隧道衬砌混凝土裂缝控制施工技术与应用

文章编号:100926825(2007)0620310203隧道衬砌混凝土裂缝控制施工技术与应用收稿日期6228作者简介张长福(2),男,工程师,中铁十六局集团三公司,浙江湖州　33张长福摘　要:结合工程实践,分析了岩坑尖隧道群隧道施工二次衬砌混凝土裂缝的成因,并对此提出了具体的控制措施,解决了高温季节隧道衬砌施工的裂缝问题,对同类工程有一定的参考意义。

关键词:隧道衬砌,裂缝,控制措施中图分类号:U455.4文献标识码:A 随着国民经济的发展,全国高速公路(铁路)建设网得到迅猛发展,山岭地带隧道工程所占的比例也在逐步加大。

根据工程结构、道路行车舒适与安全,隧道洞身设计大都采用锚杆支护体系和隧道二次衬砌混凝土施工。

二衬混凝土一般采用抗渗防裂泵送混凝土,但由于施工中混凝土浇筑完成后受到荷载、温差等内外各种因素的影响,混凝土在硬化过程由一种无害裂缝,扩展和连通为宏观裂缝,也就是混凝土工程中常说的有害裂缝。

这些宏观裂缝的存在和发展通常会使混凝土内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低混凝土材料承载能力,影响结构物的外观、使用寿命,给工程质量留下隐患,因而施工中应尽量采取有效措施控制混凝土裂缝的产生,使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度,尤其是避免有害裂缝的形成,从而确保工程质量。

1　工程概况甬金高速公路是浙江省第8个计划年要求建成通车的高速公路项目,岩坑尖隧道群位于甬金公路金华段义乌境内,隧道群单线长6.6km ,所穿越主要地段为各种风化程度的晶玻屑凝灰岩,隧道群各隧道洞口段岩石风化程度较强,有较破碎的软弱层。

岩坑尖隧道群设计主要技术标准:采用双洞单向双车道隧道,设计行车速度100km/h ;隧道限界基本宽度:行车道W -2×3.75m ,路缘带S -0.75m ;隧道防排水设计以防、排、截、堵结合,因地制宜、综合治理为原则。

隧道初期支护与二次衬砌间铺设专用复合防水卷材,二衬采用C30泵送混凝土,以保证二衬混凝土浇筑质量,确保衬砌与初期支护之间密实不留空隙。

由于施工正处于高温季节,浇筑环境最高气温温度大都在35℃以上,气候干4.1　盖梁连接避免桥梁纵向接缝的产生是桥梁拼宽设计中的重点的难点,桥梁下部盖梁的连接方式和上部梁板连接方式是密切联系在一起的。

对于盖梁连接方式,在设计过程中针对两种方案进行了比选。

1)新旧桥盖梁刚接。

根据盖梁的计算理论,旧桥墩台帽由单悬臂结构经连接后转变为连续梁,这需要旧桥墩台帽有足够的正弯矩钢筋并且保证桩基础不会有沉降,否则易引起墩台盖梁裂缝,因此受到客观条件限制,没有被采纳。

2)新旧桥梁盖梁不连接。

采用这种方案旧桥盖梁不改变受力形式,受力简单明确,不必改变旧桥盖梁内钢筋布置,若新桥发生沉降,可以相应调整上部梁板,以满足新旧桥桥面顺接要求。

桥梁盖梁在施工时,首先凿除旧桥墩台盖梁端部30cm 混凝土及外侧挡块耳墙,使盖梁与上部的空心板平齐,然后在旧桥盖梁所在直线上现浇新盖梁,使之与旧桥盖梁顺接,新旧桥盖梁间留有1cm 缝。

施工时,盖梁凿除面需涂刷防水防腐涂料,以保护裸露在凿除面的钢筋。

4.2　轻型桥台拼宽该改扩建项目有大量相交道路,存在较多的分离式立交桥,其中有一部分是轻型桥台结构形式,采用扩大基础。

桥梁拼宽时同样采用了相同跨径的轻型桥台,但为了避免新旧桥台间不均匀沉降,摒弃了扩大式基础,采用钻孔灌注桩基础。

新旧桥台间设置2cm 沉降缝。

4.3　基桩旧桥加宽比较难解决的问题就是老结构的不均匀沉降问题。

连霍高速郑州段老路建成运营时间已有十多年,路基沉降已基本完成。

由于拼宽新建部分的桥梁将发生的沉降量尚不能给出定量分析,设计时参考旧桥桩长,对于新建拼宽部分桥梁的下部基桩进行了适当的增长及桩径适当的加粗。

同时要求施工时进行必要的堆载预压程序,即在加宽桥梁的上部梁板安装到位后,新、旧板间暂不连接,对新建桥梁进行堆载预压2个～3个月,待完成大部分沉降后再进行上部结构的刚性连接。

5　结语由于我国社会经济快速增长,使20世纪末建成的高速公路的交通量适当年限明显缩短,在可以预见的将来,高速公路加宽势在必行,高速公路上桥梁加宽工程中出现了许多新课题,需要不断地理论结合实践,深入研究,加以解决。

