陳才智

摘 要：本文依托對(duì)江蘇某明挖隧道，在施工過程中發(fā)現(xiàn)混凝土主體側(cè)墻及頂板出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，裂縫對(duì)主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量有重要影響，裂縫直接影響結(jié)構(gòu)安全和耐久性。本文從地質(zhì)情況、施工工藝、混凝土原材和后期養(yǎng)護(hù)四個(gè)方面進(jìn)行分析闡述。分析過程中采取了測溫、監(jiān)測等措施，直觀的反映了主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的根本原因，并提出相應(yīng)對(duì)策防治措施，對(duì)該領(lǐng)域主體結(jié)構(gòu)裂縫防治有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：隧道工程;混凝土頂板;主體結(jié)構(gòu);裂縫成因

0 引言

明挖隧道主體結(jié)構(gòu)裂縫是隧道病害的最常見表現(xiàn)形式，裂縫的存在會(huì)影響隧道的結(jié)構(gòu)承載力，還會(huì)引起滲漏水，對(duì)于隧道的承載力及耐久性造成進(jìn)一步的破壞[1]。

混凝土裂縫的分析與防治是隧道工程研究的重點(diǎn)，邊隴超等[2]通過對(duì)隧道結(jié)構(gòu)裂縫的長期跟蹤觀察與監(jiān)控量測，提出通過砌筑偏壓擋墻、加固裂縫部位等措施防治裂縫的發(fā)展;夏福奎[3]對(duì)隧道泵送混凝土的特點(diǎn)、施工裂縫的種類、成因進(jìn)行分析，提出了從原材料、配合比、摻合料、外加劑、施工工藝等方面采取的防治措施。

本文從多個(gè)角度對(duì)隧道混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因與對(duì)策進(jìn)行研究，對(duì)指導(dǎo)大跨徑明挖隧道混凝土主體結(jié)構(gòu)施工裂縫防治具有一定的借鑒意義。

1 裂縫成因分析

隧道混凝土施工過程中，通常情況下地質(zhì)情況、施工工藝、原材料、養(yǎng)生情況的選擇會(huì)直接影響到工程質(zhì)量，使混凝土主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致在表層集中出現(xiàn)裂縫[4]。本文所研究的裂縫至隧道混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到一定程度的可見裂縫，如下圖所示。

從技術(shù)層面分析，形成裂縫的大概包括以下幾個(gè)原因：（1）設(shè)計(jì)缺陷;（2）材料問題;（3）施工工藝問題;（4）養(yǎng)生問題;（5）其他外界影響。裂縫的產(chǎn)生因素可以分為非外力因素與外力因素兩類，非外力因素指材料質(zhì)量及施工工藝引起的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，外力因素指結(jié)構(gòu)的界面彎矩、剪力使隧道結(jié)構(gòu)整體受力[5]。

2 工程實(shí)踐與總結(jié)

2.1 隧道主體裂縫概況

江蘇省某隧道工程全長3.549 km，本隧道均采用明挖現(xiàn)澆施工，隧道最大跨徑為41 m，最大埋深15 m。目前已完成K37、K38、K39節(jié)段隧道頂板施工，該區(qū)域最大跨徑為40.8 m，埋深為14.6 m。經(jīng)觀察K37頂板左線（北側(cè)）倒角位置（基本位于格構(gòu)柱位置）出現(xiàn)3道橫向滲水裂縫，K38頂板左線（北側(cè)）倒角位置（基本位于格構(gòu)柱位置）出現(xiàn)4道橫向滲水裂縫，K39匝道頂板出現(xiàn)3道橫向滲水裂縫。

2.2 隧道主體裂縫原因分析

針對(duì)K39匝道頂板、K38主線頂板、K37主線頂板裂縫情況，分別從地質(zhì)情況、施工工藝及施工過程控制、裂縫的分布、原材料、養(yǎng)生、溫度監(jiān)測等情況進(jìn)行分析，具體分析如下：

2.2.1 地質(zhì)情況分析

根據(jù)地勘報(bào)告K37、K38、K39基坑基底南北側(cè)均位于4-1層（粉質(zhì)黏土），39匝道、38匝道、37匝道基本位于3-1層黏土至3-2層粉質(zhì)黏土層中，且裂縫基本位于匝道與主線交界部位，可能存在地質(zhì)因素導(dǎo)致不均勻沉降促使頂板產(chǎn)生裂縫。

