水利工程隧洞混凝土衬砌裂缝的防范措施.pdf

第7 期 ( 总第l 1 2 期) 中国水 能及电气化 N o 7( T D T A L N o 1 1 2 ) 2 0 1 4 年 7 月 C h i n a Wa t e r P o we r &E l e c t r i fic a t i o n 水利 工程隧洞混凝土衬砌 裂缝的防范措施 耿 忠 ( 绥 中县水利技术推广站 ，辽宁 葫芦岛 1 2 5 2 0 0 ) 摘要：本文通过某水电站工程实践，分析了水利工程隧洞混凝土衬砌裂缝产生的原因，并对有效的控制方式 做了尝试，在实际应用过程中取得了很明显的效果，为类似的裂缝控制提供 了有力借鉴。 关键词：水利工程；隧洞；混凝土衬砌裂缝；防范措施 中图分类号：T V 5 2 3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 4 )0 7 - 0 0 1 9 - 0 3 Pr e v e nt i v e M e a s u r e s o f Hyd r a ul i c Eng i ne e r i ng Tu nne l Co nc r e t e Li n i ng Cr a c k s GENG Z h o n g ( S u i z h o n g C o u n t y W a t e r C o n s e r v a n c y T e c h n o l o g y E x t e n s i o n S t a t i o n ， Hu l u d a o 1 2 5 2 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h e p a p e r ，r e a s o n s o f h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g t u n n e l c o n c r e t e l i n i n g c r a c k a r e a n a l y z e d t h r o u g h e n g i n e e r i n g p r a c t i c e o f a h y d r o p o we r s t a t i o n T h e e f f e c t i v e c o n t r o l mo d e i s a t t e mp t e d P r o mi n e n t e f f e c t i s a c h i e v e d f r o m a c t u a l a p p l i c a t i o n p r o c e s s ，t h e r e b y p r o v i d i n g p o we rf u l r e f e r e n c e f o r s i mi l a r c r a c k c o n t r o 1 Ke ywo r ds： h y d r a ul i c e ng i ne e r i n g；t un n e l ；c o n c r e t e l i n i ng c r a c ks；p r e v e n t i v e me a s ur e s 1 工程概况 某水 电站共装 机 4台 ，总容量 1 0 0 0 M W，水 电站 引水发电系统由引水隧洞、厂房和尾水隧洞等组成。 引水 隧 同 采 用单机 单管 方式 ；尾 水隧 洞共两 条 隧洞 ， 长度 9 3 2 m。尾 水 隧洞混 凝 土 的衬 砌 断面 为 圆形 ，厚 度一般 为 5 0 6 0 c m，某些地 质条件较差洞段为 8 0 c m。 在施工之始 ，底拱的混凝土浇筑共 2 3仓 2 5 5 m ( 1仓 单块长度 1 5 m，1 2仓 7 5 m) ，边 顶 拱 用 钢模 台车 浇 筑 ，共 9仓 6 7 5 m。由于种种 原 因，产 生 了裂 缝。经 统计共有各种裂缝 5 5条，主要为 3种 ，并且均产生 于同一单元块 ，有些无规律 ，大多为表面出现，比较 t ro d , 。这种情况一定要进行分析和使用有效方法加以 改善 。 2 裂缝成 因分析 2 1 施工工艺影响分析 浇筑 的 工 序 比 较 繁 杂 ，分 为 4层 浇 筑 ，见 下 页 图 。 