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2　裂缝的成因分析在隧道围岩变形趋于稳定,施工作业较为规范的情况下,隧道二次衬砌混凝土的裂缝产生主要集中在以下几方面。

2.1　干缩裂缝干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。

混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快变形较大,内部温度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部压缩,产生较大拉应力而产生裂缝。

2.2　塑性收缩塑性收缩产生的主要原因是混凝土在终凝前或刚刚终凝而强度很小时,受高温或风力的影响,混凝土表面失水过快造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,当混凝土强度无法抵抗其本身收缩,因而产生裂缝。

2.3　温度裂缝隧道二次衬砌混凝土受温度变化的影响,大部分发生在环境温度变化较大的冬夏两个季节,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。

上述几方面混凝土裂缝的产生都与混凝土的配合比设计、混凝土拌合物的水灰比、混凝土所用材料的性质和用量、环境温度及混凝土的养护条件有关。

3　主要技术措施混凝土裂缝的成因复杂、影响因素多,工程实际中应采取综合治理措施,主要控制措施如下。

3.1　二衬施工时机的确定二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后施作,以减少围岩变形沉陷对衬砌混凝土的影响,围岩和初期支护基本稳定应符合下列条件:1)隧道围岩变形现场监控量测项目的位移速率明显收敛;2)已产生的各项位移,已达预计总变形量的80%～90%;3)周边位移速率小于0.1mm/d～0.2mm/d或拱顶下沉速度小于0.07mm/d～0.15mm/d,防止由于隧道围岩不均匀沉陷产生二衬混凝土的变形裂缝。

3.2　二衬防水混凝土原材料质量控制二衬混凝土所用原材料应按规范要求频率进行抽检,砂子宜采用Ⅱ区洁净河砂;碎石宜采用5mm～31.5mm连续级配;保证混凝土的拌合质量。

3.3　混凝土坍落度控制二衬施工泵送混凝土坍落度宜控制在140mm～180mm,根据混凝土灌注部位的不同,墙部混凝土坍落度宜小,拱部混凝土坍落度宜大,在保证混凝土可泵性的情况下,应尽量减少混凝土的坍落度,提高混凝土的和易性、保水性,避免混凝土离析、泌水。

3.4　施工配合比计量控制混凝土拌合站计量器具需经具备资质的计量检测单位进行标定,并定期校核,每次混凝土拌制前必须对计量系统进行检查,确保混凝土计量准确。

3.5　加强二衬反弧段混凝土的施工,提高混凝土的外观质量二衬混凝土的反弧段的施工,由于捣固较困难,容易产生气泡影响混凝土的外观质量,在保证强度的条件下,适当掺入减水剂和膨胀剂,改善混凝土性能,以提高衬砌混凝土表面质量。

3.6　消除混凝土接缝错台加强台车支撑,保证台车整体受力,必要时在台车前端端部拱顶增设支撑,防止台车上浮造成拱部错台;台车作业窗关闭前必须将窗口边框混凝土浆液残渣清理干净,并用湿布擦拭后锁紧压紧卡,防止台车作业窗处错台和漏浆,形成施工接缝和表面缺陷。

3.7　衬砌混凝土封顶封顶采用顶模中心封顶器接输送管,逐渐压注混凝土封顶,当挡头板上观察孔有浆溢出完成封顶,通过封顶技术可达到拱部衬砌混凝土的密实与完整。

3.8　拆模与养护控制按施工规范采用最后一盘封顶混凝土试件现场养护试压达到的强度来控制,明洞拆模强度不小于5.0MPa,暗洞不小于2.5MPa,以保证混凝土表面不受损及后期强度的发展;拆模前用水冲洗模板外表面,拆模后用水喷淋混凝土表面,以降低高温季节施工混凝土表面的温度,提高二衬混凝土周边环境的温度,以利于混凝土的养护,防止混凝土早期裂缝的发生。

通过上述控制措施,可有效消除混凝土由于施工作业不规范产生的混凝土裂缝。

4　混凝土配合比的确定针对高温季节泵送混凝土施工的具体情况,混凝土配合比设计突出以下几点:1)低水胶比;2)掺加复合型外加剂改善混凝土的性能;3)具有良好的和易性和可操作性。

经大量的实验优选,最后确定理论配合比见表1。

表1　混凝土理论配比设计标号水胶比砂率%材料用量/kg m-3水泥砂碎石粉煤灰水HLC21p H C300.410.4332578310398516819.5 3.25 良好的混凝土施工性能是隧道二衬施工质量的基本保证。

由于掺入HLC21型抗裂防渗剂,在改善混凝土的耐久性和抗渗性能的同时不降低混凝土的强度,组合掺入pH缓凝高效减水剂,可以解决高温季节混凝土的初凝时间和坍落度损失,为泵送混凝土施工提供了极大的便利。

5　工程应用状况岩坑尖隧道群二衬采用9m～12m长整体钢模分块分段衬砌,在加强隧道各种施工作业控制的同时,规范泵送混凝土的拌合生产质量,2004年7月到9月高温季节施工的近1600m二衬中,除有极少的施工冷缝外,混凝土表面未出现一条明显裂缝。