大斷面公路隧道襯砌裂縫處治技術

朱國領

(遼寧大通公路工程有限公司 沈陽市 110179)

0 引言

公路隧道二次襯砌是通車運營的安全保障。二襯一旦產生裂縫,會影響后期安全運營,需采取相應的補強措施,加強裂縫位置混凝土的抗拉、抗壓、抗剪強度。

1 工程概況

昆明繞城高速公路東南段楊林隧道位于昆明市嵩明縣楊林鎮甸頭村,是繞城高速控制性工程,為雙線分離式雙向六車道公路隧道,設計速度80km/h。左線起訖樁號ZK13+250～ZK22+680,全長9410m,右線起訖樁號K13+270～K22+712,全長9462m,屬特長隧道。隧道行車道寬W=3.75m×3m,行車道凈高H=5m,主洞采用拱部R1=8.6m,側墻R2=5.3m的三心圓襯砌段面,內輪廓凈空寬度15.266m,凈空高度7.75m;緊急停車帶采用拱部R1=10.58m,側墻R2=5.3m的三心圓襯砌斷面,內輪廓凈空寬度18.066m,凈空高度8.33m;正洞凈寬14.0m,凈空面積97.2m2,凈空周長40.08m。楊林隧道左幅ZK14+940～ZK18+360、右幅K15+000～K18+340洞身段巖溶發育以垂直方向為主,地表表現為落水洞、石芽以及垂直溶隙等。在巖溶發育區風化裂隙發育,風化巖層較為破碎,落水洞附近伴有巖溶塌陷現象,裂隙水和巖溶水極為豐富。

2 襯砌開裂情況

右幅K14+730～K14+770為緊急停車帶,右幅 K14+730為緊急停車帶封端,其中K14+720～K14+730圍巖主要由頁巖和泥質砂巖組成,軟弱夾層發育,圍巖破碎潮濕,拱部和拱腰圍巖掉塊嚴重[1]。K14+720～K14+730初支由SF4c調整為SF5a襯砌類型,拱架由I18鋼架調整為I22b拱架,間距60cm/榀。噴射混凝土厚度由25cm加厚至29cm[2]。K14+722～K14+730二襯澆筑時間為2017年11月,2017年12月三方檢測單位檢測數據顯示,K14+722～K14+730二襯厚度60～65cm(設計60cm),K14+729.3～K14+730段SF5jt1二襯封堵墻厚度75cm(設計70cm),厚度均符合設計要求,混凝土28d實測強度值40.3MPa、41.0MPa符合設計及規范要求。2018年6月,發現K14+724～K14+730出現裂縫,K14+730端頭二襯裂縫為剪切裂縫。裂縫位于線路中心偏左側,裂縫在封端頭表面呈左側至拱頂略向下傾斜狀,裂縫外露長度1.9m,沿二襯表面從K14+730處開始向小里程開裂(終止于風機預埋件預留槽位置K14+724),沿縱向長度3.8m。此外還有三條環向裂縫和一條縱向裂縫,處治平面圖見圖1。

圖1 K14+724～K14+730裂縫處治平面圖

3 處治方案及措施

根據現場觀察,上述二襯裂縫發展基本趨于穩定。具體處治原則如下:在裂縫及周邊范圍打設中空注漿錨桿[3],修補裂縫,再于裂縫位置黏貼雙層纖維復合材料。

3.1 錨桿施工

(1)錨桿加固中,錨桿長度4.5m,采用Φ25mm×5mm中空注漿錨桿,1.0m×1.0m梅花形布置。錨桿鉆孔直徑42mm。錨桿沿隧道襯砌表面徑向布設,詳見圖1。

(2)錨桿尾端設墊板,緊貼襯砌表面,墊板尺寸150mm×150mm×6mm(長×寬×厚),并應施加不小于50kN的錨固力。錨桿抗拔力不小于70kN,錨桿尾端采用改性環氧樹脂防水砂漿封閉,沿錨桿周圍封閉范圍及封閉厚度不小于5cm。封錨后錨桿尾端突出襯砌表面不大于10cm。

(3)錨桿施工前應先清除表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化部分及附著物,表面應平整、干燥、清潔。

(4)應在檢驗合格的鉆孔中插入裝好錨桿頭的錨桿,安裝止漿塞、墊板、螺母。注漿時應注意將眼孔中的氣體排出,確保漿液注滿孔體。水泥漿水灰比控制在0.45～0.5:1,注漿壓力控制在0.5～1.0MPa。

(5)錨桿注漿量需采用有效措施進行記錄,做好監督,并在下一步工序開始前檢查各項數據、性能、質量。

3.2 裂縫處治

(1)該處治適用于襯砌表面裂縫和加寬帶與主洞封堵墻裂縫。

(2)處治裂縫前,應對縫口表面進行處理,使表面平順、干燥、無附著物,處理范圍沿裂縫封閉膠,封閉寬度沿裂縫兩側寬度不應小于50mm。

(3)對于寬度在0.2mm以下的裂縫:采用表面封閉法處治,封閉材料采用粘度低、滲透性良好的裂縫封閉膠,封閉寬度沿裂縫兩側寬度不應小于50mm[4]。涂刮裂縫封閉膠后,應完全覆蓋縫口處理范圍,涂膠不少于3次,直至封閉裂縫通道。

