素混凝土墊層澆筑，出現(xiàn)開裂，整體開裂嚴重，什么原因

【專家解說】：　　混泥土施工出現(xiàn)開裂的可能原因和解決方法如下：
　　2．非結構性裂縫
　　非結構性裂縫可分為收縮裂縫、溫度裂縫、沉陷裂縫
　　2.1收縮裂縫
　　該類裂縫在隧道施工過程中較為常見，但由于各種裂縫產(chǎn)生的原因不同，因此產(chǎn)生的時間及部位也不盡一樣，在二次襯砌混凝土施工中，灌筑模板通常長度為9～ 12米的整體全斷面模板臺車。附著式振搗經(jīng)過多年實驗，發(fā)現(xiàn)其弊端較多，且較易在混凝土灌注間歇或倒換泵送管子時形成縱向微臺階紋路，得不償失，因此逐漸被局部插入式振搗或免振搗混凝土所代替。為保證混凝土澆搗的和易性，混凝土中加入的水量往往比水泥水化作用需要的要多幾倍以上，這部分游離水蒸發(fā)后，在混凝土內部留下許多毛細孔，混凝土會產(chǎn)生體積收縮，一般稱為游離水蒸發(fā)收縮。另外水泥水化作用也會引起混凝土體積的收縮，稱為混凝土自收縮或稱混凝土干縮。后者收縮量是前者的1/5～1/10。所以說混凝土本身存在肉眼看不見的微細裂縫是它固有的一種特性。
　　2.1.1塑性收縮裂縫
　　一般在干熱或刮風天氣易于出現(xiàn)，裂縫多為中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫。裂縫產(chǎn)生原因是由于混凝土在塑性狀態(tài)時，剛開始終凝，而由于天氣炎熱，陽光直射，刮大風，使混凝土表面水分蒸發(fā)過快，混凝土表面產(chǎn)生急劇的體積收縮，此時混凝土尚未有強度，而致使混凝土表面出現(xiàn)龜裂。
　　在隧道施工中較常出現(xiàn)在洞口幾組襯砌，特別是中短隧道開挖貫通后，靠近洞門處的襯砌，由于空氣對流速度大，空氣干燥，陽光直射，較易形成此類裂縫。
　　為控制塑性收縮的產(chǎn)生，可采取以下防治措施：①嚴格控制混凝土配合比、水灰比和砂率，宜摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性；②可能陽光爆曬的可在混凝土中加入聚合物微纖維，如四川華神化學建材有限責任公司生產(chǎn)的“好亦特”微纖維，每立方混凝土中加入0.9公斤微纖維即可有效達到防塑性收縮和緩和裂縫。③混凝土脫模后要有專人進行噴水養(yǎng)護，脫模前模板變熱即需灑水降溫；④如遇風季，需設置擋風設施。
　　2.1.2沉降收縮裂縫
　　該裂縫一般多沿主筋通長方向，在混凝土表面出現(xiàn)，常在澆灌后發(fā)生，硬化后停止。裂縫產(chǎn)生原因是混凝土澆搗后，骨料顆粒沉落，水泥漿上浮，受到鋼筋或埋設件或大骨料的阻擋，而使混凝土互相分離。另外混凝土本身組成材料沉落不均勻造成開裂。該類裂縫在結構較復雜的建筑物中較易出現(xiàn)，在鋼筋混凝土頂面如墩柱頂部主筋處、在隧道襯砌表面中較少見，即使出現(xiàn)也在襯砌頂面靠防水板處，另外可能出現(xiàn)在邊墻基礎頂面。
　　防治措施如下：①可采用稠度適當?shù)牡土鲃有曰炷?；②加強混凝土振搗，不能漏振；③初凝前兩次振搗和兩次抹壓混凝土表面。
　　2.1.3 干燥收縮裂縫
　　多在混凝土養(yǎng)護一段時間后才出現(xiàn),為表面性的較淺較細裂縫,多沿短方向分布。裂縫產(chǎn)生的原因主要是混凝土養(yǎng)護不周，受風吹日曬，表面水分散失太快，而混凝土內部濕度變化小，表面干縮變形受到混凝土內部的約束，而產(chǎn)生較大拉應力后產(chǎn)生裂縫。該裂縫與塑性收縮裂縫主要區(qū)分在出現(xiàn)的時間上，該裂縫出現(xiàn)的相對較晚。
　　防治措施如下：①嚴格控制混凝土配合比，提高混凝土抗裂度；②加強混凝土結構的早期養(yǎng)護或覆蓋，適當延長養(yǎng)護時間；③采取密封保水養(yǎng)護措施；④洞口如果為素混凝土，建議人為增加收縮縫：如每6m設置1條收縮縫；⑤發(fā)現(xiàn)混凝土有微小裂縫，應馬上灑水養(yǎng)護。
