输水隧洞衬砌混凝土裂缝成因及处理措施

刘美玲

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 输水隧洞衬砌混凝土发生裂缝的危险

通常情况下，在输水隧洞工程设计过程中，隧洞衬砌是首先需要考虑的问题，要有针对性的做出方案计划，隧洞的主体结构大多为岩石，需要通过衬砌作业对岩石进行加固处理，衬砌施工发挥的作用是对岩石表面进行保护，避免受自然侵蚀等因素影响对岩石稳定性造成影响，衬砌能够在一定程度上降低围岩的粗糙程度。若隧洞所在的岩石质量相对较高，则无需发挥出保护作用。当前我国大部分水利工程输水隧洞施工过程中，都会应用到混凝土衬砌这种作业模式，而裂缝问题是在相关作业施工过程中难以避免的问题，这方面问题的方式不但会对工程项目的外观造成影响，还会影响到工程的使用寿命，最为可怕的是会造成安全隐患。研究调查发现水利工程发生渗水问题绝大多数原因都是混凝土裂缝导致的，在混凝土干燥定型的过程中，在体积上会有所收缩，容易加重开裂问题，并且会降低混凝土的碱度，使得混凝土结构中欧的钢筋钝化膜受到破坏。若水利工程在混凝土施工中发生裂缝现象，就会发生渗漏问题，甚至会出现持续渗水的现象，在水压的压力下裂缝也会不断严重。若干工程外部出现明显的裂缝，对施工安全也会造成严重的威胁，对施工人员造成心理压力。渗水情况严重后，受水的浸泡会对混凝土结构造成破坏，难以保证隧洞结构的稳定性，容易造成严重的安全问题。在沿海地区修建水利工程项目时，围岩会受到带有盐分的水雾或海浪侵袭，长此以往容易产生裂缝。海水中含有的氯离子侵入到裂缝中后，会加重钢筋结构的锈蚀程度，严重影响到混凝土结构的使用寿命。

2 混凝土裂缝的成因

2.1 水化热

水泥水化热特质是造成混凝土裂缝的主要原因之一。在水泥水化的过程中，会向周围释放出大量的热量，若混凝土结构断面相对较厚，则难以将混凝土中的热量完全释放出来，导致问题提升。时间越长混凝土内部的温度也会随之降低，收缩力也会逐渐加大，产生的拉应力也会随之加大，若混凝土抗拉强度不大则难以与应力抗衡，从而产生裂缝。

2.2 骨料配比

骨料是混凝土组成的重要成分，其在混凝土中发挥了骨架与填充的作用，骨料大多氛围细骨料与粗骨料两种类型。骨料配比情况直接影响混凝土的和易性与经济性，最终决定了混凝土的抗腐蚀能力、强度、抗冻能力、抗渗透能力等。品质上乘的骨料配比空隙率小，能够减少水泥的用量，确保混凝土整体的密实性。总表面积小，能够降低对骨料表面水量的使用，少量的细颗粒能够满足和易性要求。因此，骨料配比级别越低，存在的空隙就越大，需要应用的填充桨体就越多，越容易开裂。

2.3 温差变化大

水利工程项目施工时间较长，工程从开工到竣工需要经历一年四季的变换交替，及时是短期工程也会至少经历两个季节。因此，水利工程施工要承受季节的考验。在四季分明、温度落差大的城市开展水利工程项目时，容易发生混凝土裂缝的现象。其中，在混凝土硬化的过程中会散发出大量的热气，从而产生拉应力，在温度骤降的情况下，拉应力会持续上升，对于一些结构结构较差的混凝土来说，在承受一定的拉应力后，就会超过了混凝土自身的负荷范围，容易发生断裂产生裂缝。通常会在工程施工后期产生这种裂缝现象，并且难以把握裂缝的范围与严重程度。

2.4 施工工艺

施工流程是否标准或施工工艺是否达到相应的要求，都会影响混凝土裂缝。当前在水利工程施工过程中出现的裂缝现象大多都是由于施工前没有做好相应的勘察与准备工作造成的。此外，若在施工过程中没有按照规范流程与标准进行施工，也会导致裂缝现象，或者其他问题，影响工程的整体质量。例如，有些施工单位在施工前期没有对地基进行相应的处理，会影响到混凝土的承载力，在混凝土浇筑施工过程中如果没有采用规定的施工工艺，容易造成混凝土变形。若没有对混凝土进行充分的均匀的振捣，提升其密实性，或搅拌时间短，都会降低混凝土的承载能力，甚至难以达到施工质量要求[1]。

2.5 养护工作

水利工程项目混凝土施工部分不仅要在施工前对地质条件进行勘测，还要重视施工质量监管及并且在工程施工后期做好工程养护工作，保证工程质量，大多数水利工程建设施工都将重点投放在施工前期与中期，忽视了后期的工程养护工作，没有考虑到混凝土自身结构的特质决定其在受到温差、气候影响较大的条件下容易发生变化。可见养护工作没有做到位，甚至没有开展养护工作，这些因素都是造成混凝土裂缝的原因。

2.6 施工材料配比

要想保证混凝土具有较好的塌落度、承载力与和易性，需要在混凝土施工过程中根据具体的实际情况科学配比施工材料。从当下水利工程施工情况分析来看，大多数施工单位在施工过程中都没有意识到施工材料配比对工程质量的影响，常会发生为了降低工程施工成本、忽视施工规范要求等原因，导致混凝土的水灰比例、添加剂用量、粗骨料石子粒及含沙量不达标的情况，对混凝土的强度造成了严重影响。此外，在进行混凝土浇筑时，若没有达到塌落度与和易性的标准与要求也会导致施工后产生裂缝[2]。

