李建明

（偏關(guān)縣水利發(fā)展中心 山西忻州 036400）

在水工隧洞項(xiàng)目施工中，安全質(zhì)量是參建各方關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，混凝土工程問題占有更加突出的位置，表現(xiàn)在很多方面，如襯砌表面裂縫、襯砌背后脫空、蜂窩麻面等。特別是經(jīng)過一些地質(zhì)破碎帶、濕陷性黃土、涌水突泥地帶顯現(xiàn)出來的問題更多。處理這些問題，要在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析，找到問題的根源，然后利用技術(shù)、管理等手段，制定和實(shí)施處理方案，直至徹底消除隱患，為安全運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造條件。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某水工隧洞位于晉北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，系當(dāng)?shù)匾粋€(gè)提引黃河水項(xiàng)目的主要單位工程。全長(zhǎng)3 520 m，其中：Ⅲ類圍巖段長(zhǎng)2 100 m，采用三臺(tái)階法開挖，鋼拱架加噴射C25 混凝土支護(hù)，C35 鋼筋混凝土襯砌；Ⅱ類圍巖段長(zhǎng)1 420 m，采用全斷面法開挖，C30 素混凝土襯砌。

2 隧洞混凝土質(zhì)量排查

水工隧洞施工質(zhì)量控制，就是在落實(shí)三檢制的基礎(chǔ)上，抓好事前、事中、事后控制。本次隧洞缺陷檢查整改就是事后控制的典型措施。該隧洞襯砌工程施工完成后，組織進(jìn)行了混凝土的缺陷排查，采用目視+敲擊+地質(zhì)雷達(dá)無損監(jiān)測(cè)+強(qiáng)度回彈儀相結(jié)合的方法，從進(jìn)口到出口分項(xiàng)同時(shí)開展檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)按缺陷的樁號(hào)位置詳細(xì)記錄，最后按照缺陷類型整理，分類匯總得出以下結(jié)果：1）襯砌拱頂背后脫空總計(jì)達(dá)127 m。2）襯砌表面＜0.5 mm 寬裂紋5 道；寬度1～2 mm 之間裂紋1道；寬度分別為1.5 mm 和2.5 mm，深度分別為140 mm和185 mm 裂紋2 道。3）隧洞進(jìn)口頂部漿砌石排水渠有勾縫脫落、石塊松動(dòng)和斷裂3 處；進(jìn)口邊仰坡噴射混凝土面開裂下沉3 處。

2.1 缺陷成因分析

1）襯砌背后脫空成因分析：（1）利用輸送泵澆筑襯砌混凝土?xí)r，臺(tái)車拱頂部位很小的空間沒有灌滿。（2）拱頂襯砌注漿時(shí)，有漏注的部位。（3）拱頂襯砌注漿時(shí)，沒有補(bǔ)注漿或補(bǔ)注漿不符合要求，仍然有空隙。

2）裂紋成因分析：隧洞檢查發(fā)現(xiàn)的多條裂紋，寬度深度不盡一樣，經(jīng)過破檢和無損檢測(cè)相結(jié)合的方式，分析得出裂紋類型有：干縮裂紋、溫差裂紋、施工縫裂紋、地質(zhì)變形裂紋。

（1）干縮裂紋成因分析：混凝土在凝固過程中水分逐漸蒸發(fā)消耗，水泥、粉煤灰等越來越硬化收縮，由此產(chǎn)生變形。另外，混凝土入倉(cāng)后受到圍巖和模板的約束，硬化過程會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，如超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)干縮裂紋。經(jīng)過鑿除檢查，本隧洞干縮裂紋都是表面發(fā)生，非常細(xì)小，走向不規(guī)則。經(jīng)查相關(guān)施工資料，這里干縮裂紋是澆筑后養(yǎng)護(hù)措施達(dá)不到規(guī)范要求所致。

（2）溫差裂紋成因分析：本隧洞設(shè)計(jì)襯砌厚度＜40cm，屬于薄壁結(jié)構(gòu)，混凝土硬化過程中內(nèi)部和表面溫度不會(huì)變化太大，所以不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部溫差裂紋，都是表面裂紋。這一判斷，在鑿除檢查中得到了印證。造成表面裂紋這一現(xiàn)象的原因是由于環(huán)境溫差較大引起的，在氣溫較低的冬天施工時(shí)，混凝土入倉(cāng)后，表面溫度漸漸降低，內(nèi)部溫度逐步升高，隨著溫差越來越大，低縮高脹，遂出現(xiàn)裂紋。這種裂紋離開表面就很快減弱。因此，裂紋只在接近表面較淺的范圍內(nèi)出現(xiàn)，表層以里的混凝土仍保持完整。