　　2.2 溫度裂縫
　　2.2.1 內約束裂縫
　　由于混凝土內外溫差過大而引起的。例如隧道混凝土養(yǎng)護期間受寒流侵襲，使混凝土表面急劇降溫超過7～10℃就有可能引起混凝土表面裂縫，但其裂縫深度一般只有30mm左右，表層以下仍保持結構完整性。
　　控制內約束溫度裂縫的措施： ①主要控制混凝土內外溫差，表面與外界溫差，防止混凝土表面急劇冷卻，采用混凝土表面保溫措施，一般洞口二次襯砌混凝土應盡量避免在冬季施工，如果確實有必要進行冬季洞口段二次襯砌混凝土施工，混凝土拌合時可加入防凍劑，并對洞口設置保暖設施；②加強混凝土養(yǎng)護，嚴格控制混凝土升降溫度，使混凝土表面覆蓋溫差小于8～10℃。
　　2.2.2外約束裂縫
　　由于混凝土體積過大，混凝土絕熱溫度與澆灌溫度之差超過25℃以上而引起的。當混凝土結構厚度超過2.0m以上時,混凝土在硬化期間放出大量水化熱,內部溫度上升很快,一般在混凝土澆筑后72h達到最高溫度(可達80℃左右)，由于混凝土內部散熱慢而混凝土表面散熱快，這種溫差在混凝土表面引起拉應力。而后期均勻降溫冷卻時，受到基巖或老混凝土墊層約束，又會在混凝土內部出現(xiàn)拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。外約束裂縫多發(fā)出在施工后2～3個月或更長時間，多在結構中部出現(xiàn)。裂縫為較深或貫穿性的，破壞結構的整體性。由于隧道二次襯砌混凝土一般厚度不超過1米，因此此種裂縫較少出現(xiàn)。
　　控制外約束溫度裂縫的措施①主要從采取控制混凝土澆灌溫度、溫升、減少溫差，改進施工操作工藝，改善結構約束條件等方面入手來削減溫度應力；②采用低熱水泥；③改善骨料級配，如大體積基礎混凝土可摻加15％塊石；混凝土中添加粉煤灰或高效減水劑等減少水泥用量，減少水化熱；④拌和水摻冰屑降低水溫度，對砂石骨料噴涼水冷卻，降低混凝土的澆灌溫度；⑤合理安排施工工序進行薄層澆搗，均勻上升，以利散熱；⑥大體積混凝土基礎施工，可在基礎內埋設蛇形冷卻水管，使混凝土內外溫度差小于25℃；⑦合理分縫分塊，對基巖或原老混凝土墊層，在表面鋪設50～100mm砂墊付層，以消除基巖約束和嵌固作用；⑧應適當配置溫度鋼筋，減少混凝土溫度應力；⑨加強混凝土養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，使混凝土表面緩慢冷卻。
　　2.3沉陷裂縫
　　裂縫多為深進或貫穿性的，其位置與沉陷方向一致。較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度與沉降值成正比。裂縫產(chǎn)生的原因是二次襯砌混凝土落在未經(jīng)處理的松軟地基上或在邊基施工時基底有積水及雜物沒有清理干凈。混凝土澆灌后，因地基松軟或浸水軟化引起不均勻沉降而導致裂縫。另外因模板臺車剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動以及過早拆模，也常致此類沉陷裂縫出現(xiàn)。
　　對此類裂縫防治措施如下：①松軟的圍巖基礎應在邊基施工時進行加強處理，如擴大基礎，配筋等，邊墻基礎灌注之前應清理干凈基底稀泥、虛渣。②保證模板有足夠的強度和剛度，支撐牢固，并使地基受力均勻；模板臺車軌道下道渣應整平夯實，建議有條件時應隧道鋪底超前。③防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。
　　3.其它施工裂縫
　　其他施工裂縫經(jīng)常出現(xiàn)的有:爆破造成的裂縫、脫模時操作失誤造成的裂縫、注漿回填壓力過大造成的裂縫、圍巖失穩(wěn)造成的裂縫、基礎懸空造成的裂縫、工序安排不當造成的裂縫，混凝土厚度不夠形成的裂縫、混凝土受到意外外力造成的裂縫等。