3 控制混凝土裂缝的措施

3.1 应对季节与气候变化

在具体施工过程中，需要重视气候及温度落差对工程的影响，并且要采取相应的对策降低混凝土温度应力，尽量降低受温度及气候因素影响对混凝土裂缝造成的影响。若难以避免在高温季节进行工程施工的客观因素，需要重视对混泥土浇筑厚度的把控，要为混凝土浇筑预留出充裕的空间做散热处理。此外，可以借助水流进行降温，可以在混凝土结构内部铺设冷水管道，尽量避免烈日环境下进行混凝土浇筑。在温差较大的环境下进行施工时，需要做好保温准备，避免受温差因素影响造成裂缝。

3.2 优化施工工艺流程

在水利工程施工过程中，需要严格遵照相应的规范标准进行工程施工，要采用规定的施工工艺。为了避免在水利工程竣工后，混凝土出现裂缝，需要从开工起确保模板与支架的强度达到规定的规范与标准，为水利工程整体施工奠定良好基础。此外，在工程施工过程中，施工单位要切实有效的做好各项施工准备，一旦在施工过程中发现问题，需要及时处理好施工问题，避免为后续工程施工留下隐患[3]。

3.3 做好后期维护工作

完成混凝土浇筑作业后，并不代表完成了所有施工任务，需要相关工作人员做好后期养护工作，保证混凝土结构完整。同时，要应用科学技术方法提升混凝土的承载能力，保证整体结构的稳定性，在养护工作过程中尽量降低裂缝发生的概率。

3.4 控制好施工材料

要想控制好施工材料的质量，需要做好以下工作。首先，在配比施工原料时，需要掌握好泥沙量与水灰比例，要提前就材料配比比例进行实验，确定最佳方案后方可进行混凝土浇筑。其次，需要检验材料质量是否满足施工质量要求。在选购材料时，需要对材料的级别与价格进行监督与重视，不可只顾控制工程施工成本而忽视了材料的施工质量。最后，要对施工现场的材料做好保存工作，避免暴晒与潮湿，只有保证材料性能，才能保证材料的稳定性[4]。

3.5 加强施工控制

在进行输水隧洞衬砌施工过程中，要充分结合当地的地质条件，制定行之有效的施工方案。制定出科学、合理的隧洞施工计划，保证混凝土浇筑质量与技术。在对土体及岩石进行挖掘时，要注意保证围岩的完整性。一旦发生塌方的现象，需要立即采用相应的对策，做好补救措施。在严重的情况下，需要进行回填加固处理。在进行挖掘作业时，要关注岩体的震动情况，避免对已经完成的隧洞混凝土造成破坏。同时，需要提升挖掘作业环境的通风与排水情况。在进行工程施工的过程中，要明确加固支护与稳定支护二者之间的区别，并且还要关注洞身侧面横向锚筋与挂网喷混凝土的效能，降低围岩二次或三次应力受分布不均而带来的作用力，避免围岩对砌混凝土造成破坏。在进行混凝土浇筑之前，需要对混凝土进行密实、均匀的振捣，重点关注在工程施工过程中可能发生的了漏振情况与水泥砂浆层。同时，需要对施工缝的结合部位进行妥善处理，采用科学合理的修补方式，避免在修补后出现断裂的情况。在工程完工后，需要总结工程施工经验，全面深入分析在工程施工过程中可能造成隧洞衬砌混凝土裂缝的各种因素，并且真实全面的将施工过程中出现的裂缝情况进行上报处理，制定出行之有效的对策，避免再次发生裂缝情况[5]。

4 输水隧洞衬砌混凝土裂缝处理对策

4.1 表面修补

对隧洞衬砌混凝土裂缝进行修补时，最为常见的修补方式就是表面修补，此种修补方法主要针对没有对隧洞结构的稳定性造成影响的裂缝。具体施工方式是在混凝土裂缝处涂抹水泥浆、环氧胶泥或沥青、油漆等。有时为了控制裂缝的扩张范围，需要在裂缝处粘贴玻璃纤维布等防护措施[6]。

4.2 灌浆、嵌缝封堵

在输水隧洞整体稳定性受到裂缝严重影响时通常会采用灌浆法，在一些防渗要求较高的混凝土裂缝时也通常会使用灌浆法进行修复。其主要是利用压力设备将胶质材料挤入到混泥土的裂缝中，将胶质材料与混凝土充分结合，以此达到封堵裂缝的效果。在应用灌浆封堵技术时，最为常见的胶质材料为水泥浆、环氧树脂、甲基丙燃酸酯等。在嵌缝封堵技术下，会沿裂缝凿槽，在槽中嵌入止水材料。例如，聚氯乙烯胶泥、丁基橡胶、聚合物水泥砂浆等[7]。

4.3 结构加固

若裂缝严重到对输水隧洞衬砌混凝土结构性能造成影响的程度，其他裂缝处理方式均达不到理想的效果，无法控制住裂缝情况，则需要应用结构加固的方式处理裂缝。当前最为常见的结构加固方式有增大混凝土截面面积、构件角部外包型钢、粘贴钢板加固、增设支点加固等。

5 结束语

综上所述，输水隧洞衬砌混混凝土结构一旦出现裂缝则会对水利工程整体稳固性与功能造成影响，但混凝土裂缝也是施工过程中经常出现的情况。若想控制住混凝土裂缝情况，保证工程的整体质量，需要在施工的各个阶段对裂缝情况加以重视，并采取有效的对策避免裂缝情况发生。因此，有必要分析在施工过程中造成裂缝的因素，提前做好各项防范措施。同时，在发生裂缝情况后，需要根据裂缝的具体情况采取有效的补救措施，进而延长工程的使用寿命。