（3）施工縫裂紋成因分析：隧洞中部有一處明顯裂紋，是施工縫裂紋。經(jīng)過調(diào)查，是在施工過程中由于機(jī)械故障不得不暫停澆筑，中斷時(shí)間超過混凝土的初凝時(shí)間，排除故障后繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r，接茬面沒有鑿毛，也沒有濕潤(rùn)鋪水泥砂漿過渡層，就在舊混凝土上澆筑剩余部分，致使新舊混凝土接茬部位出現(xiàn)裂紋。

（4）地質(zhì)變形裂紋成因分析：該隧洞的兩處地質(zhì)變形裂紋位于拱頂至拱肩部位，屬于Ⅱ類圍巖段，設(shè)計(jì)全斷面開挖。據(jù)查施工日記，當(dāng)初施工時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過地質(zhì)破碎帶，而且含水量較大，澆筑后，頂部圍巖發(fā)生小范圍重力滑溜，而后過早拆模，導(dǎo)致襯砌混凝土受壓產(chǎn)生裂紋。

3）砌體開裂下沉成因分析：（1）砌體施工后，砂漿在凝固過程中受自然蒸發(fā)失水嚴(yán)重，而現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不到位。（2）噴射混凝土施工前，洞口邊仰坡表面凹凸不平，虛土清理不干凈；噴射混凝土施工后，養(yǎng)護(hù)不到位。

3 缺陷處理

3.1 襯砌拱頂背后脫空處理方案

脫空處理就是在脫空區(qū)段打注漿孔，把水泥砂漿通過專用注漿機(jī)注入，充滿缺陷空間，與原襯砌混凝土形成結(jié)構(gòu)整體，發(fā)揮設(shè)計(jì)預(yù)期的目的。其布設(shè)見圖1。

圖1 襯砌拱頂背后脫空注漿示意圖

1）鉆注漿孔：首先現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)將每個(gè)孔位都標(biāo)注到襯砌表面，盡量做到醒目，同時(shí)將鉆孔方法及注意事項(xiàng)等以技術(shù)交底的方式交待給作業(yè)人員。用Ф30 mm 鉆頭的鉆機(jī)，方向向下傾斜四十五度角鉆注漿孔，然后在注漿孔旁鉆排氣孔，兩孔間距1m。此外，如鉆孔出現(xiàn)以下情形，應(yīng)分別對(duì)待：（1）如鉆孔深度已達(dá)到缺陷處理的技術(shù)交底要求的深度時(shí)，仍未有突進(jìn)感覺，應(yīng)停止鉆孔，現(xiàn)場(chǎng)再次核對(duì)位置信息，并上報(bào)項(xiàng)目部，溝通研究應(yīng)對(duì)措施。（2）如鉆孔深度未達(dá)到要求深度時(shí)發(fā)生鉆機(jī)突進(jìn)現(xiàn)象，應(yīng)停鉆，已經(jīng)鉆穿成孔。

2）預(yù)埋注漿管及排氣管：預(yù)埋Φ20 mm 的注漿管和排氣管，注漿管插入深度為超出混凝土內(nèi)側(cè)2 cm 為宜，排氣管插入碰到拱頂時(shí)，回拔2 cm，作為排氣空間。用工程棉包裹鋼管插入部分或套橡膠圈，緊塞到孔口，然后用膠密封，將這兩個(gè)管子固定。注漿前，把配套連接的橡膠管套入鋼管，再用伸縮管箍擰緊固定，檢查所有管路是否牢靠，如有松動(dòng)現(xiàn)象，重新固定。

3）注漿：為達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度、稠度，必須通過試驗(yàn)確定注漿液的配合比，并且在拌制前，測(cè)出原材料的含水量等數(shù)據(jù)，計(jì)算得出施工配合比，以紙面通知到施工班組。