2.2.2 施工工藝及過程中控制分析

施工時(shí)間分析：

K39匝道頂板裂縫可能由于匝道側(cè)墻澆筑時(shí)間與匝道頂板澆筑時(shí)間間隔過大（北側(cè)墻澆筑日期2020.07.19;頂板澆筑日期2020.09.24間隔65天），側(cè)墻混凝土收縮徐變基本完成，頂板澆筑完成后受側(cè)墻約束，且匝道頂板較?。? m），導(dǎo)致匝道頂板在混凝土收縮徐變期間從頂板薄弱部位（預(yù)埋孔洞位置）產(chǎn)生裂縫。

K38主線頂板北倒角裂縫可能由于混凝土供應(yīng)不及時(shí)（頂板澆筑時(shí)間2020.09.12-2020.9.13澆筑時(shí)間28.5小時(shí)） ，北側(cè)作業(yè)工人工作時(shí)間較長振搗不到位，導(dǎo)致北側(cè)倒角混凝土可能存在分層，頂板澆筑完成后收縮徐變期間從頂板薄弱部位（振搗不到位部位）產(chǎn)生裂縫。

施工工藝分析：

K37、K38、K39混凝土施工工藝為分層澆筑，分三層澆筑，由于頂板作業(yè)面較大且夏季高溫施工，混凝土第一層大面積澆筑完成后，混凝土供應(yīng)不及時(shí)存在初凝情況，有可能存在施工冷縫現(xiàn)象。從裂縫集中在K38、K37北側(cè)倒角部位可看出，北側(cè)倒角部位有可能振搗不到位。

2.2.3 裂縫分布情況分析

K37、K38主線頂板裂縫均位于北洞倒角部位，南洞現(xiàn)階段未發(fā)現(xiàn)裂縫，從裂縫集中程度看，大部分由格構(gòu)柱向一端或向兩端開裂?？赡苡捎陧敯邃摻钤诟駱?gòu)柱部位無法穿過，或能穿過部位鋼筋密度布置不均勻，導(dǎo)致格構(gòu)柱部位在混凝土收縮徐變期間較其他地方薄弱，產(chǎn)生裂縫。也存在格構(gòu)柱上端支撐約束、下端底板約束，頂板混凝土澆筑完成后，在收縮徐變期間格構(gòu)柱對(duì)頂板約束引起此部位頂板裂縫。

K39頂板由于格構(gòu)柱約束解除較早，未發(fā)現(xiàn)裂縫。

2.2.4 養(yǎng)生情況分析

K39頂板采用蓄水養(yǎng)生、K37、K38頂板采用覆蓋土工布保濕養(yǎng)生時(shí)間7～10天。從裂縫情況來分析K39無裂縫，K37、K38均有裂縫，有可能大體積混凝土蓄水養(yǎng)生效果較好。

2.2.5 原材料分析

（1）混凝土原材料及配合比。目前非外力荷載引起的裂縫較為常見，可能是原材料的質(zhì)量沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)混凝土材料配合比、外加劑等設(shè)計(jì)指標(biāo)的不合理也可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

（2）混凝土生產(chǎn)控制。攪拌站采用料倉大棚對(duì)砂石原材遮陽降溫，拌合水采用恒溫水，降低混凝土出機(jī)溫度，通過使用恒溫水、料倉遮陽灑水降溫措施等能有效降低夏期混凝土出機(jī)溫度。

2.2.6 混凝土溫度監(jiān)測分析

預(yù)埋混凝土測溫線，混凝土內(nèi)外部溫度監(jiān)測。在側(cè)墻中間段預(yù)埋測溫線（靠地連墻內(nèi)側(cè)、中部、外側(cè)）得到的混凝土內(nèi)部溫度檢測結(jié)果如下表所示：

根據(jù)裂縫發(fā)展情況分析，裂縫處于混凝土澆筑后5天開始逐漸產(chǎn)生，在7～14天內(nèi)變化較大，14天之后新發(fā)生的裂縫較少，大部分為前期產(chǎn)生的裂縫的長度、寬度、深度的延伸。

