地下洞室衬砌混凝土裂缝分析及对策

摘要：地下洞室衬砌混凝土时通常采用泵送入仓，和易性大、水泥单耗高，一定程度上受到了围岩的约束，同时大部分都存在着地下水。和一般的混凝土相比，发生裂缝现象的机率很高，所以，应尽快制定高效的预防措施，以降低和防止裂缝的发生、蔓延。本文首先指出了混凝土裂缝的分类，其次制定了防止
混凝土发生裂缝的措施，以供参考。
关键词：衬砌混凝土；裂缝；防裂措施



0引言
地下洞室衬砌混凝土浇筑时一般采用的是泵送入仓的方式，坍落度大，局部范围由于仓位十分的窄小，很难将混凝土入仓进行振捣，坍落度已经达到了十一厘米，并且对于混凝土的和易性以及流动性提出了更高的要求，甚至还要求过水建筑物水胶比不能超过0.5.所以，采用泵送方式时，使得混凝土的水泥单耗达到了300kg/m3。由于衬砌混凝土周边受到了围岩的约束，相对于大坝混凝土，它的特征是具有较大的坍落度、水泥单耗高、较强的约束力，丰富的地下水等诸多特点，极易发生裂缝现象，所以，应尽快制定高效的预防措施，以降低和防止裂缝的发生、蔓延。
1．混凝土裂缝分类
1．1混凝土表面裂缝
其主要有两个部分，一个是水平面裂缝，一个是立面裂缝，水平面裂缝的产生通常是因为混凝土混合料早期失去了应有的水分，发生了干缩而导致的，尤其是坍落度较大的混凝土振捣时极易出现分层离析现象，致使粗重骨料不断向下沉，表面部位存在一层砂浆，水分在向上移动过程中，使得表面产生了泌水现象，表层含水量不断增加，经过数小时后，泌水会逐渐的降低，表面水分蒸发速度进一步加快，致使混凝土表面发生了干缩，通常当混凝土终凝后一至三天内，它的表面会产生细微的龟裂现象。混凝土表层砂浆厚度与泌水的多少以及表面水分蒸发速度的快慢直接决定了裂缝的实际宽度和深度。立面裂缝产生主要是因为受到了模板的较好保护，不会对分层离析造成过大的影响，裂缝实际发生次数很少。不过，由于存在着干缩养护和拆模时间等因素，所以，其表面也会出现一些裂缝现象。
1．2衬砌贯穿裂缝
衬砌混凝土贯穿全厚裂缝具体可分为四种，即环向裂缝、纵向裂缝、交叉裂缝以及斜裂缝等。以下对这四种裂缝进行一一介绍。
1．2．1环向裂缝
环向裂缝也可称之为横向裂缝，实际上，其相当垂直于洞轴线或者水流方向，这一裂缝发生机率高，并且危害程度也较大。首先是干缩裂缝；水泥混凝土中，虽然水泥石中含有化学结合水、物理吸附水以及毛细水等，不过，这些水会在混凝土的硬化阶段消失掉，水泥浆体也会随着这一变化一定程度上发生收缩。收缩过程中，水泥浆体会受到两种物质的局限，一个是内部骨料，一个是基础岩面。混凝土内部中存在着由干缩而产生的应力状态，当它的拉应力已经超出了混凝土的抗拉强度时，那么，就会出现干缩裂缝。其次，冷缩裂缝；实际上，水泥混凝土也存在着热胀冷缩的性能，尤其当混凝土内部温度提升以及外部温度冷却的情况发生时，其变形过程中就会受到基岩面的约束，最终导致冷缩裂缝的产生。如某一水利枢纽工程导流洞衬砌混凝土浇筑中，为了充分的掌握混凝土内部温度的实际变化，于是，在对底板中的混凝土进行浇筑时，在某一位置处埋设了六支温度计。这六支温度计分别埋设在左侧墙与侧墙表面距离为0.025米处、左侧墙和侧墙中部距离为0.32米处；底板和底板表面距离为0.025米处、底板和底板中部距离为0.32米处；右侧墙与侧墙表面距离为0.025米处、右侧墙和侧墙中部距离为0.225米处；将衬砌的厚度设定为六十厘米，一次浇筑成型，在埋设位置处混凝土的平均厚度达到了七十五厘米，所使用的水泥是普通型的，实际单耗达到了268kg/m3，通过泵送混凝土，入仓温度控制在20摄氏度为宜，混凝土浇筑后一天，其内部最高温度已经有四十一摄氏度，最大温升是十九摄氏度，之后逐渐的下降。笔者从相关资料中看到，混凝土在正常的温度范围内，其温度实际上升一摄氏度，每米膨胀达到了0.01毫米。将该工程的导流洞洞身混凝土作为实例，在计算入仓温度时按照22.3摄氏度进行，最高温度是四十一摄氏度、最大温升达到十九摄氏度，在计算最大块长度时按照十米进行，由于温度上升而导致混凝土发生了膨胀，公式为19乘以0.01乘以10，等于1.9毫米，不过当温度不断下降，就会不同程度上受基岩、锚杆以及硬化混凝土的较强约束，从而使得其无法自由的进行收缩，进而产生了裂缝。
