李維軍

中鐵建大橋工程局集團(tuán)第五工程有限公司

1 引言

水工隧道混凝土裂縫不僅會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力和耐用性，還會(huì)引起內(nèi)部鋼筋的腐蝕，造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)老化和損失。對(duì)于水工隧道工程需要嚴(yán)格控制裂縫，并避免內(nèi)部鋼桿的腐蝕。由于水壓力、土壤壓力和熱應(yīng)力的長(zhǎng)期綜合影響，水工隧洞混凝土結(jié)構(gòu)中極易的出現(xiàn)裂縫。因此，預(yù)防和控制裂縫和實(shí)施有效地加固措施，進(jìn)行工程研究預(yù)防隧道混凝的裂縫，可以很大程度的提高了使用壽命和安全性能，減少的建筑單位資金的投入，有效地降低施工作業(yè)成本并提高運(yùn)行效率。

2 水工隧洞裂縫概述

在水工隧洞施工過(guò)程中，出現(xiàn)裂縫主要有兩種類(lèi)型，水力隧道的伸縮縫處的漏水和隧道的深層裂縫。伸縮縫滲水主要原因可能是膨脹縫在施工過(guò)程中未得到有效處理，或者在進(jìn)出混凝土路面的施工過(guò)程中未采取相應(yīng)的熱防護(hù)措施，溫度的差異容易造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。對(duì)于深度的裂縫，主要是由于在進(jìn)行混凝土支架施工過(guò)程中，建筑材料的水化造成的，導(dǎo)致了裂縫的出現(xiàn)。目前，裂縫已成為水工隧道施工中相對(duì)普遍的質(zhì)量缺陷，因此必須采取有效措施來(lái)控制隧道中裂縫的形成。在水工隧道的長(zhǎng)期運(yùn)行中，它必須承受諸如水壓、圍巖壓力、溫度應(yīng)力和主壓力之類(lèi)的復(fù)合載荷。混合荷載會(huì)在水工隧道的凝結(jié)結(jié)構(gòu)中造成裂縫。此外，人們對(duì)建筑物安全性和環(huán)保性的要求也在不斷提高。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低的建筑物不能滿(mǎn)足人們的建筑安全要求。對(duì)于破裂或無(wú)法滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的液壓隧道，必須采取有效地步驟進(jìn)行升級(jí)，裂縫的預(yù)防和控制可以有效減少液壓隧道中裂縫的形成。水工隧道中混凝土的裂縫是不可避免的工程問(wèn)題。加強(qiáng)預(yù)防和避免伸縮縫滲水的水工隧道成為另一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。

3 水工隧洞的加固診斷與分析

在進(jìn)行水工隧洞的裂縫診斷以及進(jìn)行加固分析時(shí)，應(yīng)注意形成建筑物裂縫的原因，并分析裂縫的等級(jí)劃分，必須注意不斷監(jiān)視其發(fā)展趨勢(shì)。在加固施工中，提高液壓黃銅裂縫加固的質(zhì)量，可以有效地提高水壓隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，使工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)得到保障。水工隧洞混凝土可能會(huì)在不同方向和不同深度處出現(xiàn)裂縫的情況，這必將對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。不同的裂縫通常會(huì)在不同的水平上損壞混凝土結(jié)構(gòu)，因此要有效地確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和均勻性?？梢杂行У匮娱L(zhǎng)工程的使用壽命。根據(jù)水工隧洞混凝土根據(jù)裂縫情況可劃分為不同等級(jí)的破壞程度。通過(guò)對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析，可以確定需要從裂縫力學(xué)的角度對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和裂縫穩(wěn)定性進(jìn)行深入的分析，有效地提高了水工隧道結(jié)構(gòu)的承載能力。在正常情況下進(jìn)行分析時(shí)，可以分為開(kāi)放式，滑動(dòng)開(kāi)放式和撕裂開(kāi)放式三種裂縫的穩(wěn)定性分析，當(dāng)進(jìn)行單元裂紋的數(shù)值模擬時(shí)，可以嘗試應(yīng)用模型測(cè)試方法，記錄和觀察混凝土結(jié)構(gòu)中不同等級(jí)的裂縫，并清楚明確地了解其形成的整個(gè)過(guò)程。

