張志軍

（廣東省建筑材料研究院）

隨著頂管施工技術(shù)迅速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，頂管施工已能適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件。由于地質(zhì)的復(fù)雜性，對(duì)所用鋼筋混凝土排水管的質(zhì)量也要求越來(lái)越高，管材不但要求有足夠的強(qiáng)度、外壓荷載能力，而且對(duì)管材的抗?jié)B漏能力也有很高要求。如管材有裂縫隱患或在頂進(jìn)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)管材開(kāi)裂的現(xiàn)象，將會(huì)影響到整個(gè)管道閉水性能和使用壽命。筆者就某頂管工程所用管材存在的裂縫問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查和分析，找出裂縫成因，并提出后續(xù)處理建議。

1 概況

該頂管工程輸水管線全長(zhǎng)約790m，管線大部分地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。施工管線從湖底穿過(guò)，頂線最大深度15m，頂管頂進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)大，防水要求較高。采用鋼筋混凝土排水管為離心成型柔性接頭A 型鋼承口管，規(guī)格為DRCP Ⅲ1650×2500，壁厚165mm，強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C60。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查頂管工程的管材堆場(chǎng)（見(jiàn)圖1），堆場(chǎng)管材有未經(jīng)過(guò)施工的，也有頂進(jìn)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)端口出現(xiàn)裂縫返回工地堆場(chǎng)的（見(jiàn)圖2）。部分未施工管材出現(xiàn)裂縫，裂縫主要出現(xiàn)在管承插口（含邊角）處，在內(nèi)壁出現(xiàn)裂縫的情況也較為普遍（見(jiàn)圖3、圖4），裂縫多為長(zhǎng)度方向的狹長(zhǎng)裂縫?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)裂縫進(jìn)行了裂縫寬度、長(zhǎng)度等方面的檢測(cè)，裂縫長(zhǎng)度在10mm～50mm，裂縫寬度多在0.15mm 以下。少數(shù)管材裂縫長(zhǎng)度達(dá)80mm 左右，寬度達(dá)0.3mm，嚴(yán)重的甚至有貫穿性裂縫。

圖1 管材堆場(chǎng)

圖2 施工管材承口開(kāi)裂

圖3 管材端口（含邊角）處裂縫情況

圖4 管材內(nèi)壁裂縫情況

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一節(jié)已經(jīng)過(guò)施工管材（代號(hào)①）、兩節(jié)未進(jìn)行施工管材（代號(hào)②、③）的管身混凝土進(jìn)行抽芯檢測(cè)，檢測(cè)依據(jù)參照GB/T19496-2004《鉆芯檢測(cè)離心高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行，經(jīng)檢測(cè)，①、②和③管材管身部位芯樣的混凝土強(qiáng)度推算值檢測(cè)結(jié)果分別為70.4MPa、72.9MPa、73.4MPa；76.5MPa、72.3MPa、77.9MPa；67.3MPa、65.3MPa、69.3MPa。

2 裂縫成因分析

2.1 管材砂漿層偏厚是裂縫產(chǎn)生的內(nèi)因

所用鋼筋混凝土排水管是采用離心成型工藝生產(chǎn)，離心過(guò)程中在離心力作用下，比重相對(duì)較大的粗骨料會(huì)向模具內(nèi)壁方向集中（即管材外壁），而比重相對(duì)較小的水泥漿和細(xì)骨料會(huì)集中在管材內(nèi)壁，因此，在管材內(nèi)壁出現(xiàn)砂漿（水泥漿）層現(xiàn)象較為普遍。但是，從對(duì)未施工的管材管身鉆芯樣中查看管材混凝土（見(jiàn)圖5）以及破損管材管身內(nèi)部混凝土（見(jiàn)圖6）情況來(lái)看，部分管材混凝土砂漿層有過(guò)厚的現(xiàn)象，有些砂漿層厚度約在3cm 以上。裂縫產(chǎn)生于砂漿層表面，并多向里伸入1cm～3cm。

