缝原因分析防治
0引言
随着国民经济的发展,山岭地区新建隧道工程所占的比例逐步增大。
隧道二次衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺,但因自然因素及施工操作不当等因素而随之产生了裂纹,表现为施工交接缝及墙体中度性裂纹,以线性、麻形为主。
这种病害,不仅影响了美观,一定程度上增加了铁路运行之隐患,施工中必须采取合理的工程技术措施,控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度。
1裂缝的类型
1.1干缩裂缝
混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失,使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形,由于受到围岩和模板的约束变形产生应力,当应力值超过混凝土的抗拉强度时,就会出现干缩裂缝。
干缩裂缝多为表面性的、纹理较细小,走向没有规律。
影响混凝土干缩裂缝的因素主要有:
水泥品种、用量及水灰比、骨料的大小和级配、外加剂品种和掺量等。
1.2温度裂缝
水泥水化过程中产生大量的热量,在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超过混凝土内外的约束力时就会产生温度裂缝。
裂缝宽度冬季较宽,夏季较窄。
温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关。
1.3荷载变形裂缝
地质原因或防水设施处理不当、围岩沉降产生荷载; 仰拱和边墙基础的虚碴未清理干净,混凝土浇筑后,基底产生不均匀沉降;模板台车或堵头板没有固定牢固,以及过早脱模或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝。
荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大,已经引起了广大工程技术人员的重视。
1.4施工缝(接茬缝)
施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间,继续浇筑混凝土时,原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理,或者凿毛后没有用水冲洗干净,也没有铺水泥砂浆垫层,就在原混凝土表面浇筑混凝土,致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。
2裂缝形成的原因分析
2.1设计粗糙、施工随意性大
由于多方面的原因,勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作,隧道围岩类别评价及支护结构等级设计缺乏科学依据,带有一定的盲目性。
个别建设单位限于自身管理和专业技术水平的欠缺,任意变更原设计。
2.2施工工艺或现场操作不规范
隧道开挖成型差,衬砌混凝土厚度严重不均匀;欠挖或初期支护侵入衬砌限界,造成衬砌混凝土厚度不足。
个别隧道衬砌混凝土背后存在脱空、防水处理不当、防水板破漏等现象;未开展监控量测工作或量测流于形式仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间,安全可靠性差;造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力,混凝土生产时原材料计量误差大,尤其外加剂的掺加随意性大,没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。
在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍,采用整体式钢模板台车施工,混凝土浇筑时不振捣或漏振,混凝土均质性差;盲目追求施工进度,随意提前脱模时间,使低强度混凝土过量承受荷载,破坏了混凝土结构。
脱模后没有进行混凝土的潮湿养护;夏季施工时砂、石料露天堆放,无切实有效的降温措施,混凝土入模温度高。
冬期施工时采取的防寒保温措施不力。
2.3原材料质量差、配合比设计不合理
水泥品种选择不当,安定性不良。
碎石、砂级配差,含泥量超标,碎石中石粉含量大,针、片状物过多,影响了水泥与骨料的胶结。
进行配合比设计时,忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响,错误认为水泥用量越多,混凝土强度越高。
对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导,往往达不到预期的效果。
3混凝土裂缝的治理
3.1材料选择
在整治时,首先要考虑到裂纹整治材料对混泥土原有的结构是否有负面影响,以及对环境保护等要求。