2.2.7 混凝土結(jié)構(gòu)工后監(jiān)測分析

結(jié)合本工程特點(diǎn)及周邊環(huán)境情況，針對(duì)基坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行工后沉降監(jiān)測。監(jiān)測頻率如下表：

工后沉降監(jiān)測點(diǎn)在每一個(gè)節(jié)段兩端布置，故一個(gè)節(jié)段工后沉降監(jiān)測點(diǎn)12個(gè)。由此K37、K38、K39三個(gè)節(jié)段共36個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖如下：

監(jiān)測成果數(shù)據(jù)分析：監(jiān)測周期自2020年5月至2021年8月。結(jié)構(gòu)施工期間，結(jié)構(gòu)底板澆筑后（30 d內(nèi)）沉降數(shù)據(jù)較大，累計(jì)變形值均在設(shè)計(jì)控制值范圍內(nèi)，30 d后沉降變化速率逐漸處于穩(wěn)定。其中累計(jì)值最大監(jiān)測點(diǎn)GH39-6為-3.6 mm。如下圖：

其中百日沉降速率最大監(jiān)測點(diǎn)GH37-12為-0.011 mm/d未超過規(guī)范要求，由此判定已達(dá)到穩(wěn)定趨勢。如下表：

2.3 隧道主體裂縫防治對(duì)策

根據(jù)從地質(zhì)情況、施工過程、混凝土澆筑及后期養(yǎng)護(hù)方面，全面的進(jìn)行分析。掌握了裂縫基本特性，裂縫出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)物部位，后期規(guī)模出現(xiàn)裂縫時(shí)間范圍內(nèi)，針對(duì)裂縫防控措施如下：

（1）兩次不同結(jié)構(gòu)混凝土澆筑間隔時(shí)間不宜過長，澆筑時(shí)間若過長，建議分段長度減小澆筑。

（2）混凝土振搗是防止裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，混凝土振搗的方式、方法、均勻性是關(guān)鍵。

（3）針對(duì)頂板面積較大，夏季施工需分段、分層澆筑，不應(yīng)大面積攤鋪一層，再澆筑第二層，需要根據(jù)拌合站的生產(chǎn)能力，施工力量合理確定澆筑步距。

（4）大體積混凝土供應(yīng)及時(shí)性是主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量保障的關(guān)鍵。

（5）頂板格構(gòu)柱部位存在一定的薄弱點(diǎn)及約束，建議格構(gòu)柱部位鋼筋加強(qiáng)，格構(gòu)柱內(nèi)部設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，頂板混凝土強(qiáng)度滿足要求后及時(shí)解除格構(gòu)柱對(duì)頂板的約束條件。

（6）大體積混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)生是關(guān)鍵，有條件建議蓄水養(yǎng)生，無條件建議覆蓋薄膜+土工布保濕養(yǎng)生。

（7）在隧道縱橫斷面及周邊區(qū)域需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)際開挖后地質(zhì)情況與圖紙地勘資料的核查工作，不良地質(zhì)做好地質(zhì)換填加固等處理措施，避免因不均勻沉降導(dǎo)致頂板裂縫產(chǎn)生。

3 小結(jié)

（1）通過對(duì)比性試驗(yàn)與分析，對(duì)依托工程的地質(zhì)情況、施工工藝及施工過程控制情況、裂縫的分布情況、原材料情況、養(yǎng)生情況、溫度監(jiān)測、沉降觀測情況對(duì)不同隧道階段的裂縫成因及防治對(duì)策進(jìn)行分析與研究，總結(jié)出一套裂縫防治對(duì)策，研究結(jié)果更加科學(xué)可靠，可為地下與隧道工程裂縫防治工作提供參考。

（2）裂縫的產(chǎn)生也是隧道結(jié)構(gòu)受力后形變的結(jié)果，說明材料、施工工藝、施工時(shí)間、養(yǎng)生等因素導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)受力不均衡，在隧道施工過程中可以通過裂縫監(jiān)測指導(dǎo)施工流程，把控工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邊隴超，王琛銳，薛武彬，等.隧道結(jié)構(gòu)裂縫的形成分析與發(fā)展控制[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012，8（9）：120-122.

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