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        某隧道二襯混凝土掉塊病害檢測及應(yīng)急處治

        2022-07-20 07:04:02徐洪彬宋文超
        交通科技與管理 2022年14期
        關(guān)鍵詞:環(huán)向間距圍巖

        徐洪彬,宋文超,周 明,李 鵬

        (四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610041)

        0 引言

        隨著我國公路交通事業(yè)的大力發(fā)展,公路隧道工程不斷增加。但隧道地質(zhì)條件復(fù)雜多變,受設(shè)計(jì)和施工技術(shù)條件的限制,以及運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)管理不合理等因素的影響,隧道病害不斷出現(xiàn),甚至發(fā)生二襯混凝土掉塊現(xiàn)象,直接威脅到隧道內(nèi)行人和行車安全。目前我國相當(dāng)比例的公路隧道處于病害發(fā)育的亞健康狀態(tài),隧道養(yǎng)護(hù)維修的任務(wù)相當(dāng)繁重。公路隧道病害應(yīng)急檢測和養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)對于保障隧道運(yùn)營安全、降低社會影響意義重大。

        1 二襯混凝土掉塊事故簡介

        我國某公路隧道在運(yùn)營過程中拱頂二襯混凝土發(fā)生掉塊,面積約33 m2,環(huán)向最長約為5.8 m,縱向最長約為7 m,掉落混凝土體積估約13.2 m3,砸落在隧道瀝青路面上。事故發(fā)生后,運(yùn)營管養(yǎng)單位立即委托專業(yè)檢測單位對二襯混凝土掉塊區(qū)段進(jìn)行應(yīng)急檢測,并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行應(yīng)急處治設(shè)計(jì)。

        2 二襯混凝土掉塊段病害檢測

        2.1 檢測方案

        根據(jù)混凝土掉塊段病害情況及相關(guān)規(guī)范[1]要求,對發(fā)生襯砌混凝土掉塊位置一模襯砌(里程樁號為K5+981~K5+990)縱向9 m 長度范圍進(jìn)行應(yīng)急檢測,檢測項(xiàng)目及內(nèi)容如表1 所示。

        表1 檢測項(xiàng)目及內(nèi)容

        2.2 混凝土掉塊處特征調(diào)查結(jié)果

        (1)掉塊區(qū)域位于拱頂,面積約33 m2,環(huán)向最長約為5.8 m,縱向最長約為7 m,掉落混凝土估約13.2 m3,位于一?;炷羶?nèi)。

        (2)已掉塊混凝土厚度約為30~50 cm,斷裂面有明顯顏色分界,為土黃色和灰白色(灰白色為新斷裂混凝土顏色)。

        (3)掉塊區(qū)域肉眼可見單層鋼筋,位于襯砌內(nèi)側(cè)(靠圍巖側(cè)),裸露環(huán)向鋼筋17 根,縱向構(gòu)造鋼筋11 根,其中3 根縱筋被拉斷。

        2.3 襯砌內(nèi)鋼筋檢測結(jié)果

        掉塊段落原設(shè)計(jì)為Ⅴ級圍巖,二襯采用雙層鋼筋,環(huán)向主筋直徑B22,間距20 cm;縱向構(gòu)造筋直徑B14,間距25 cm。鋼筋間距實(shí)測結(jié)果為:

        (1)環(huán)向主筋最小間距22.0 cm,最大間距41.5 cm,平均間距33.1 cm。

        (2)縱向構(gòu)造鋼筋最小間距40.5 cm,最大間距71.8 cm,平均間距54.03 cm。

        2.4 二襯厚度及背后空洞檢測結(jié)果

        原設(shè)計(jì)二襯厚度為50 cm,檢測結(jié)果顯示,共有7 個(gè)厚度代表值不滿足設(shè)計(jì)要求,最小襯砌厚度為39 cm。檢測結(jié)果見表2。