圖5 砂漿層過(guò)厚，裂縫深入砂漿層

圖6 管身內(nèi)壁混凝土有裂縫，砂漿層過(guò)厚

GB/T 11836－2009《混凝土與鋼筋混凝土排水管》對(duì)管材的標(biāo)準(zhǔn)要求中，鋼筋混凝土管內(nèi)表面裂縫寬度不得超過(guò)0.05mm，表面龜裂和砂漿層的干縮裂縫不在此限。干縮裂縫通常出現(xiàn)在管材生產(chǎn)時(shí)，由于集料級(jí)配不合理，如砂集配偏細(xì)砂，或由于混凝土配方不合理，或由于違反離心制度操作，如大口徑管離心直接跳過(guò)中速進(jìn)行高速離心，往往會(huì)容易造成砂漿層過(guò)厚的情況。一般來(lái)說(shuō)，與混凝土相比，砂漿（或水泥漿）的收縮相對(duì)較大，抗拉強(qiáng)度相對(duì)較小，更容易產(chǎn)生收縮裂縫。尤其對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，由于其水灰比小，混凝土中的水泥用量大，收縮裂縫更容易出現(xiàn)。

但砂漿層過(guò)厚造成的隱患不可忽視，承口處是頂進(jìn)受力部位，砂漿層因缺少粗骨料，強(qiáng)度偏低，往往是受力的薄弱處，容易裂縫擴(kuò)展進(jìn)而出現(xiàn)破損。

2.2 外界環(huán)境條件是裂縫擴(kuò)展的外因

管材的裂縫隨著時(shí)間的推移，受晝夜冷熱變化和季節(jié)變化等外界條件影響，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。

從裂縫產(chǎn)生的機(jī)理看，由于水分蒸發(fā)，裂縫因干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生。管脫模后，混凝土含水量較大而空氣濕度相對(duì)較小，混凝土表面水分急劇蒸發(fā)，形成很大的混凝土內(nèi)外濕度梯度，混凝土表面在很大的亂向拉應(yīng)力作用下而被拉裂。后期毛細(xì)孔水份進(jìn)一步蒸發(fā)，毛細(xì)孔的表面張力使混凝土產(chǎn)生收縮應(yīng)變加大，當(dāng)該應(yīng)變超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，使得裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。

因此對(duì)管材早期及中后期加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)是很重要的，可以減少裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

管材堆場(chǎng)處于海邊并且沒(méi)有設(shè)置遮棚等防曬設(shè)施，也沒(méi)有淋水養(yǎng)護(hù)措施，存放條件不理想，堆放的管材長(zhǎng)期受海風(fēng)吹、日光曬等的環(huán)境影響。另外，當(dāng)?shù)販夭钭兓?，這就加大裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

2.3 施工方面的因素

若將這類(lèi)本身已有裂縫的管材用于施工，當(dāng)承口部位裂縫部位受應(yīng)力作用時(shí)，會(huì)使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，甚至裂縫會(huì)出現(xiàn)貫穿。從對(duì)施工受損的管材鉆芯樣品檢查來(lái)看，裂縫已深入混凝土層（見(jiàn)圖7），這種裂縫必將影響到管材結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。

在管材堆場(chǎng)也發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)管材的墊木板尺寸過(guò)大，墊木已與頂管承口鋼圈接觸的情況（見(jiàn)圖8），這樣在頂進(jìn)時(shí)擠壓墊板的頂力傳遞給鋼圈，使鋼圈承受橫向推力，容易造成承口處混凝土受拉而產(chǎn)生裂縫，或使原有裂縫擴(kuò)展。另外，也發(fā)現(xiàn)有頂進(jìn)的頂環(huán)存在偏心的情況，這也容易出現(xiàn)局部受力過(guò)于集中而使管材端部產(chǎn)生裂縫。

圖7 裂縫已深入承口受力部分混凝土層

圖8 墊木尺寸過(guò)大，擠壓鋼圈受力

3 后續(xù)的處理建議

企業(yè)加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制，加強(qiáng)產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)。

施工單位加強(qiáng)對(duì)出廠產(chǎn)品的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，并改善產(chǎn)品堆場(chǎng)的存放條件和養(yǎng)護(hù)措施，加強(qiáng)頂管施工管理。

對(duì)前期已施工的管材進(jìn)行排查，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)措施。對(duì)堆場(chǎng)未經(jīng)施工的管材，按照GB/T11836－2009《混凝土和鋼筋混凝土排水管》進(jìn)行全面的產(chǎn)品質(zhì)量檢查，確保工程質(zhì)量與安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

頂管工程中管材裂縫的產(chǎn)生有其生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)因，裂縫的擴(kuò)展有環(huán)境的外素，也有施工方面的因素。裂縫問(wèn)題往往是造成管道滲漏，影響管線質(zhì)量和壽命的一個(gè)不可忽視的重要因素，只有在各個(gè)環(huán)節(jié)中去重視它，控制它，才能確保頂管工程質(zhì)量。