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隧道水泥混凝土路面裂缝原因分析及处治研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-22  来源:《中国交通建设监理》  作者:谢光宁 许新权
核心提示:  某新建高速公路的A1号隧道、A3号隧道、B2号隧道水泥混凝土路面在开放交通不到一个月就出现较多纵向裂缝和少量横向裂缝,如果
   某新建高速公路的A1号隧道、A3号隧道、B2号隧道水泥混凝土路面在开放交通不到一个月就出现较多纵向裂缝和少量横向裂缝,如果不处理路面板的裂缝,易影响路面的服务能力和使用寿命,最终导致路面的破坏。

  裂缝原因调查分析

  为了分析水泥混凝土路面的力学响应,找出混凝土路面开裂的原因,需要深入了解路面的施工情况,钻孔取芯是调查路面施工情况比较常用和有效的方法。

  路面现场取芯

  取芯目的和方法。为了进一步直观地了解隧道水泥混凝土路面使用现状,为路面破坏成因分析提供依据,对典型路段进行现场取芯。取芯机钻头内径为100mm,能取芯样最大长度为150cm,根据隧道的路面结构,能满足芯样取透基层的要求。

  现场取芯的主要目的包括了解芯样完整性;了解水泥混凝土板的厚度和强度状况;了解典型病害处混凝土板破坏情况;了解混凝土板下的基层状况。

  1.根据取芯目的确定取芯位置,对于破坏板可同时取2个芯,一个取在开裂处观测裂缝状况,另一个取在裂缝附近表面无缝处,取出芯样检测其强度状况。

  2.为了查找是否存在切缝时间不及时的原因,在纵向切缝和横向切缝处进行了取芯,看切缝处是否预裂。

  3.用取芯机将芯样取出,主要考察芯样完整性、板的状况和基层状况。具体包括面层混凝土质量如何,芯样厚度是否达到要求,基层是否完整等。

  取芯结果分析。取透基层的芯样共3个(见图一),将取出的芯样状况与路面板表面状况比较,可得到以下结论:

图一 芯样图片

  (1)部分发生断裂的水泥混凝土板,板表面质量较差。

  (2)基层成型状况与板块断裂与否没有明显的相关性,部分断裂板下的基层完整,而表面无破损板下基层也有松散的情况。

  (3)纵向开裂位置取芯结果显示,基层是开裂的。

  (4)施工单位没有按设计要求在面层与基层之间设置0.6cm厚热洒改性沥青撒布瓜米石滑动封层。

  原因分析

  隧道水泥混凝土路面产生裂缝的过程比较复杂。从本项目情况来看,与以下几个环节都有着一定的关系。

  存在切缝不及时的现象。切缝施工主要是要把握好切缝的时间。新建横向缩缝锯缝分两次进行,要严格控制第一次锯缝时间,第一次横向缩缝顶部应锯切槽口深度为设计缝深的2/3,宽度为3mm;第二次锯缝宽度为5mm,深度达到设计深度。切缝时间采用度时积来控制,一般切缝时间的度时积在200℃h,最迟切缝时间不得超过24h。

  根据施工记录显示,现场工人施工顺序是先进行横向切缝,然后再进行纵向切缝,但是由于切缝机偏少、切缝作业不连续等原因,大部分横向切缝时间比较及时,而大部分纵向切缝时间比较滞后,为了进一步进行验证,分别在出现纵向开裂的路段纵向切缝处(切缝不及时)和横向切缝处(切缝及时)进行了取芯,其中纵向切缝处取了4个芯样,结果显示纵向切缝处混凝土板均没有预裂,横向切缝处取芯1个,结果显示横向切缝处混凝土板预裂,由此说明切缝及时会在混凝土板切缝处产生预裂,见图二。

图二 横向切缝处芯样(板断开)

  下承层存在缺陷。基层、底部基岩存在松散现象,同时基层纵向施工缝与面层纵向裂缝较为吻合,基层状况与原设计情况差异较大,基底渗水严重,加上基层存在开槽排水处理的现象,在车辆荷载的作用下,加速了纵向裂缝的形成。

  没按要求设置滑动封层。混凝土板和基层的连接状况不同,会使板内产生的应力状况有所不同,没有按设计要求在面层与基层之间设置0.6cm厚热洒改性沥青撒布瓜米石滑动封层,给隧道水泥混凝土路面留下了质量隐患。

  水泥混凝土的养护不到位。混凝土的养护对其早期强度增长和防止收缩裂缝极为重要。目前普遍存在忽视混凝土养生的现象,促使温缩裂缝和干缩裂缝的发育,造成隧道水泥混凝土路面过早出现裂缝。隧道路面混凝土浇筑后,逐渐开始凝结硬化。当空气中相对湿度较小时,混凝土中水分就会不断地被蒸发掉,造成混凝土由表到里逐渐失水,出现干缩裂缝;而水泥水化热引起的温度变化随混凝土的龄期按指数关系增长,一般在3~6天达到最高温度。随着龄期的增长,弹性模量的增高,对混凝土内部降温收缩的约束也愈来愈大,以至产生了很大的拉应力,当混凝土抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时,便开始出现温缩裂缝。

  干湿变化较大。出现纵向裂缝的路段地下水较为丰富,隧道内干湿变化比较大可能也是加速纵向开裂的原因之一。

  处治措施及建议

  目前,水泥混凝土路面裂缝修补的主要方式有化学压力灌浆表面处理法、填充密实法等。结合本项目的实际情况,采纳了如下措施及建议:

  1.根据合同要求,混凝土的断板块数要求为0,裂缝位置均应整块板进行更换处理。

  2.换板时发现A1号隧道水泥混凝土路面返工路段左幅K36+020、A3号隧道左幅K38+445、K38+925、K39+055、K39+190附近基底渗水较多,抽检最大水深达28cm,根据现场渗漏情况,综合分析论证,采用以引为主的方法处理该渗漏水问题,方案具体如下:对于路面基层施工缝有渗漏水部位,沿路面基层施工缝走向,凿开宽150mm、深200mm的矩形槽;矩形槽底按路面横坡引至隧道低侧的纵向暗沟,槽内埋设φ100HDPE双壁打孔波纹管;HDPE管打孔大小Φ3@30mm,环向范围270度,要求机械打孔及外裹无纺土工布,以防淤塞;在槽中用10mm-20mm的洁净碎石填筑至盲管两边并埋住盲管,上方用无纺布通长覆盖、水泥胶封闭,再用细石混凝土与路面基层面找平。

  3.加强对未施工水泥混凝土面层的下承层检查,对不符合要求的基层应返工处理。

  4.加强对水泥混凝土路面切缝的管理,加大投入,及时对水泥路面进行纵横向切缝。

  5.对下承层工作进行彻底清理,确保施工程质量。

  6.督促施工单位完善质量保证体系,落实质量责任制,按照规定要求加强对原材料、实体工程质量的自检工作;严格各工序质量检查,按设计要求在面层与基层之间设置0.6cm厚热洒改性沥青撒布瓜米石滑动封层,对关键工序制定有效的质保措施,严格按批准的施工方案施工。

  经过对隧道水泥混凝土路面质量问题进行分析并采取相应的控制措施后,该高速公路隧道水泥混凝土路面没有再发生类似的裂缝现象,说明该控制措施能较好地解决隧道水泥混凝土路面裂缝问题。

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