　　3.1 爆破造成的裂縫
　　該種裂縫產(chǎn)生的原因主要為掌子面開挖爆破：
　　在大家的印象中，二次襯砌混凝土不能滯后開挖太遠，并且在日常安全檢查中都明確規(guī)定離掌子面的距離不大于100～150米，經(jīng)過多個工程發(fā)現(xiàn)，在硬巖地段，該距離的二次襯砌混凝土根本就抵抗不了掌子面多達上百公斤炸藥的爆破震動，更不用說剛灌注強度還遠遠沒有達到設計要求的混凝土，該原因是造成裂縫的主要原因。經(jīng)驗證明二次襯砌應離掌子面300米以上才能確保二次襯砌混凝土的安全。至于施工安全，應該由符合設計要求的初期支護來承擔這個重擔。對于軟弱圍巖，特別是處理較大塌方，襯砌緊跟是一種重要的手段，在這種情況下，掌子面一般采用分斷面開挖、弱爆破人工開挖，出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象反而較少見。
　　其次底部撿底開挖也是造成裂縫的主要原因之一：撿鋪底不應滯后在二襯之后，并且應該超前二次襯砌混凝土施工之前100米左右，特別是有仰拱的地段更應超前，這對二次襯砌混凝土模板臺車的運行及準確就位及其穩(wěn)定性都是極為有利的。
　　欠挖剝皮離模板臺車較近，也是造成二次襯砌混凝土裂縫的一個原因，解決的辦法是在防水板鋪設架子上安設斷面輪廓檢查尺，做到能夠提前檢查處理欠挖。各種洞室也應盡早檢查欠挖并及時處理。
　　3.2 脫模時操作失誤造成的裂縫
　　該種裂縫主要產(chǎn)生在模板臺車脫模時，由于模板臺車使用時間長，前后端總會有一定的變形，脫模時臺車拱部被卡，操作人員為了使臺車拱部松動，從而油缸上下來回頂降，由于泵送混凝土時，拱部前端處難以在本組混凝土填滿，而脫模時混凝土強度也只有2.5～3.5Mp，因此較易在空洞區(qū)形成頂升裂縫，該裂縫位于拱頂空洞部位，成圓弧狀。此類裂縫主要是人為操作原因，液壓系統(tǒng)方向應明確標識，電機接線應相對固定，并每次應進行核實，拱部混凝土有空洞時，嚴禁向上頂升。
　　3.3 注漿回填壓力過大造成的裂縫
　　該種情況分掌子面注漿和襯砌背后回填注漿兩種，前種情況較為少見，掌子面進行封賭注漿時，應對注漿壓力和注漿量進行動態(tài)管理，時刻了解有無在二次襯砌混凝土處溢漿。如發(fā)生則改變注漿方式，如采用間歇式注漿，減少漿液不必要的遠處擴散。二次襯砌混凝土背后注漿回填空隙、注漿堵水、處理裂縫等是注漿中較易出現(xiàn)裂縫的主要原因。控制注漿壓力，設置排氣管是防范產(chǎn)生裂縫的主要辦法，計算表明，單線鐵路隧道襯砌45cm厚，只能承受0.35Mp的周邊均布荷載，雙線隧道二次襯砌鋼筋混凝土厚度達80cm也才能承受1Mpa的均布荷栽，由此可見，設置排氣管和控制注漿壓力的重要性。
　　3.4圍巖失穩(wěn)造成的裂縫
　　該種裂縫較易出現(xiàn)在洞口及淺埋段，由于設計二次襯砌混凝土的結構是按照全斷面進行受力檢算的，而實際施工是一個相對間隔分步的過程，特別是地質不良地段，施工單位應提前作好施工期間可能出現(xiàn)的不利因素（如遇暴雨，山體滑坡失穩(wěn)等）的應對措施及結構的臨時支護措施，必要時提早申請變更，否則一旦二次襯砌混凝土開裂、錯位，處理起來相當困難。筆者在多處隧道工程中遇到過該類問題。
　　另外裂縫較易出現(xiàn)在塌方空洞及襯砌空洞處。在塌方空穴處理時一般采用拱上套拱，填背柴、填漿砌片石，預留注漿孔的辦法，這些方法都要求洞穴內回填穩(wěn)定，支撐牢固，出水點引排水通暢，并確保注漿時水路不被堵塞，二次襯砌混凝土施工后要及時注漿回填密實是確保塌穴不再失穩(wěn)造成破壞二次襯砌混凝土的關鍵。不應等到全部二次襯砌完成后再進行這項工作。至于超挖造成的二次襯砌背后的較大空洞，也應注漿回填，不宜久拖，近年來，運營隧道出現(xiàn)坍塌主要是該類空洞沒有回填日久造成圍巖失穩(wěn)所致。
