水工隧洞衬砌混凝土裂缝产生原因及预防措施.pdf

设 计施 工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 4 期 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 01 6 0 4 0 41 水工 隧洞衬砌 混凝土裂缝产 生原 因及预 防措施 赵海波 ，王安琪 ( 1 辽宁省白石水库管理局 ，辽宁 朝 阳 1 2 2 0 0 0 ； 2 辽宁省水文水资源勘测局朝 阳分 局 ，辽宁 朝 阳 1 2 2 0 0 0 ) 摘 要 ：水工隧洞衬砌混凝土裂缝是长久 以来困扰 工程技 术人 员的一大难题 ，本文从 工程 实际情况出发 ，从整 个混 凝土生产、运输、浇筑等环节入手 ，分析裂缝产 生原 因并提 出预 防办法。 关键 词 ：水工隧洞 ；裂缝 ；形成原 因 ； 防治 办法 中图分类号 ：T V 6 7 2+ 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) O 4 - 0 1 1 1 O 3 引言 水工隧洞是在岩石 、土体 中开挖而成 的，可以 输 水 、灌溉 、导流 、发 电等 ，分 为有 压 隧洞 和 无压 隧洞 。工程 中为了保证围岩稳定 ，隧洞应进行支护 和衬砌。衬砌要满足防渗 ，水流冲刷等要求 ，达到 运行要求的水利学条件 ，防止温度、大气等不利因 素对围岩的破坏。可是在实际工程中，由于种种客 观条件所限及施工人员操作原因，往往造成水工隧 洞衬砌效果不理想。较常见 的问题有蜂窝 、麻 面、 色差 、裂缝等等。本文主要就裂缝问题探讨其成因 及预防措施。 1 裂缝产 生原 因及预 防 隧洞衬砌混凝 土收缩受 到周边 岩壁 的嵌 固作 用 ，混凝土抗拉强度无法抵抗收缩时会 产生裂缝 ， 影响衬砌结构 的耐久性和外观质量 ，主要分为水平 纵向裂缝和环 向裂缝。裂缝产生主要有 以下几个方 面原 因：原材料的选取和管理方 面；配合 比设计及 混凝土称量拌和运输 ；隧洞开挖清基 ，漏振 、振捣 不足及过振 ；外加剂种类和用量 ；浇筑后养护 ；地 下水对现场混凝土的影响等。 1 1 原 材料 选取 和管 理 原材料质量是工程整体质量的保证 ，工程中常 见原材料选取与管理方面问题有 ：选取水泥品种没 有切合工程实际要求 ；部分水泥在运输、存储过程 中受潮结块 ，未经检验便投入使用 ；粗细骨料级配 不 良，含泥 量过 大 ，泥块 含量 过 多 ，针片 状 颗粒 物 含量 ，有害物质超标 ；不 同季节施 工时砂 ( 石 ) 储 放不力 ，无有效降温、保温措施。 针对 以上 问题 ，在原 材料选取 方面需严格 管 理。水泥应尽量选用低发热量水泥 ，水泥在运输过 程中不得受潮和混入杂物。不 同品种 、标号 、出厂 日期和出厂编号的水泥应分别运输装卸 ，并做好 明 显标志 ，严防混淆 。地材的质量控制主要从料源地 和进场检验两方面人手。对已进场堆放于场 内或料 仓的粗骨料 ，根据情况对含水率 、颗粒级配 、含泥 量进行检测。对于检测出的不合格原材料 ，立即清 除出场 ，并做好相关记录。加强骨料温度监控 ，采 用搭棚 、水冷 、风冷真空气化冷却等办法严格控制 入模混凝土温度 。合理掺加粉煤灰 ，减少水泥在工 程上用量 ，也 可 以显著改善混 凝土拌 和物 的和 易 性 ，使混凝土质量均匀而密实。合理掺加膨胀剂可 使混凝土产生一定体积膨胀，显著改善混凝土 的抗 渗性、抗裂性 ，增强混凝土密实度。 