礦山法隧道內(nèi)襯缺損露筋的成因及修補(bǔ)處理措施

Summary：本文以探索引入新的隧道內(nèi)襯缺損、露筋等缺陷的處理方法及新材料為目的，廣泛搜集現(xiàn)有相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及研究成果，從內(nèi)襯結(jié)構(gòu)缺陷的成因著手，結(jié)合新興材料的優(yōu)秀性能，探討新興材料及工藝應(yīng)用在地鐵隧道內(nèi)襯缺陷修復(fù)方面的可行性進(jìn)行分析。通過分析，本文認(rèn)為憑借優(yōu)越的材料特性，超高性能混凝土在結(jié)構(gòu)發(fā)生大面積缺損、露筋時，具有較好的應(yīng)用前景，能有效增強(qiáng)既有基體的承載能力和耐久性。背景某地鐵隧道礦山法段存在有保護(hù)層不足、脫落或內(nèi)部鋼筋外露等情況，嚴(yán)重影響了隧道結(jié)構(gòu)的表觀質(zhì)量、受力性能及耐久性?；炷谅督钍且环N常見的病害缺陷，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)露筋會導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕速率增快，減小整體受力截面面積，降低鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力（握裹力），從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性受到嚴(yán)重的影響。圖1.露筋實(shí)例針對鋼筋混凝土缺損露筋的成因、影響以及處理措施，國內(nèi)外學(xué)者已有了比較充分的研究：孫衛(wèi)鋒針對高速鐵路隧道二襯拱頂鋼筋保護(hù)層厚度不足的問題，提出使用芳綸纖維布對工程施工造成的缺陷進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的具體方法，并對該方法的優(yōu)點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行論證[1]。梁珮瑩等人通過試驗(yàn)研究，分別研究了對破損面清潔處理與否、對暴露鋼筋的涂料選擇、對是否含摻雜丙烯酸乳液的聚合物砂漿及是否刷有機(jī)硅防水涂料的效果進(jìn)行對比，提出增強(qiáng)破損露筋混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)效果的工藝，并在廣州市番禺區(qū)市橋大橋的修復(fù)中得到應(yīng)用[2]。湖南大學(xué)張陽等人通過利用斜剪試驗(yàn)，探討UHPC齡期、NC基體濕潤度、NC表面粗糙度和UHPC養(yǎng)護(hù)條件對界面抗剪強(qiáng)度的影響，高性能混凝土具有超高強(qiáng)度、超高韌性、超高耐久性等優(yōu)異性能，UHPC加固層既增強(qiáng)了混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，還能顯著提升其抗?jié)B透性和耐久性，有效延長結(jié)構(gòu)的使用年限[3]。露筋缺陷的成因分析2.1建設(shè)施工期的原因：（１）鋼筋骨架放偏，沒有鋼筋墊塊或墊塊數(shù)量放置不夠，位置不正確，致使鋼筋緊貼模板而外露。（２）鋼筋保護(hù)層墊塊強(qiáng)度不足，施工時的保護(hù)層墊塊或缺少或被壓碎。（３）混凝土粗骨料粒徑大于鋼筋間距，同時又由于混凝土漏振，形成嚴(yán)重蜂窩和孔洞而使鋼筋外露。（４）因鋼筋自重造成架立筋變形或彎曲，引起鋼筋下移而外露。2.2運(yùn)營使用期的原因：一般分兩種情況:一種是鋼筋保護(hù)層在受振動、外力作用下先遭受破壞，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕;另一種是鋼筋先發(fā)生銹蝕體積膨脹(體積約增大2倍以上)，從而使保護(hù)層開裂甚至脫落。實(shí)際情況中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破損露筋缺陷往往是以上兩種原因共同綜合作用的，保護(hù)層的開裂破損會加劇內(nèi)部鋼筋的銹蝕，內(nèi)部鋼筋銹蝕會對周圍混凝土產(chǎn)生壓力，使其開裂而成塊脫落。新的修補(bǔ)方法在地鐵隧道的應(yīng)用缺損露筋常用修補(bǔ)方法主要是采用環(huán)氧樹脂砂漿和掛網(wǎng)填充混凝土的方法進(jìn)行修補(bǔ)，由于環(huán)氧樹脂砂漿等材料自重大，修補(bǔ)厚度薄，在修補(bǔ)完成后有易脫落、侵入行車限界的風(fēng)險，給鐵路運(yùn)營期間留下了安全隱患。