Наиболее распространенными дефектами бетонных и железобетонных обделок являются: трещины в бетоне, сквозные и несквозные вывалы бетона облелки, отслоения бетона (сколы), пористый или слабый бетон, выщелачивание бетона; снижение прочности бетона из-за исчерпания ресурса морозостойкости, раковины и каверны в пределах толщины защитного слоя с оголением арматуры, химическая и электрохимическая коррозия арматуры.
Трещины в бетоне обделки могут возникнуть еще в период ее бетонирования. Это так называемые технологические трещины. Из-за охлаждения еще не набравшего проектной прочности бетона при раннем распалубливании с нарушением регламента ухода та уложенным бетоном образуются усадочные трещины. По форме и простиранию они на обделке не имеют строгой направленности, хаотичны, часто представляют собой мелкую сеть «волосяных» трещин раскрытием менее 0.1 мм.
Как правило, трещины возникают по «холодным швам» на контактах между затвердевшим и вновь уложенным бетоном при перерывах, неизбежных во время бетонирования очередной захватки (рис. 3.1). В результате неравномерных по сечению обделки деформаций, возникающих от действия температуры окружающего воздуха, появляются температурные трещины.
В железобетонной обделке из-за стесненной армированием усадки бетона, коррозии арматуры возникают продольные трещины вдоль рабочей арматуры. Причинами развития коррозии арматуры могут быть недостаточная толщина защитного слоя или низкая плотность бетона в этом слое. При изменении величин и характера нагрузок и воздействий на конструкцию, принятых в проекте, либо отступления от проектных параметров обделки при ее возведении в обделке возникают силовые трещины. Чаше всего они простираются под углом или вдоль оси тоннеля с раскрытием внутрь в случаях развития вертикального или бокового горного давления.
Трещины различного происхождения в процессе эксплуатации тоннеля с той или иной степенью интенсивности могут развиваться в течение нескольких лет, снижая несущую способность обделки. Степень влияния трещин на долговечность сооружения зависит от их расположения, направления и динамики развития. Различают трещины продольные, поперечные или дуговые (восходящие, затухающие от основании к верхнему своду, и нисходящие, затухающие к фундаменту конструкции) и наклонные (рис. 3.2).
Наименее опасными являются продольные трещины, образующиеся при строительстве по условиям производства работ при раздельном бетонировании элементов обделки. Более опасны дуговые поперечные и наклонные трещины с раскрытием более 1 мм, иногда приводящие к разрушению участков обделок. Любые трещины, даже если они не влияют существенно на условия статической работы конструкции, повышают водопроницаемость обделки и. как правило, служат очагами зарождения более серьезных дефектов.
Ho активности развития различают трещины стабилизировавшиеся и активные. Стабилизировавшиеся трещины без обводнения не представляют угрозы и могут быть ликвидированы заполнением цементным раствором или другими материалами с предварительной обработкой (околкой, расчисткой) кромок. Активные трещины представляют серьезную угрозу несущей способности конструкций.
Следствием развития системы трещин чаще всего являются отслоения и вывалы бетона из обделки. Основная причина образования отслоения и вывалов — замерзание воды в трещинах и пустотах обделки и прилегающего к ней слоя грунта. Однако причиной вывалов могут стать пучение грунта за обделкой, а также гниение и разрушение древесины временной крепи, оставленной за обделкой при проходке. Различные по площади вывалы могут захватывать часть бетона по толщине обделки (несквозные вывалы, рис. 3.3. а), но могут распространяться и до грунта (сквозные вывалы, рис. 3.3, б).
Разрушение внутренней поверхности сводов и стен бетонных и железобетонных обделок проявляется в виде сколов, выщелачивания раствора в швах и коррозии арматуры. Сколы бетона обделки на небольшую глубину (защитного слоя в железобетонных обделках), если они не являются следствием деформации обделки, чаще всего происходят в результате воздействия низких и знакопеременных температур воздуха и фильтрации воды через обделку: вола, заполняя поры, при замерзании разрушает материал. Сколы возможны и при отсутствии обводнения вследствие впитывания влаги, избыточно содержащейся в воздухе тоннельной атмосферы.
Ускоренное разрушение монолитных бетонных обделок может быть вызвано действием агрессивных сред. Негативное воздействие агрессивной среды особенно скоротечно проявляется при низком качестве бетонирования. Пористый бетон (наличие раковин, каверн) так же, как и слабый (рыхлый, легко разрушающийся ручным инструментом) увеличивает водопроницаемость обделки, что активизирует процесс выщелачивания. Выщелачивание бетона проявляется в виде так называемых «высолов» — белых пятен, потеков и наплывов, что является признаком уменьшения прочности бетона (рис. 3.4). Разрушение бетона обделок в агрессивных средах происходит главным образом по связующему — цементному камню, а заполнители обладают, как правило, большой плотностью и химической стойкостью. Являясь высокощелочным материалом, бетон активно реагирует с газами и жидкостями, имеющими кислую природу.
Таким образом, интенсивность коррозии бетона во многом зависит не только от химического взаимодействия aгpecсивной среды с цементным камнем, но и в значительной степени от физического состояния бетонной конструкции, в первую очередь, плотности бетона, его газо- и водонепроницаемости.