1 2配合 比设计 由于水利工程和水工隧洞的特点 ，水工混凝土 长期处于恶劣 自然环境之 中，受地形地质 、水文气 象等条件所限 ，对其耐久性影响很大。所 以需要根 据实际情况，精心设计配合比。但是 ，有了 良好的 配合 比设计 ，没有严格贯彻执行 ，不落到实处 ，同 样会造成混凝土裂缝产生 。如 ，未定期对拌和站称 量系统进行校定 ；未对配合比计量偏差进行定期分 析；未及时校正拌和站料斗混料 ，投料顺序不正确 等问题 ；在混凝土拌和物运输过程 中出现人为加水 收稿 日期 ：2 0 1 5 一 O 1 1 2 作者简介 ：赵海波 ( 1 9 8 7年一 ) ，男 ，助理工程师。 2 0 1 6年第4 期 水利规划与设计 设计施 工 现象 ；未选用合适搅拌机类型 ；未执行最佳搅拌时 间 ；混凝土运输过程中，因间隔时间过长 ，先浇筑 混凝土拌合物 已初凝 ，未采取有效处理措施 ，造成 新 老混凝 土 间形 成冷 缝等 等 。 针对以上问题 ，可通过试验确定正确的7 昆 凝土 配合比，严格按照配料单下料 ，定期校核称量系统 并填写校称记录。并根据混凝土的不同稠度及搅拌 机 的不 同类型 ，确定最佳搅拌时间。对于施工冷缝 问题 ，要求施工单位从提高施工机械设备( 拌和站 ， 输送泵，振捣器等) 完好率上着手 ，加强设备 的维 修及保养 ，保证混凝土浇筑连续性，若出现混凝土 浇筑 间 隔过长 ，则 应对 新老 混凝 土结 合 面采 取 有效 处理措施 ，并严格控制混凝土运输各个环节 ，禁 止 私 自加水 。 1 3隧 洞开挖 清基 工程 中，有的洞段成型轮廓差 ，出现超挖 ，欠 挖现象 ，超挖部位容易在衬砌后形成空 同，导致裂 缝 。欠挖 部位 由于支立 钢拱 架 或初期 喷 射混 凝 土 超 过衬砌界限 ，导致衬砌厚度不均 ，进而产生混凝土 裂缝。有的工程在混凝土底板浇筑前未清理到新鲜 岩石 ，存在浮渣和喷射混凝土沉积料等。由于清基 不 彻底 ，导 致底 板 混 凝 土 与 岩 石 间 存 在 软 弱 夹层 ， 影 响 了岩 石 弹 性 抗 力 的发 挥 ，对 衬 砌 荷 载 极 为 不 利 ，进 而产 生裂 缝 。 针对以上 问题 ，需加强洞段测量 ，严控 超挖 、 欠挖。不断提高爆破水平 ，增强爆破效果，加强爆 破 人员 技术 培训 ，技 术交 底不 可 敷衍 了事 。要求 施 工单位在岩基面清理时在仓面两侧 5 m外设 置围挡 避免 外水及 杂 物进 入仓 面 。在 施 工单 位 对仓 面 内岩 面 、喷混 表 面 、底板 表 面进行 高 压水 冲洗后 ，加 强 抽排积水。同时，施工单位应对混凝土衬砌洞段采 取超前处理和局部处理相结合 的措施 ，保证扩挖处 理到位。施工单位对准备 扩挖 同段进行测量复核 ， 用红 漆标 出扩 挖部 位 与扩挖 厚度 ，采 用 爆破 及 破碎 锤结合方式进行扩挖处理。扩挖完成后再按每仓 3 个断面进行复核。钢筋绑扎后由业主 、监理单位及 施工单位采用卷尺对衬砌厚度进行测量 ，对局部仍 然存在欠挖的部位，要求施工单位采用风镐凿除方 式 进行 二次 处理 。 1 4 漏 振 、振捣 不足 及过 振 问题 出现漏 振 和振捣 不 足的原 因 主要 有 ：由于衬 砌 施工中采用钢模板台车 ，而下料时钢模板 台车下料 窗口不能全部利用 ，导致混凝土下料不均；同时浇 1 1 2 筑中也存在下料过高 ，造成骨料分离 ，分层厚度过 大 ，引起振捣不到位 ，混凝土密实度不够 ，进而裂 缝 ；窗 口之间距离过大软轴振捣器无法振捣 ，端头 模 板强度 不 够 ，不 敢靠 近下 料 ，不敢 振 捣 ；顶拱 昆 凝土下料满仓靠人工观察判定 ，极易形成空腔。