　　3.5基礎懸空造成的裂縫
　　基礎懸空主要是由于二次襯砌混凝土分步施工時，單側懸空距離過長造成的，在先拱后墻施工時要求交叉接邊墻，在進行仰拱施工時也必須堅持以上原則，另外隧道施工中，二次襯砌混凝土要全斷面一次成型，有些單位已明確規(guī)定嚴禁先拱后墻法施工。仰拱及撿鋪底必須超前二次襯砌混凝土施工。
　　3.6 工序安排不當造成的裂縫
　　工序安排不當在上述問題中已經(jīng)有所講到，如先拱后墻法施工、仰拱開挖滯后、二次襯砌混凝土跟掌子面太近等，在此不再詳述。
　　3.7 混凝土厚度不夠形成的裂縫
　　這里專指由于施工原因造成的厚度不夠。工程投標時設計允許超挖回填都不再單獨計列，而作為綜合單價而被一帶而過。目前如何控制超欠挖是各個施工單位都較為重視的，也想出了一些對策，如改善光面爆破的效果、測量放線時減免予留沉落量、予減液壓鑿巖臺車開挖的過多超挖、二次襯砌混凝土施工時充分利用規(guī)范上允許施工單位將設計凈空擴大5cm的要求等，這些措施的采取，都會有意無意地造成二次襯砌混凝土厚度的減薄，從而引起嚴重的后果，特別是軟弱圍巖施工地段，在灌注之前一定要對混凝土的實際厚度進行檢查，目前所有隧道竣工驗收時都要進行雷達檢查厚度并取芯。各施工單位要引起足夠的重視。軟弱圍巖施工地段厚度不夠是二次襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因。
　　3.8混凝土受到意外傷害造成的裂縫
　　隧道在施工期間可能遇到的傷害主要為模板臺車頂撞造成，主要原因有以下幾種，模板臺車收縮量較小、隧道曲線半徑較小而臺車較長、臺車軌道底部道渣鋪墊不平順。這些都應該在施工初期研究方案時徹底解決。
　　3.9 洞口裂縫
　　洞門混凝土施工中，有時過多的抹壓觸動，使表面形成含水量大的砂漿層或施工中撒干水泥抹壓，也常使表面出現(xiàn)龜裂。
　　對表面應避免過分壓抹，過稀可撒水泥和砂抹壓，嚴禁撒干水泥壓抹。
　　洞口25米范圍內，由于洞口溫差較大，熱脹冷縮，常常造成二次襯砌混凝土組與組之間的工作逢較大，有時甚至將工作逢處混凝土擠裂或掉塊，只需要稍加修整即可，另外混凝土灌注后有水化熱由低到高再到低的過程，因此混凝土組與組之間也會有環(huán)向的縫隙，由于有防水層及止水帶，因此此縫不足為奇。
　　4.裂縫處理方法
　　摻加纖維是控制混凝土裂縫的一種有效方法。在混凝土拌制時加入短纖維（合成纖維或鋼纖維）攪拌均勻，按常規(guī)方法澆筑成型。由于纖維的存在，可減少混凝土早期坍落收縮；提高混凝土的抗拉強度，減少早期微裂縫的開展；減少混凝干縮；增加混凝土的密實性，保護結構鋼筋，延緩混凝土碳化速度。摻加纖維宜選用抗拉強度高、化學性能穩(wěn)定、價格相對便宜的合成纖維或鋼纖維，纖維長度約10～20mm ，直徑100μm 用量約為混凝土體積的0.1％。
　　對于表層性裂縫，不影響結構使用的，可待裂縫停止發(fā)展后用裝飾性沙漿進行找平抹面，也可用添縫劑進行填縫。
　　對于深入貫通性裂縫，應對裂縫進行發(fā)展觀測，如圍巖較好地段，裂縫屬穩(wěn)定性裂縫，可以免于處理，對表層進行鑿整齊的槽用沙漿進行填槽。
　　對于在軟弱及其他不良地質地段的裂縫，經(jīng)過不良時期檢驗，如雨季等仍然為穩(wěn)定的，仍需要對裂縫進行分段打孔注漿，視必要采用暗錨桿進行混凝土連接。裂縫處于發(fā)展狀態(tài)的，一般都需進行返工處理，對于處于發(fā)展、但裂縫發(fā)展趨于收斂的，也要認真對待，因為一旦進入運營狀態(tài)，震耳欲聾的重載高速列車及其他荷栽的作用都是不容忽視的。
　　對于在軟弱及其他不良地質地段、裂縫位于拱腰，縱向連通，或位于拱頂縱向連通，證明拱結構已經(jīng)遭到徹底破壞，除返工外，還要考慮到結構應該予以加強。相比之下，環(huán)向裂縫是可以通過裂縫處理得到解決的。