(4)對于寬度大于0.2mm的裂縫:采用注射法處治,注漿材料采用低粘度、可注性好的改性環氧樹脂類膠液。注漿孔沿裂縫走向采用騎縫或斜縫布置,孔間距100～500mm,注射壓力0.1～0.3MPa。施工過程中宜采用低壓慢注方式,可根據工程實際情況適當調節注膠壓力。環向、斜向裂縫注漿應自上而下進行,進膠速度小于0.05L/min后,再繼續灌注5min后停止。

(5)裂縫寬度小于0.5mm時,采用環氧膠泥進行裂縫表面封閉?？p口表面應封閉均勻、粘結牢固、不漏氣,然后再進行注膠。

(6)裂縫寬度不小于0.5mm時,應開槽填充后再進行注膠,開槽槽型宜為倒梯形,深度和寬度分別為20mm和15mm,填充材料改為聚合物改性水泥砂漿。填充封閉時,槽內應清理干凈,填充密實,并在填充材料達到要求后進行注膠。

3.3 纖維復合材料施工

(1)纖維復合材料采用條帶狀黏貼方式,幅寬20cm,布設范圍延伸至裂縫外100cm,避開錨桿位置,詳見圖2。

圖2 K14+724～K14+730裂縫處治效果圖

(2)黏貼纖維復合材料施工前,應對二次襯砌基面進行處理,清除襯砌表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化部分及其附著物,表面平整、干燥、清潔。

(3)黏貼纖維復合材料加固由襯砌表面向外依次為底膠、不平整修復層、結構膠、纖維復合材料、防火層[5],并應符合以下規定:

(a)條狀黏貼纖維徑向與裂縫方向垂直。

(b)沿纖維受力方向搭接不應小于100mm,搭接應避免設置在襯砌開裂部位。

(c)底膠應涂抹均勻,不得漏刷、流淌或有氣泡。膠面應保持平整,有毛刺時打磨平順并補膠。底膠涂刷完畢靜置固化不觸變后,再進行下一步工序。

(d)纖維復合材料黏貼沿纖維方向滾壓,使膠液充分浸漬纖維復合材料,均勻壓實,無氣泡。黏貼第二層纖維復合材料時,應待上層指觸干燥后及時黏貼下一層[6]。兩層纖維復合材料搭接位置不應在同一截面,每層搭接位置凈距大于200mm。黏貼結束后,按設計要求涂刷防火涂料。

(e)黏貼纖維復合材料宜在環境溫度5～35℃,混凝土表面含水率低于4%的條件下進行。

(4)黏貼纖維復合材料加固施工質量控制應符合以下要求:

(a)黏貼纖維復合材料加固施工質量控制實測數據應符合表1要求。

(b)纖維復合材料應無折痕,搭接長度應滿足設計要求;膠體浸漬應飽滿,表面無氣泡、翹邊。

4 施工質量控制要點

(1)采用注射法時,應在裂縫封閉固化后進行壓氣試驗,并符合下列規定:

(a)試驗前應沿裂縫涂一層肥皂水,再從注膠嘴壓入空氣。

(b)注膠嘴中氣壓達到3.0MPa,部分注膠嘴仍不通氣時,應重新埋設注膠嘴,并縮短其間距。

(2)采用注射法施工,修復膠達到固化期時,應鉆取芯樣進行檢驗。

(a)取樣數量應按裂縫注射分區確定,每區不少于2個芯樣。

(b)芯樣應騎縫鉆取,應盡量避開內部鋼筋。

(c)芯樣直徑不應小于50mm。

(d)取芯造成的孔洞,應采取高于原襯砌混凝土1個強度等級的細石混凝土填實。

(e)芯樣檢測應采用劈裂抗拉強度測定方法。沿裂縫方向施加的劈力,其破壞應發生在混凝土內部;裂縫修補界面破壞面積不大于破壞總面積的15%,劈裂抗拉強度測定方法按照現行《混凝土結構加固設計規范》(GB 50367-2013)執行。

5 結論

文章以昆明繞城高速公路東南段楊林隧道進口右線工程為依托,對該工程概況,處治襯砌裂縫的原則、措施、施工控制要點等方面進行分析總結,得出以下結論及建議:

(1)針對剪切裂縫采取應力分散措施,中空注漿錨桿梅花形布置并注漿,可有效分散應力,減少應力集中,避免再次偏壓剪切[7]。

(2)寬度不同的裂縫,處治方法不同。主要方法有:表面封閉法、注射法、裂縫表面封閉注膠法、開槽封閉注膠法。

(3)纖維復合材料具有良好的受力性能。施工中,控制好主要項目可增強裂縫位置混凝土抗壓、抗拉、抗剪強度,為通車運營提供安全保障。