而 过 振会 导致 混凝 土离 析 ，造 成不 密 实 ，对混 凝 土 与 钢筋之间受力产生很大影响。 针对以上问题，施工单位每个作业面均需选有 经验管理人员到位，不能让工人随意施工。同时根 据浇筑面实际情况改善工艺，严格施工流程 ，合理 振捣 ，确保 混凝 土密 实 。 1 5外加 剂种 类和 用量 外加剂品牌很多，效果各异 ，不同品牌水泥没 有合理确定外加剂的种类和掺量导致混凝土产生裂 缝情 况也 时有 发生 。 施工采购进场时必须提供产品合格证与出厂检 验报告 ，同时在 自检合格基础上 ，还应做外加剂与 水泥相容性试验 ，并试配混凝土 ，检测混凝土塌落 度 ，含气量 ，凝结时间等指标 。然后根据每批次的 相容性试验结构 ，调整外加剂掺量和掺入方式 ，通 过正确 ，规范的操作来添加。对 于可溶性外加剂 ， 先 配制 为一 定浓 度溶 液 ，随机 加入 。对 于难 溶 于水 的外加剂 ，要与适量砂石或水泥均匀混合加入。 1 6浇 筑后 养护 由于进 度压力 ，在 未达 到脱模 时间 前 提下 即脱 模 ，有的脱模后未进行潮湿养护，养护天数普遍不 足，每 日养护时问不足 ，造成混凝土表面裂缝 。这 种情况加强养护，边顶拱喷涂养护剂 ，仰拱采用流 水 养 护 。 1 7地下 水 的影响 地下水对水工混凝土有不 同程度的侵蚀破 坏。 地 下 水 中往 往含 有硫 酸盐 类化 学物 质 ，它 与混 凝 土 中的石灰质或水泥会产 生起 化学反 应 ，产生结 晶 体 ，使混凝土体积增大产生膨胀压力 ，导致混凝土 裂缝 的产 生 。 对渗水段衬砌前先进行阻水灌浆处理 ，经过灌 浆处理仍存在大面积滴水状态的围岩 同 段衬砌前采 用打孔引排的方式将渗水引出仓面 ，对无压隧洞 类围岩施工缝将橡胶止水条改为橡胶止水带。 2 结语 在实 际工程 中 ，影 响混凝 土整 体质 量 的原 因还 有 很 多 ，可导 致裂 缝 的新 的 因 素 也 在逐 渐被 发 现 、 认识和防止 。参与工程施工的过程，也是工程技术 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第4期 人员成长的过程 ，它要求我们根据每个工程 的实际 情况去制定新 方案，使用新办法 ，尊重工程实际 ， 客观处理问题 。工程 中出现的问题促使我们不断去 学习 ，发现和思考 ，最终寻求经济 、科学 、有效 的 解 决 问题 之道 ! 参 考文 献 1 陈雯龙水工混凝土耐久性影 响因素分析及 防治措施 J 水利 规划与设计 ， 2 0 1 1 ( 0 5 ) 2 张文清 ， 龙雅 丽水工混凝 土结构 防裂措施分析 J 水利技术 监督 ， 2 0 0 5 ( 0 4 ) 3 钟庆华水利工程 质量检查 与控制 M 合 肥 ：安徽 科学技 术 出版社，2 0 0 3 4 1李胜 ， 孙保沭 ，王海龙大体积混凝土温度裂缝与 防治 J 水 利技术监督 ， 2 0 0 5 ( 0 2 ) 5 韩绪博 ， 王兆 刚溢洪道混凝土的温控防裂方案研究 J 水 利 规划与设 计 ， 2 0 1 4 ( 0 6 ) ( 上接第 7页) 工业用水 ，保障农业农作物生长关键 期需水 ；晋中东山供水工程可调剂清漳河 、浊漳河 富余水量至汾河中游的晋中供水体系 ，河川取水输 水工程可调剂沁河富余水量至汾河中下游的临汾盆 地供水体系 ，万家寨引黄南干线供水工程可延伸供 水至晋中供水体系；晋西南适当增加 禹门 口提水工 程、浪店供水 工程 的引黄 水量 ，保 障汾河 下游 谷 地 、涑水河供水体系需水要求。 