        表2 二次襯砌掉塊段厚度檢測結(jié)果

        經(jīng)敲擊拱頂殘留混凝土發(fā)現(xiàn)背后存在空洞,位于兩?;炷潦┕たp處。在三處防水板露出部位驗(yàn)證,防水板后空洞深度最大為16.0 cm。

        2.5 襯砌強(qiáng)度

        該次在襯砌邊墻及掉塊混凝土分別進(jìn)行取芯抗壓檢測,2處混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求,檢測結(jié)果如表3所示。

        表3 襯砌混凝土強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)表

        2.6 凈空斷面檢測

        混凝土掉塊段共檢測3 個(gè)凈空斷面。檢測結(jié)果顯示:實(shí)測斷面均未侵入設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓。檢測結(jié)果見圖1~3。

        圖1 K5+985 凈空斷面圖

        3 病害原因綜合分析

        根據(jù)襯砌掉塊段應(yīng)急檢測結(jié)果,現(xiàn)將病害產(chǎn)生原因總結(jié)如下:

        3.1 襯砌混凝土存在施工界面

        襯砌掉塊段二襯混凝土斷裂面有明顯顏色分界,為土黃色和灰白色(灰白色為新斷裂混凝土顏色),二次襯砌混凝土存在不連續(xù)澆筑施工界面。可能為施工過程中二襯澆筑完后脫模過早,造成襯砌混凝土局部掉塊,單層鋼筋位置形成脫離面,施工單位未進(jìn)行有效結(jié)構(gòu)修補(bǔ),襯砌整體性差。

        3.2 襯砌施工質(zhì)量缺陷

        襯砌掉塊段襯砌內(nèi)鋼筋設(shè)計(jì)為雙層鋼筋,混凝土掉塊區(qū)域?yàn)閱螌愉摻?,且位于襯砌內(nèi)側(cè)(靠圍巖側(cè))。環(huán)向、縱向主筋間距過大,不滿足設(shè)計(jì)要求。該段襯砌拱頂背后存在空洞。二次襯砌鋼筋布設(shè)不規(guī)范以及襯砌拱頂背后空洞,不利于隧道結(jié)構(gòu)受力。

        3.3 地形、地質(zhì)條件

        該段圍巖為粉砂質(zhì)泥巖,巖質(zhì)軟弱,且該段地面地形陡緩交界,地下水易沿層面滲入隧道,不利的地形、地質(zhì)條件以及地下水的作用對襯砌結(jié)構(gòu)具有一定影響。

        3.4 多次地震對隧道結(jié)構(gòu)影響

        該項(xiàng)目完工后周邊地區(qū)曾發(fā)生多次地震,如2013 年4 月20 日蘆山地震(7.0 級)、2019 年6 月17 日宜賓長寧地震(6.0 級)等,頻繁發(fā)生的地震對隧道結(jié)構(gòu)會造成一定影響,進(jìn)一步削弱了該處二次襯砌的整體性。

        圖2 K5+988 凈空斷面圖

        圖3 K5+989 實(shí)測凈空斷面圖

        綜合以上因素分析,襯砌混凝土施工質(zhì)量是導(dǎo)致襯砌掉塊的主要原因。二次襯砌混凝土由于存在上下不連續(xù)的澆筑施工界面,且該界面位于單層鋼筋網(wǎng)附近,上下部分混凝土結(jié)合差,在地下水、圍巖的長期反復(fù)作用及地震的誘導(dǎo)作用下,襯砌承受荷載增大,上部混凝土無法提供足夠的連接力,下部混凝土連接邊緣破裂,導(dǎo)致襯砌混凝土掉塊。

        4 二襯混凝土掉塊段病害處治措施

        根據(jù)隧道掉塊成因和特征,考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全、公路隧道運(yùn)營壓力及工期要求,通過多方溝通及綜合比選,本著“安全經(jīng)濟(jì)、方案合理、施工便捷”的原則,決定采用輕軌+噴射混凝土套襯+邊墻鋼管樁加固,襯砌掉塊位置采用單層鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土嵌補(bǔ)方案。

