水工隧洞二次衬砌裂缝成因分析、预防措施及修补方法浅析.docVIP

精品论文 参考文献 水工隧洞二次衬砌裂缝成因分析、预防措施及修补方法浅析 秦新朝 （中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司） 摘要：水工隧洞包括引水发电隧洞、尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、泄洪隧洞、排水隧洞、施工导流隧洞等，隧洞工程施工完工后二次衬砌均会有不同程度的纵横裂缝出现。本文针对各种裂缝的类别，结合工程实践情况以及大量试验成果资料的调查分析和总结，阐明裂缝产生的原因，提出相应的预防措施，并根据不同类别的裂缝确定相应的治理措施。 关键词：水工隧洞；裂缝；成因分析；预防措施；治理措施 1、水工隧洞裂缝的类别 混凝土是多相复合脆性材料，当混凝土拉应力大于其抗拉强度或混凝土拉抻变形大于其极限拉伸变形时，混凝土就会产生裂缝。裂缝按其变形性质可分为下列几种：①按裂缝深度不同可分为表层裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝； ② 按裂缝开度变化可分为静止裂缝、活动裂缝、尚在发展中的裂缝。静止裂缝是形态、尺寸和数量均已稳定不再发展的裂缝；活动裂缝是其宽度在现有环境和工作条件下始终不能保持稳定、易随着结构构件的受力、变形或环境温度、湿度的变化而时张、时闭的裂缝，其缝的长度不变或变化不大；尚在发展中的裂缝是长度、宽度和数量尚在发展，但经历一段时间后将会终止的裂缝。③按产生的原因可分为收缩缝、温度裂缝、钢筋锈蚀裂缝、超载裂缝、碱骨料裂缝及地质条件下不均匀沉降裂缝。 2、水工隧洞混凝土衬砌裂缝成因分析 2.1 受力条件不利因素的影响 （1）地质条件因素：隧洞混凝土的衬砌，主要根据隧洞开挖、揭露的围岩地质情况来确定，在地质条件变化处：如通过断层、软弱破碎带、裂隙等部位，围岩的自稳能力差，可能产生相对的变位，因而产生裂缝较长较宽，严重的甚至造成裂缝扩大变形成为活缝，使结构断裂。由于不同级别的围岩力学特性不同，在隧洞开挖过程中，所采用的钻爆法施工理想的光面爆破效果难以实现，并在岩层裂隙的切割影响下，隧洞洞壁面的平整度较差，约束着岩石与混凝土接触面附近的伸缩变形，使混凝土的温度应力固化，收缩应力难以传递到伸缩缝处，应力集中张拉便产生不同程度的不规则裂缝，或长或短，有的还形成贯穿。 （2）施工工艺和施工方法不当而产生的裂缝：①捣固不充分产生的裂缝；②长时间拌和或运输时间太长产生全面网状裂缝；③不适合的搭接处理产生的裂缝；④快速浇筑与混凝土沉降产生的裂缝；⑤模板变形产生的裂缝；⑥混凝土强度还未形成.就去掉支撑或拆模板，使衬砌混凝土过早受力，造成衬砌开裂。 （3）钢筋锈蚀裂缝：因混凝土碳化而使钢筋表面氧化膜破坏，在含氧水分侵入后，钢筋就会锈蚀，其锈蚀产物（氢氧化铁）的体积将比原来增长 2~4 倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，当该应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土就会沿钢筋长度方向产生纵向裂缝，并使混凝土保护层剥落，保护层的剥落进一步加快钢筋的锈蚀，从而使钢筋截面削弱，截面承载力下降，最终使混凝土破坏或失效。 （4）当混凝土遭受超载作用时，其结构构件产生的裂缝。 2.2 混凝土自收缩、温度、选材、配比等因素的影响 (1)收缩裂缝：混凝土浇注后，特别是泵送、大流动性混凝土，早期含水量大，此时失水快，如果未及时养护，毛细管负压应迅速增加，因此此时混疑土的强度很低，很易达到混凝土极限压应力而开裂。 （2）温度裂缝：温度的影响主要分为二部分：第一部分是环境温度影响，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；第二部分是水化热的影响，水泥水化热使混凝土内部温度升高，当水化热温达高峰后，由于环境温度较低，混凝土温升开始下降，温降过程中，混凝土发生收缩，在约束条件下，混凝土易产生裂缝，当高温湿而膨胀时产生八字型裂缝，当低温湿而干燥时产生倒八字裂缝。 (3)选材、配比的影响：在选材时一般考虑以“就地取材、降低成本”的原则，而水泥品种、细度、骨料品种均对混凝上收缩产生较大影响。在配合比方面，为了使混凝土拌合物在流动性提高的同时减少泌水、不分层离析，一般减少粗骨料最大颗粒，增加水泥用量，加大砂率，而未考虑对混凝土收缩的影响，这就在很大程度上加大混凝土衬砌开裂的可能性。 （4）碱骨料反应裂缝：碱骨料反应主要有碱 - 碳酸盐反应，它们都是水泥中的碱和骨料中的某些活性物质如活性二氧化硅、微晶白云石以及变形石英等发生反应而生成吸水性较强的凝胶物质，当反应物增加到一定数量，且有充足的水时，就会在混凝土中产生较大的膨胀作用，导致混凝土产生裂缝，并在缝中伴有白色浸出物