预测规划 区 2 0 3 0水平年 7 5 降水年 型时总需 水量 9 2 3亿 m ，可供水量 8 3 5亿 m ，其 中地表 水源供 水 5 0 1亿 m 、地 下水源供水 2 7 3亿 m ， 农业缺水 8 8亿 m ，详见表 2 。 4 3 严 重干 旱年 份 严重干旱年份在用好 “ 主水 ” 的同时 ，大力开 源 ，增加可利用“ 客水” 量。万家寨 引黄北 干线 可 依据旱情 实时增加 向朔 同供水体系供 水量 、南 干 线通过滹沱河 连通工程 可供 水至忻定 盆地 、阳泉 供水体系 ；省境 中部太原 、晋 中、临汾盆地 等供 水体系在增加 连通工程 跨流域调水 的同时 ，合理 增加以岩溶 泉水为 主的地下水开采量 ；晋 东南的 长治盆地 、晋城沁 丹河供水体 系在吴家庄水库 兴 建后 ，5座大型水 库的联合 调度 可为严 重干 旱年 用水提供可靠保 障；晋西南 的汾河下游 谷地 、涑 水河供水体系依靠 沿黄系列提水 工程加大 引黄水 量 应 对 严重 干 旱 。 预测规划区 2 0 3 0水平年 9 5 降水年型时总需 水量 9 2 3亿 1 1 1 ，可供水量 8 0 7亿 m ，其 中地表 水源供水 4 6 0亿 m 、地下水源供 水 2 8 7亿 m ， 农业缺水 1 1 5亿 m ，详见表 2 。 4 4 特 大干 旱 年份 特 大干旱年“ 主 水 ” “ 客水 ” 并 举 ，启 动 应 急 响应 机制 ，各 行 业 压缩 供 水 。以维 护 社 会稳 定 为 出发 点 ，适 当 降低 生 活用 水 标 准 ，满 足 城 乡 居 民的基 本 用水 需 求 ；统 筹 安排 关 系 国计 民生 的重要 工业 企 业 的 生产 用 水 ；对 粮 食 主产 区农 作物生 长关 键 期 进 行 合理 灌 溉 。充 分 发挥 水 网 丰枯调 剂 作 用 ，统 一 调 度各 种 水 源 ，最 大 限 度 的利 用 连 通 工 程 调 入 地 表 水 ，扩 大 引 黄 水 量 ， 必 要 时超 采 地 下 水 。 4 5水质污染等应急供水 随着山西大水网规划骨干供水工程 的逐步建设 和投入运行 ，十大供水体系都将拥有“ 主水” 和“ 客 水” 两类水源，当发生地表水质污染等应急事件时， 以岩溶泉水为主 的当地地下水 ( 包括封 而备用的水 井工程 ) 、连通工程可输送 的“ 客水” 作为应急供水 主要水 源 。 5结论及建议 山西省规划 的“ 两纵 十横 ” 大水 网，以不同干 旱年水 量调度方式为手段 ，经济利 用“ 主水” 、高 效调用“ 客水”，可使 区域 的水 资源开 发利用 由制 约经济发展的“ 水瓶颈” 向“ 水支撑” 转变。 但如何将已经形成的调蓄能力 和提引黄河水能 力转化 为 具有较 高保 证程 度 的实 际供 水量 是 一项 复 杂的系统工程 ，因此建议 。 ( 1 ) 成立大水 网管理调度机 构 ，统一负责大水 网各 工程 调度运 行 与管理 ； ( 2 ) 建设覆盖水 网区水情 自动测报系统 ； ( 3 ) 开发水资源利用控制动态管理系统 ，包括 监测和共享平台 、预报系统 、水质水量联合调度系 统等 ，不断探索和优化水量调度方式。 参考 文献 1 山西省水利厅 ，山西省水利水 电勘测设计研究院 山西大水网 规划 R 太原2 0 1 2 l 1 3