经过我多年现场治理经验,采用防开裂性能稳定,对原有结构没有负作用,符合相关要求的高弹性、高强度以及抗拉性、抗腐蚀性性能较强的EP-01环氧树脂高分子环保型化学注浆等材料。
(1)EP-01高分子分学材料性能
该高分子化学材料是指以邻苯二甲酸二丁酯和乙二胺进行化学合成而制成的高分子化合物,它具有高弹性、高强度、抗拉性能、抗腐蚀性性能较好的多重功能,它本身形成的高分子化合物的化学性质极其稳定,并有高强度膨胀的特点,在裂纹缝中长期固化时,对人体无害,对混泥土结构无污染。
(2)EP-01高分子化学材料的适应性
该材料可用于各种结构0.1mm以上的裂纹,还可用于混泥土结构补强、加固和链接断裂构件,对环境要求不高,无论在酸性,碱性介质中,还是在水泥砼碴中,甚至在含有矿物质中均能固化,固化率极高(摘自由同济大学出版的《土建注浆施工效果检测》)等特点,特别适合于山体隧道的裂纹整治。
(3)固化材料
固化材料是与主材料EP-01高分子材料按一定的比例配制而成的有机材料,其对注浆液有一定的固化、速凝、防水性能,固化后使原液态浆变成固态高弹性高分子聚合物。
(4)稀释材料
稀释材料选择二甲苯、丙酮、丙烷、无水乙醇等稀释剂,对高分子EP-01材料有一定的稀释作用,以便于控制EP-01和固化剂配比后形成的化学浆液凝固速度,这样对注浆效果和质量有一定的作用。
(5)SK-02材料性能
该材料是一种以无机材料为主,以有机高强度抗震性能较好的材料合成的高分子粘合材料,以裂纹缝嵌入、粘合具有较好的处理性能。
(6)JS-981聚合物水泥防水涂料的性能
该材料对山体隧道、地下室、泳池等混凝土结构裂纹具有一定的胶粘、防水、抗腐蚀等性能。
(7)RF、粘合剂的性能
封堵材料RF-6是一种以无机材料为主,以有机高分子材料改性的优良粘合材料,它具有无毒、速凝、抗渗、高粘合等作用,施工方面,它与配制的防水保护砂浆有粘接强度大,速凝性能好,适用于裂纹施工并微胀,抗压、抗拉等技术指票都优越。
(8)RF-500抗渗材料性能
RF-500是以无机材料为主的粘合柔性材料,实为水泥砼体粘合剂。
3.2 施工作业准备
(1)原材料及辅助材料的准备,对于原材料及辅助材料派专人专职保管,以保证材料的质量和化学性能。
(2)对于裂纹施工操作的基面进行必要的清理,然后用电锤打好注浆孔。
(3)对于施工环境作实地考查,以便于及时调整材料的配方和注浆效果的控制,保证施工的质量和施工的连续性,以便在科学的管理下完成任务。
(4)对于裂纹处理施工的主要设备-高压注浆泵,多年来根据实际经验而选择的快速注浆机,最大压强可达700kg.
(5)对于辅助工具,冲击电锤、磨光机、各类抹灰工具、五金工具、料桶作充分准备。
(6)辅助材料有固化材料(T-32低温、潮湿固化剂JSD-302固化剂),SK-02胶粘剂,RF-6防水快速粘合剂,JS-981聚合物水泥防水材料,稀释剂(丙酮、二甲苯),环氧胶泥,堵漏宝等作为配套材料。
(7)对主材料EP-01,化学浆液系统中的高分子,高弹性的材料根据温度、通风、日照等多方面条件有全部了解,以便于及时调整材料的配方及控制调整。
(8)从隧道的混凝土结构上分析原因,要了解结构的强度、钢度和是否满足要求,对打孔、上针头以及注浆和其不均匀沉降等问题有充分了解,进行注浆,磨光、修补等工作要做到万无一失也就是就裂缝不在继续扩展的情况下进行高质量完成工作任务。
3.3 工艺流程
(1)查阅有关裂纹处理资料,了解前期施工情况为下面电锤打孔做好准备。
(2)搭脚手架要注意架空高度、宽度、保证行车的安全,要能移动又要保证脚手架的牢固性、可靠性。
(3)对裂纹位置要求要准确进行打孔、按缝纹线的倾斜45°进行打孔,根据实际情况控制打孔的深度,以便上好注浆针头,为能使浆液注的饱满提供充分的前提准备。
(4)试压,当粘合剂抹刷72小时后,进行试压,以避免注浆时受注浆压力影响。
(5)压浆,试压合格后,注浆压力掌握要配备富有施工经验的注浆技术人员进行操作。
(6)加压、压浆程序完成后15-20分钟进行重新加压一次,
确保缝中浆液饱满(使用后的机具及容器应于硬化前用丙酮等稀释剂彻底洗净)
(7)剔除注浆针头,用RF-6粘合剂防水砂浆封堵注浆孔,并做好修饰和复查,如出现问题及时解决。
(8)打磨,打磨工作须在前期工作做好,符合质量要求的情况下进行,保持墙体打磨光滑、平整,然后用SK-02及JS-981等材料进行表面装饰工作的处理以便达到质量要求和验收标准。
4质量保证措施
4.1质量管理
对现场实际情况进行认真,细致的调查分析,对隧道结构进行了解后,确定材料和工艺,多所用的材料进行严格把关,达到优质材料,优质管理。
严格按照各项工艺的规程操作,进行严格认真逐级把关,使材料符合工艺要求。
4.2质量保证
采用前后检,超前检、质检员(施工员)检查制度,队长复检监督制度、部主任抽检制度,各队互检制度,环环相扣来保证达到质量标准。
4.3管理制度