4 水工隧洞混凝土裂縫成因

4.1 外部載荷引起的裂縫

由于結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)力不同，因此裂紋的形狀將有很大不同。對(duì)于這樣的裂紋，由于兩點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的加載作用，會(huì)發(fā)生由大的外部載荷引起的結(jié)構(gòu)彎曲現(xiàn)象。應(yīng)力裂紋通常在部件中顯示為本質(zhì)上是擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)裂紋，對(duì)于這種類(lèi)型的裂紋，通常會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成更大的破壞。壓縮裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中最常見(jiàn)的形式，壓縮應(yīng)力超過(guò)了鋼筋混凝土的抗壓強(qiáng)度，這就造成了結(jié)構(gòu)應(yīng)力線性下降。

4.2 內(nèi)部載荷引起的裂縫

內(nèi)部載荷引起的裂縫更為普遍。這些裂縫的原因在于，原材料的質(zhì)量不符合行業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)際的施工要求嚴(yán)重不符，以及混凝土材料的不合理配比是造成此裂縫的主要原因。在混凝土施工過(guò)程中若出現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)，形成的結(jié)構(gòu)裂縫將在縱向和周?chē)较蜓由?。原材料質(zhì)量不合格或者不符合施工環(huán)境，將直接影響工程施工的整體質(zhì)量。在水泥材料運(yùn)輸過(guò)程中，混凝土的含水量可能會(huì)發(fā)生改變，將在一定程度上影響材料的整體質(zhì)量性能。在施工過(guò)程中，沒(méi)有合理的選擇添加劑，或者添加劑的用量和類(lèi)型不符合本工程項(xiàng)目，將直接導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。在選擇添加劑的數(shù)量和類(lèi)型時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力收縮現(xiàn)象通常是由于數(shù)量和類(lèi)型的選擇不合理所致，這也引起混凝土材料的干結(jié)塊，導(dǎo)致了混凝土的表面裂縫。

4.3 溫差太大的原因

如果溫度變化太大，襯砌混凝土將收縮并開(kāi)裂。隧道通風(fēng)不良溫度過(guò)高時(shí)，這將不利于散熱，這在南部的水工隧道施工中很常見(jiàn)。隧道始終處于高溫狀態(tài)。當(dāng)溫度升高時(shí)，濕氣蒸發(fā)并冷卻，難以保持良好的混凝土狀況，整個(gè)施工環(huán)境以及混凝土溫度的變化都會(huì)導(dǎo)致裂縫的形成。

4.4 由鋼筋拉伸引起的裂紋

在短時(shí)間內(nèi)建造的水工隧道中，當(dāng)外部承受很大壓力時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫會(huì)給整個(gè)隧道帶來(lái)安全隱患，并影響混凝土的質(zhì)量。

4.5 由于地質(zhì)和水文條件變化引起的裂縫

地下水處于不斷運(yùn)動(dòng)中，其分布條件具有一定的特征，盡管在施工前對(duì)水工隧道進(jìn)行了檢查，并根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖施工，但地下水在不斷地變化，施工情況與原來(lái)想象大不相同，所以也會(huì)引起裂縫。

5 水工隧洞混凝土裂縫分析及加固研究

5.1 施工質(zhì)量控制

水工隧道的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響項(xiàng)目的整體安全性和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況合理的設(shè)計(jì)安全的結(jié)構(gòu)，要求建筑工人按建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行合理的施工。如果不正確的施工，這不僅會(huì)浪費(fèi)大量的材料，勞動(dòng)力和資金，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體安全性能。在混凝土的運(yùn)輸、澆鑄和振動(dòng)，施工單位以及監(jiān)理單位必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。在固化過(guò)程中要注意混凝土的水分，嚴(yán)格控制溫度變化，降低混凝土的變性速率，并且保證混凝土的抗壓強(qiáng)度水平滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求[1]。

5.2 溫度的控制

在水工隧道混凝土施工中，形成的裂紋的通常是由溫度所引起的。因此必須降低進(jìn)入儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)的混凝土的溫度，添加冰塊減少攪拌過(guò)程中混凝土水化熱的反應(yīng)，可以降低混凝土的溫度。還需要減小混凝土內(nèi)部和外部之間的溫差。在混凝土攪拌過(guò)程中，水合反應(yīng)將釋放出大量的熱量，很容易導(dǎo)致混凝土的表面溫度不均勻?qū)е铝鸭y。在鑄造過(guò)程中，只要避免溫度不均勻，就可以最大限度地減小溫度應(yīng)力減小破裂的可能性。國(guó)外在分析大量混凝土?xí)r特別注意混凝土材料的選擇，就溫度升高而言，大多數(shù)外國(guó)都使用預(yù)冷或噴水冷卻。研究如何有效地提高我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和防水性，將通過(guò)合理化促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從而有效地防止裂縫的形成[2]。