4）補(bǔ)注：第一次注漿后2 h 內(nèi)，必須進(jìn)行補(bǔ)注漿。施工中，發(fā)現(xiàn)附近孔口有漿液擠出后馬上用木塞堵口，然后加壓到終壓力值（0.2 MPa）5 min 后停泵，讓灰漿慢慢滲入，當(dāng)壓力顯示下降到0.1 MPa 時(shí)，再次加壓，升到終壓力值（0.2 MPa）5 min 后停泵，這樣反復(fù)加壓，直到壓力表顯示穩(wěn)定在終壓力值不再下降為止，停泵，完成該孔注漿。

5）封口：待注入的漿液凝固后，將注漿管和排氣管沿孔口位置用專用切割機(jī)割除，在管口周圍表面干燥的前提下，用膠粘貼碳纖維材料封口。

3.2 裂紋處理方案

1）干縮裂紋和溫差裂紋處理方法：寬度＜0.5 mm的不規(guī)則裂紋，細(xì)且淺，分布在表面，不漏水，不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用表面涂強(qiáng)力穩(wěn)定劑的處理方法。

2）施工縫裂紋處理：施工縫裂紋分為兩部分，下面的一段不規(guī)則裂紋寬度<1 mm，上面的另一段寬度1～2 mm 且呈蜂窩狀。下面<1 mm 寬的施工縫裂紋，采用沿著既有施工裂紋切割成兩邊坡口狀，涂強(qiáng)力穩(wěn)定劑；上面寬度1～2 mm 且呈蜂窩狀的裂紋，先切割并鑿除蜂窩狀和不牢固的混凝土塊，接著植筋掛網(wǎng)，再支模澆筑細(xì)石混凝土。具體施工流程如下：（1）標(biāo)注植筋點(diǎn)位。通過計(jì)算，設(shè)置合理數(shù)量的點(diǎn)位，并在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)注植筋的每一個(gè)點(diǎn)位。（2）鉆孔。為保證錨固效果，鉆孔應(yīng)與點(diǎn)位微平面保持垂直，成孔后的孔徑與孔深應(yīng)符合要求。如果鉆頭碰到襯砌鋼筋，可移位鉆，移位不要太大。（3）清孔。宜先用鋼絲刷后用棉絲刷清理孔內(nèi)渣土，清孔后要求孔內(nèi)無渣土無積水。（4）注植筋膠。采用結(jié)構(gòu)膠或建筑專用環(huán)氧植筋膠，注射設(shè)備采用配套的專用手動(dòng)注射槍，注射過程不要太用力，須慢慢注入。（5）植筋。所用的鋼筋采用Φ16 的螺紋鋼且無銹蝕。注植筋膠結(jié)束后要很快利用手工將鋼筋段緩緩螺旋推進(jìn)至孔底，同時(shí)有少量膠外擠。（6）掛網(wǎng)。將鋼筋網(wǎng)片掛在植筋上，搭接須符合要求，并綁扎合格。（7）立模澆筑。支立模具，用細(xì)石混凝土灌滿。

3）地質(zhì)變形裂紋處理：寬度分別為1.5 mm 和2.5 mm，深度分別為140 mm 和185 mm 的2 道裂縫，采用新型智能壓漿機(jī)灌注，注入高滲透改性環(huán)氧樹脂及聚氨酯混合料。

（1）作法簡(jiǎn)介：利用壓漿機(jī)所產(chǎn)生的高壓力，將高滲透改性環(huán)氧樹脂送至混凝土裂縫內(nèi)，在壓力作用下向縫隙擴(kuò)散。環(huán)氧樹脂為混凝土專用型，硬化后放熱低，收縮性小，對(duì)混凝土裂縫有很強(qiáng)的接著作用，形成整體結(jié)構(gòu)。