1．2．2混凝土纵向裂缝
导致这一裂缝产生的主要原因是因为基岩发生了变形、静水压力，施工阶段存在的薄弱环节是如层间结合不良、冷缝等都会不同程度上出现裂缝。混凝土浇筑初期阶段，它的强度较低，由于围岩的收敛变形以及排水不充足，在静水压力作用下，就会导致裂缝的发生。
1．2．3混凝土交叉裂缝
这一裂缝主要是由两条或者两条以上的裂缝的相交而形成的，所以将其叫做交叉裂缝。导致这一裂缝产生的主要原因是混凝土干缩、冷缩和围岩变形以及静水压力这四因素的综合作用下而引起的。
2．防止混凝土裂缝发生的措施
如果衬砌混凝土发生了裂缝，那么，不仅会对建筑物的耐久性造成影响，而且，还会导致钢筋发生腐蚀，大大降低了其的使用寿命以及结构的安全性，所以，应积极的制定一系列相应的解决措施，以减少裂缝的发生率以及对已经存在的裂缝进行有效的处理。
2．1对混凝土表面裂缝的处理
虽然说表面裂缝不会对建筑物的整体安全造成影响，但是它会影响到建筑物的耐磨性，对于水流冲刷速度较快部位应引起我们的高度重视，所采取的防止裂缝发生的措施是将混凝土的坍落度和泌水进一步降低与减少，严格防止由于过振而产生分层离析，注重养护，要及时的清楚由于过振而产生的表面砂浆层。另外，在选用细骨料时应以中砂为宜，细度模数应控制在2.4到3.0之间，如果砂子太粗，那么，拌制的混凝土就会发生离析、泌水现象。而砂子太细，水泥用量就会增多，致使混凝土自身收缩量进一步增加。砂子级配应良好，避免颗粒间存在空隙，降低水泥用量。由于砂子中含有有害物质，如有机质、粘土、硫酸盐等会使得混凝土强度与耐久性降低，极易发生干缩，使用前应加强检测，将其控制在标准范围内。对于粗骨料，级配应合理，避免粗骨料有较大的空隙，在与施工要求相符下，应尽可能的增大粗骨料的粒径，以降低水泥用量，确保混凝土具有较高的密实度。对粗骨料的针、片状含量加以控制，减少混凝土薄弱层面。
2．2对混凝土环向裂缝的处理
通常会采用降低水泥单耗，使用热度较低的水泥，以避免混凝土有过大的坍落度以及入仓温度。这一方法一定程度上能够降低各种混凝土裂缝次数的发生，不过，为了有效的减少环向裂缝，最重要的一个因素就是设计，比如隧道混凝土的强度设计的太高，就会进一步加大了水泥的使用数量，水化热不断升高，极易发生裂缝；而设计强度太低，又很难达到结构或者混凝土耐久性的根本要求，从而降低抗冲耐磨性能。比如有的工程导流洞处在相同的断面上，原材料、外加剂、布筋、施工、养护条件均相同，c45断面的混凝土中有近百分之六十中部都会出现环向裂缝，而在c30断面中，裂缝的发生率较少。所以，为了满足设计结构的具体要求，我们可以增加一定的混凝土衬砌厚度与配筋；同时，为了避免推移质不会对隧洞造成严重的损坏，应在隧洞底板表面以及两边墙一米范围内的表层浇筑厚度为二十厘米的c60硅粉，以将这一问题有效的解决。另外，养护条件如何，也会对混凝土裂缝造成一定的影响。比如，某一工程的导流洞底板前期养护使用的是温度为七到十一摄氏度的冰河河水，使得混凝土表面及其内部温度产生了较大的差异，最终从中部位置处发生了环向裂缝。随后采用养护剂进行养护，并延长了脱模时间，有效避免了裂缝的发生。最后，这一工程的配合比粉煤灰掺合料由之前的百分之十五增加到了百分之三十，使得水化热进一步降低，同时也降低了混凝土裂缝的发生次数。衬砌分段长度缩短，混凝土环向裂缝降低。