同時，環(huán)氧砂漿修補(bǔ)也存在修補(bǔ)材料與基體或內(nèi)部鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度（一體性）不足的情況，不利于確保鋼筋及混凝土共同承載，對提高結(jié)構(gòu)的承載能力作用有限。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的出現(xiàn)，也逐漸研究改進(jìn)的露筋修補(bǔ)方法。本文通過搜集和閱讀保護(hù)層厚度不足、缺損以及露筋的相關(guān)研究文獻(xiàn)，提煉出“利用超高性能混凝土修補(bǔ)缺損露筋”在地鐵隧道結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的討論。超高性能混凝土是一種具有超高強(qiáng)度、超高韌性、超高耐久性等優(yōu)異性能的新型混凝土，UHPC加固層可增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，還能顯著提升其抗?jié)B透性和耐久性，有效延長結(jié)構(gòu)的使用年限。利用超高性能混凝土修補(bǔ)的一般工序?yàn)椋鸿彸茡p混凝土→表面粗糙處理（鑿毛）→清洗舊混凝土表面→安裝模板→灌注UHPC混凝土→養(yǎng)護(hù)和拆模。具體方法和流程如下：a.鑿除破損混凝土：表面破損、開裂的混凝土全部鑿除，露出鋼筋；b.表面粗糙處理（淺鑿毛）：利用沖擊鉆對界面鑿毛處理，露出約80%以上的混凝土粗骨料；c.清理舊混凝土表面殘渣及灰塵，并澆水使舊混凝土充分濕潤；d.安裝混凝土模板，預(yù)留注漿孔外，其余位置密封；e.利用UHPC的強(qiáng)流動性，在預(yù)留孔灌注UHPC；f.充分養(yǎng)護(hù)后拆模。圖2.鑿毛程度對比應(yīng)用效果分析已有研究成果表明超高性能混凝土（UHPC）層與普通混凝土（NC）基體的黏結(jié)強(qiáng)度較高，UHPC-NC界面的抗?jié)B透特性良好，可顯著改善混凝土基體的抗?jié)B透性[14-15]。同時，通過將舊混凝土基面淺鑿毛處理和濕飽和處理，可分別提高連接界面斜剪強(qiáng)度77.1%和43.4%[13]。同時，超高性能混凝土（UHPC）優(yōu)秀的抗壓、抗折強(qiáng)度能為結(jié)構(gòu)提供足夠的承載能力，內(nèi)部的鋼纖維可保障修補(bǔ)塊良好的整體性，不易開裂，其密實(shí)性及抗?jié)B透性也可避免內(nèi)部鋼筋的進(jìn)一步銹蝕，是良好的修補(bǔ)材料，修補(bǔ)效果顯著。但是，超高性能混凝土（UHPC）具有較強(qiáng)的流動性，一方面可以使其作為修補(bǔ)材料無需振搗即可提供優(yōu)良的材料性能，適用于隧道缺陷修補(bǔ)無法振搗的情景，另一方面也帶來了施工的不便，不利于應(yīng)用在隧道頂部的修補(bǔ)施工，同時需要安裝模板也增加了施工的難度。因此，超高性能混凝土憑借超高的強(qiáng)度及抗?jié)B透性，可作為一種優(yōu)質(zhì)的修補(bǔ)材料，但其較強(qiáng)的流動性及施工條件使其更適用于較大面積的隧道拱腰以下的修補(bǔ)，而不適用于隧道頂部的缺損露筋的修補(bǔ)。結(jié)論本文通過搜集大量的關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)破損及露筋修補(bǔ)的相關(guān)論文，總結(jié)了混凝土露筋的成因、危害及修補(bǔ)處理措施，并在此基礎(chǔ)上討論了兩種較新的混凝土缺損修補(bǔ)方法，即芳綸纖維材料加固修補(bǔ)技術(shù)及超高性能混凝土（UHPC）修補(bǔ)在處理地鐵隧道缺損及露筋的應(yīng)用的討論。本文認(rèn)為芳綸纖維材料加固修補(bǔ)技術(shù)及超高性能混凝土（UHPC）修補(bǔ)可以應(yīng)用在地鐵隧道的缺損露筋修補(bǔ)中，其中芳綸纖維材料加固修補(bǔ)技術(shù)更適用于保護(hù)層不足、開裂或保護(hù)層已用常規(guī)方法修補(bǔ)過的情況，采用該技術(shù)可有效提高結(jié)果的整體承載能力及耐久性，適用性廣；而超高性能混凝土（UHPC）可作為優(yōu)質(zhì)的隧道缺陷修補(bǔ)材料，其與舊混凝土表面黏結(jié)性能好，強(qiáng)度高，抗?jié)B性強(qiáng)，修補(bǔ)效果佳，但因其具有較強(qiáng)的流動性，施工條件更大，更適用于大面積的較嚴(yán)重的隧道內(nèi)襯結(jié)構(gòu)缺損露筋，如專項修等。Reference[1]孫衛(wèi)鋒.高速鐵路隧道二襯拱頂鋼筋保護(hù)層厚度不足的整治方法[J].山西科技,2012(6):3.[2]梁珮瑩湯光祥余