（2）壓漿流程：①用吹風(fēng)機(jī)把縫內(nèi)灰塵雜物吹出來，然后用鋼絲刷和毛巾把縫兩側(cè)30 cm 寬范圍內(nèi)的潮濕水汽、灰塵污垢刷擦干凈。②將灌漿底座用專用結(jié)構(gòu)膠騎縫粘貼在縫口，底座壓漿口按照每50 cm 設(shè)一個(gè)，同時(shí)每3 m 設(shè)一個(gè)排氣口。③按環(huán)氧樹脂及聚氨酯使用說明書，拌制混合料。先拌制擬注2.5 mm 寬185 mm 深的裂縫的較稠漿液。④安裝壓漿機(jī)設(shè)備及管路，然后把管路連接到拌制好的漿液容器里，接著把壓漿嘴旋入底座壓漿口，調(diào)試加壓，看是否有非正常漏氣的部位和不牢靠的地方，視情況徹底處理。⑤按孔序開始?jí)喝雽?.5 mm范圍內(nèi)的裂縫，隨時(shí)觀察機(jī)器壓力，監(jiān)測(cè)滲漏。⑥注射自動(dòng)停止后，檢查針筒內(nèi)漿液是否還有存量，有存量表面已灌滿。⑦按環(huán)氧樹脂及聚氨酯使用說明書，再拌制擬注1.5 mm 寬140 mm 深的裂縫的較稀的混合料。⑧換接壓漿進(jìn)口管到較稀混合料容器，調(diào)整壓漿出口嘴接入1.5 寬裂縫壓漿口，利用智能自動(dòng)調(diào)壓，開始?jí)簼{。⑨第一輪壓漿結(jié)束后，緊接著開始第二輪的補(bǔ)壓漿，仍然按照先寬后窄次序進(jìn)行。最終以壓不動(dòng)內(nèi)部密實(shí)為止。⑩待超過凝結(jié)要求時(shí)間后，看環(huán)氧樹脂混合料硬化情況，如已硬化，拆除底座，清理現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 洞口防護(hù)工程處理方案

進(jìn)口洞門頂部排水渠的勾縫脫落、松動(dòng)石塊、斷裂和邊仰坡的開裂、下沉等損毀部分必須拆除。拆除損毀部分后，要先處理排水渠和邊仰坡基礎(chǔ)下沉和雨水沖刷形成的坑洞，即首先必須清理坑洞內(nèi)浮土雜物到原狀土層，再利用三七灰土分層回填夯實(shí)，然后按設(shè)計(jì)參數(shù)要求整理坡面，最后施做漿砌石或噴射混凝土，最終形成有效的防護(hù)體系。

4 結(jié)語

4.1 處理效果

通過實(shí)施上述處理措施，表面細(xì)微的干縮和溫度裂紋得到抹封，外觀無缺陷；襯砌脫空部分處理后，經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)為全部密實(shí)；地質(zhì)變形裂紋掛網(wǎng)澆筑后與原結(jié)構(gòu)形成良好的結(jié)合，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；進(jìn)口砌體和噴射混凝土防護(hù)工程按設(shè)計(jì)要求得到了恢復(fù)，發(fā)揮了防護(hù)作用。同時(shí)，處理前排查方案審批、施工過程記錄、監(jiān)測(cè)驗(yàn)收文件等資料（包括影像資料）齊全，為追溯提供了證據(jù)。整體來看，缺陷處理后的實(shí)體外觀質(zhì)量符合要求，結(jié)構(gòu)內(nèi)在質(zhì)量檢測(cè)參數(shù)合格，隧洞混凝土缺陷得到有效的處理，順利通過了竣工驗(yàn)收，目前運(yùn)行正常。這一切充分證明方案合理，措施得當(dāng)，是一次成功的缺陷處理案例。

4.2 經(jīng)驗(yàn)

從本項(xiàng)目缺陷處理過程中，總結(jié)得出以下經(jīng)驗(yàn)，值得借鑒：1）只有在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，才能發(fā)現(xiàn)問題的實(shí)質(zhì)所在。2）處理缺陷時(shí)，需要將問題細(xì)化，區(qū)別分析，相應(yīng)采取不同的處理措施，才能達(dá)到對(duì)癥下藥的目的。3）在研究制定處理方案的同時(shí)，參考已有成功經(jīng)驗(yàn)，能得出最優(yōu)方案。4）通過對(duì)缺陷發(fā)生過程的調(diào)查，暴露出施工時(shí)趕工、違反施工規(guī)范、管理不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴}，給工程實(shí)體帶來負(fù)面影響，采取補(bǔ)救措施的同時(shí)也增加了施工成本。5）利用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行無損檢測(cè)，不僅能準(zhǔn)確便捷地發(fā)現(xiàn)問題，還能了解處理效果，為質(zhì)量控制提供了一種新的渠道。6）一些先進(jìn)材料的應(yīng)用，發(fā)揮了強(qiáng)度高、耐用、防水密封性好等優(yōu)點(diǎn)，為處理缺陷提供了幫助。