5.3 納米技術(shù)或高科技微生物技術(shù)

先進(jìn)技術(shù)的使用可以提高混凝土的性能并減少裂縫的形成。在高科技微生物技術(shù)的使用下，一些細(xì)菌可以通過(guò)環(huán)境中的礫石和有機(jī)物之間的反應(yīng)使碳酸鈣晶體沉淀，從而提高骨料之間的凝結(jié)能力。納米技術(shù)是使用納米材料來(lái)提高混凝土材料的穩(wěn)定性和耐久性，減少混凝土中的水含量，增加骨料密度，并且可以有效地改善混凝土材料的密封性。這些高端和新技術(shù)使預(yù)防裂縫從源頭開(kāi)始，提高了結(jié)構(gòu)之間的黏結(jié)強(qiáng)度，保證了混凝土的良好性能和耐久性[3]。

5.4 粘鋼結(jié)鋼筋混凝土技術(shù)

利用粘合劑層將鋼板黏結(jié)到混凝土表面，從而使鋼板和混凝土結(jié)構(gòu)分擔(dān)荷載，從而達(dá)到加固的目的。鋼筋混凝土技術(shù)的附著力還可以有效地控制裂紋的形成和裂紋的連續(xù)膨脹。這是水工隧道有效地混凝土裂縫加固策略。與傳統(tǒng)的混凝土加固技術(shù)相比，鋼骨混凝土加固技術(shù)的施工步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，施工方便，有效釋放鋼板的性能。而且固化時(shí)間較短，施工速度相對(duì)較快，對(duì)結(jié)構(gòu)的正常使用沒(méi)有影響。它對(duì)結(jié)構(gòu)的重量影響很小，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼板的厚度和重量較小，并且結(jié)構(gòu)的重量較小。并且該技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)效果好，有多種膠粘劑可以很好地黏附在混凝土基礎(chǔ)表面，可以充分影響鋼板的強(qiáng)度，提高混凝土的抗裂性和防水性[4]。

5.5 碳纖維增強(qiáng)混凝土技術(shù)

該技術(shù)使用粘合劑層材料將碳纖維布粘合到混凝土結(jié)構(gòu)的表面，從而使碳纖維和黏結(jié)混凝土結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固并改善結(jié)構(gòu)性能的目的。粘合劑層的材料包括浸漬的樹(shù)脂膠，流平材料和涂料。作用是填補(bǔ)混凝土基礎(chǔ)表面的細(xì)紋和其他缺陷，以改善建筑表面的平整度；包層材料的主要功能是改善混凝土，結(jié)構(gòu)的附著力提高了接頭的接縫強(qiáng)度。碳纖維更輕更結(jié)實(shí)，對(duì)混凝土重量的影響可以忽略不計(jì)，可以改善結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，并且它具有更好地耐腐蝕性，由于碳纖維不會(huì)與酸堿鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此其穩(wěn)定性更好[5]。

5.6 建立全面的防裂措施

對(duì)于混凝土中的水力裂縫，其原因有多種，全面的防裂措施，有效確保了水工隧道的安全運(yùn)行。在評(píng)估和分析裂紋危害時(shí)，應(yīng)選擇合理的應(yīng)用方法，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)控和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，并且應(yīng)將智能和數(shù)字技術(shù)積極引入該方法中。將結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生概率降到最低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法方法的實(shí)際應(yīng)用，以確定項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，并將其作為制定優(yōu)良預(yù)防措施的重要依據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)建設(shè)施工廣泛的應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用取得了較為理想的效果，有效地提高了建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性。在水工隧道的施工中，裂縫是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，這勢(shì)必會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的整體安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，因此本文詳細(xì)地分析具體問(wèn)題和分析裂縫的原因，并且對(duì)結(jié)構(gòu)加固和預(yù)防提供了一些有效地措施和應(yīng)對(duì)方法。