        襯砌混凝土掉塊段的主要處治方案及措施詳見表4及圖4、圖5,各處治措施施工工藝及質(zhì)量要求如下:

        表4 二襯混凝土掉塊段處治措施

        圖4 襯砌嵌補(bǔ)設(shè)計(jì)圖

        圖5 套襯設(shè)計(jì)圖

        4.1 套拱加固

        (1)套拱加固段處治工序必須按“防火涂料鑿除→二襯表面清潔與鑿毛→對局部內(nèi)空富余不足的位置,適當(dāng)鑿除→布設(shè)輕軌→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴C30 混凝土形成套襯”的施工順序,逐步逐項(xiàng)完成。

        (2)原二襯表面鑿毛并涂刷混凝土界面劑,鑿毛面積5×5 cm 的范圍內(nèi)不少于1 點(diǎn),保證新舊混凝土的良好結(jié)合。

        (3)套襯拱腳必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施作,確保輕軌落腳牢固可靠。

        4.2 邊墻鋼管樁

        (1)鋼管樁施工工序:鉆孔→清孔(清除積水和虛碴等)→插入鋼管、鋼筋籠(居中)→振動密實(shí)灌入細(xì)骨料混凝土。應(yīng)作試驗(yàn)樁檢查以上工序的有效性和樁的質(zhì)量。

        (2)鋼管應(yīng)先在管壁上開孔,開孔直徑為A20,豎向間距20 cm,120°螺旋布設(shè)。確保灌漿時(shí)水泥砂漿能填充管壁與孔壁的間隙。

        (3)鋼管下放成功后采用C30 細(xì)骨料混凝土(最大粒徑<1.5 cm)進(jìn)行灌注,孔口采用注漿膠球或編織袋封閉。

        4.3 襯砌掉塊嵌補(bǔ)

        (1)施工工序?yàn)椋杭茉O(shè)18 kg/m 輕軌→清除原襯砌有掉塊風(fēng)險(xiǎn)混凝土→掉塊處植入單層鋼筋網(wǎng)→分層噴混凝土修補(bǔ)原襯砌→邊墻處施作A42 泄水孔→預(yù)埋A50 半剖PVC 軟管將地下水引排至電纜溝內(nèi)→進(jìn)行下一步套襯結(jié)構(gòu)施作。

        (2)襯砌掉塊嵌補(bǔ)前應(yīng)先清除原襯砌有掉塊風(fēng)險(xiǎn)襯砌混凝土,并采用階梯切割方式使既有襯砌與噴射混凝土接縫面垂直于襯砌結(jié)構(gòu)軸線。

        (3)鋼筋網(wǎng)應(yīng)插入原襯砌混凝土中30 cm,采用植筋膠連接??繃鷰r內(nèi)側(cè)既有鋼筋間距過大或鋼筋掉落位置應(yīng)加密布設(shè)鋼筋并與原鋼筋采用A10 箍筋綁扎連接,保證兩層鋼筋間距。

        4.4 背后注漿填充

        (1)注漿管長度以穿過套拱和二襯厚度適當(dāng)長度進(jìn)入脫空部位為準(zhǔn),應(yīng)避免破壞原有防水系統(tǒng);

        (2)采用水泥砂漿填充空洞,水灰比0.8 ∶1~1 ∶1,水泥和砂的比率為1 ∶0.5。

        (3)采取低壓注漿充填方式,當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.1 MPa并穩(wěn)定5 min 以上即可結(jié)束該孔注漿。

        5 結(jié)語

        該處治工程在大量收集隧道原設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營資料的基礎(chǔ)上,對結(jié)構(gòu)開展了全面的應(yīng)急檢測,對襯砌混凝土掉塊原因進(jìn)行了有效分析,并及時(shí)制定了切實(shí)可行的處治方案,保證處治工程快速有效實(shí)施,迅速恢復(fù)交通,減小了社會影響,經(jīng)處治施工后圍巖及隧道結(jié)構(gòu)恢復(fù)穩(wěn)定,處治效果良好。

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