派专人做好后勤保障以及施工工具及各种物资材料的供应和保管,派专门管理人员和甲方建设单位的有关部门协调好双方因施工出现的各种情况,以及搞好内部的施工质量和进度,因隧道裂纹量大,情况各异,整治质量必须一环不漏。
做好施工中每个环节的检查,并做好原始记录,保证各项技术数据准确无误。
5安全保证措施
为保证在施工过程中的安全,设专职安全员、检查安全措施落实情况,并监督好工作施工中的安全防护用品的佩戴及安全施工的操作规程,做好安全施工的防护工作,严格执行安全规范,落实安全责任。
(1)施工前,应组织施工人员进行安全检查,对施工中的危险源进行识别,落实应急措施所需资源。
选择有丰富施工经验的施工队伍,杜绝违规、违章操作。
(2)在注浆施工现场应有专职安全员巡视、检查、落实,避免不安全因素的出现,对发现的问题后立即采取有效果断措施,将问题可能产生的不良后果消灭在萌芽状态。
(3)注浆管路及连接件采用耐高压装置,当压力上升时,要防止管路连接部位爆裂伤人。
(4)注浆管安装牢固可靠,施工期间严禁人员站在其冲出方向前方,以防止孔口管冲出伤人。
(5)严格执行作业规程,对施工机械设备严格检查,确保施工的安全。
(6)发现有险情,应立即在危险地段设立明显标志并派专人看守,并迅速上报上级领导,并及时采取处理措施。
(7)加强高空作业的管理,严格按作业规范施工,确保高空作业的安全。
(8)加强施工地段照明工作、注意用电安全、加强线路检查,杜绝漏电事故发生。
(9)高空作业时作业人员要严格按照相关规定佩带安全防护用品,并设防护围栏。
6预防或缓解混凝土裂缝的措施
6.1提高设计精度同时加强超前地质预报工作
加强工程前期地质工作,为设计提供详尽的工程地质、水文地质勘探资料,提高设计的质量、同时在施工中加强做好超前地质预报工作,为不良地址段提供准确的数据基础。
6.2把好材料进场关,严格控制原材料的质量和技术标准
6.2.1水泥
施工现场多使用普通硅酸盐水泥,但应尽量减少单位水泥用量。
不同品牌、不同规格、不同批次的水泥不能混用。
6.2.2碎石
根据泵送管路的内径,尽可能选用较大粒径的碎石。
严格控制含泥量≤1%,针、片状物含量≤15%,粒径以5~31.5mm为宜,最大不超过40mm。
6.2.3砂
采用级配良好的中砂,细度模数应为3.0~2.3,粒径小于0.315mm的颗粒含量所占比例宜为15~20%,严格控制含泥量在3%以内。
为方便混凝土的运输、泵送和浇筑,砂率取35%~45%。
6.2.4水
最好选用饮用水。
当采用其他水源时,应按国家现行《砼拌合用水标准》(JGJ63)的规定进行检验,PH值应大于4。
水灰比越大,混凝土的干燥收缩越大。
严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。
施工中水灰比在0.45~0.55之间,混凝土入泵塌落度控制在(12±2)cm。
6.2.5掺合料
推广掺加粉煤灰和膨胀剂的双掺技术,等量替代水泥,以减少水泥用量。
对强度等级C25以下的混凝土,粉煤灰掺量一般为水泥用量的10%~15%,膨胀剂掺量为水泥用量的8%~12%,具体掺量需经试验确定。
6.2.6外加剂
高效减水剂能够有效减少拌合用水,降低水化热,延缓水化热释放速度。
从而减少温度裂缝,但掺量过多,会引起混凝土的肿胀和开裂。
施工时必须慎重选择外加剂的品种和掺量。
6.3严格控制混凝土施工工艺
(1)提高钻眼技术水平,优化钻爆参数,提高光面爆破效果,加强隧道开挖断面检测,严格控制超欠挖,为衬砌施工创造良好的条件。
(2)加强监控量测工作,严格控制二衬施做时间。
二次衬砌施作应在围岩和初期支护变形基本稳定时进行。
当围岩变形较大、流变特性明显,需提前进行二次衬砌时,必须对初期支护或衬砌结构进行加强。
(3)混凝土的拌合必须严格按施工配料单计量,定期检查校正计量装置。
加强砂石料含水率检测,及时调整拌合用水量。
控制混凝土的入模温度,夏季施工时,当气温高于32℃时,砂石料、搅拌机应搭设遮阳棚,用冷水冲洗碎石降温。
尽量安排在夜间浇筑混凝土。
(4)混凝土在运输和泵送过程中严禁加水,适当放慢灌注速度,两侧边墙对称分层灌注,到墙、拱交界处停1h~1.5h,待边墙混凝土下沉稳定后,再灌注拱部混凝土;混凝土灌注过程中必须振捣,振捣一般采用附着式振捣器和插入式振捣器组合振捣,以提高混凝土的密实度和均质性,减少内部微裂缝和气孔,提高抗裂性。
7结束语
隧道衬砌混凝土出现裂缝是一种较普遍的现象。
一旦衬砌混凝土出现裂缝,就必须对裂缝进行及时、仔细、认真的观测,以具体的观测数据,通过理论分析,判断衬砌混凝土裂缝的危害程度,并决定是否采取进一步的措施予以处理彻底根除病害减少损失。
参考文献:
[1].李凌云,《隧道衬砌裂缝原因及整治加固技术》{J}湖南交通科技,2006,(03).
[2].GB50204-2002,《混凝土结构工程施工及验收规范》.
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