a 第一层先对底拱 中的无模板部位进行浇筑， 下料在距离上层钢筋 1 52 0 c m左右处停止，用第二 层侧面余料进行浇筑 。 b 第二层下料 自两侧开始 ，一直浇筑到第一段 模板底 。 7 9 建设管理 Co ns t r u c t i on Ma n a g e me n t 底拱翻模的浇筑施工分层示意图 单位：c m c 第 3 层浇筑至第 1 层模板的顶部，同第 2层间 要有恰 当的间隙 时间，若过早 易导致流淌或鼓胀 变形 影响到体型，导致更多的人工摊平，若 过晚易导致 初凝 。 d 要使3层的浇筑不流淌向2层，需设置 5 c m的 挡板 ，置于与模板接触 的钢筋 的保护层 里 ，翻模 之后 就拆掉 ，而且要 填充混凝土 。若浇筑 时间过长 ，则底 部的 昆 凝土已经初凝 ，而新浇筑的混凝土与老混凝土 之间易出现塑性的收缩裂缝 。因此 ，要减少上层 的浇 筑给 2 层造成的侧 向压力 ，必须进行第 4层的浇筑 。 第 3层混凝土浇筑完毕后 ，对 中间无模板 部位要 先使 用方钢 沿弧形 刮轨将表面刮平 ，并去掉 多余 的混 凝土 ，再进行人工抹面和收浆及压光的处理。其两侧 存 在模板的部位 ，在 混凝土 将要初 凝时把模 板 翻开 ， 将有问题的地方做人工抹面处理 ；挡板嵌缝的拆卸和 施工 全过程 中容易 出现卡管 ，使浇筑强 度不均 ，是裂 缝出现的原因之一。通过检查得知，水平纵向的缝隙 通常集 中于挡板 与第 2 、3层 的连 接处 ，这 通 常是工 艺施工控制引起的 。 对混凝 土的分层及分段 浇筑 如果对 接头处处理不 佳，混凝土接触处有初凝 ，则上下层的混凝土间的黏 结力就很小，可导致各层间产生水平缝隙，在围岩渗 水压力下渗有白浆就充分证明了这一点。 2 2 围岩基础约束影响分析 1 5 m单元块的底拱混凝土中部都有 1 2条环向 缝隙 ，有的达 3 条 之多。缝 隙走 向与 同轴线垂直或斜 交，宽度为0 2 0 3 m m，且中间较粗两端较细。而 在强风化和岩石较破碎 的区段，则很少有环 向的裂 缝。这说明洞室的岩壁衬砌其实是一个双向的薄层 ， 且约束比较集中，因此分段和分块的尺寸十分关键 ， 分块大容易导致结构性缝隙。 2 3 原材料分析 该水电站工程尾水隧洞衬砌所用水泥为 P 0 4 2 5 普硅水泥 ，掺和料是高炉矿渣。在抽查的 4 3组样品 中 细 度 的 平 均 值 是 3 3 ，大 于 表 面 积 ( 最 大 为 4 1 9 m k g ，平均 3 8 5 m k g ) ，因此干缩较大。使用普 硅水泥易出现浅表性的温度缝隙和收缩缝隙。 该工程所用砂石料 由本地灰 砂岩制成 。按该水 电 站 的混凝土试验报 告，用此料 制成的混凝土 干缩 量为 5 1 0 一，是通常情况下的 2 5倍 以上 ，而且 骨料的粒 形较差，成型不好，为粗料，导致拌制混凝土黏聚性 与保水性较差，泵送混凝土的坍落度通常为 1 6 1 9 c m， 水泥与拌制水量较大也是缝隙产生的一个内在原因。 2 4 温控分析 常见的混凝土裂缝大多是深度不一 的表面裂缝， 产生的原因是 空气流动较大或温度差异 。该水 电站 的 4条引水隧洞通开 以后 ，引水 洞和尾 水洞 内外 空气流 动及温差很大 ，因为 翻模 施 工 于混凝 土 浇筑 7l O h 之后就进行了，且表层的保养措施也不全面到位，因 此混凝土 内外温 差较大 ，易产 生裂缝。比如底拱浇 筑 大概 l O d 就 能看到裂缝 ，而且 比边 顶拱 的数 量多 ，也 证明了由于拆 模过早 ，因地表温度较 低而混凝土 内部 在浇筑之始水 化热通常 又较 大 ，因此 有较大梯度 的温 差 ，导致表面有很大拉应力 ，而且 由于混凝土 的干 缩 导致表面拉应力大于混凝土的抗拉强度 ，易产生缝 隙。 3 控制裂缝的措施 3 1 改进施工工艺 ，缩短混凝土衬砌段长 在工艺上的问题为浇筑的强度过低及单元块浇筑 的时间过长和因泵送设备的故障引起的冷缝等。为使 混凝土的入仓有序 ，让浇筑规避初凝，泵送的混凝土 送 至下料平 台后共设立 6个下料点 ( 中部 2个 ，两边 上 下各 1 个 ) ，经过溜槽 根据需 求送 到各作业 面上 。 建设管理 Co n s t r u c t i o n Ma n a g e me n t 各 仓面分块 的长度从 1 5 m 降为 7 5 m，增加 结构 缝 ，使 浇筑强度同各个工序时 间的间隔易于控制 ，保 证 浇筑连续性。经过改进 ，从开仓到收仓 的用时大 大 减少了，使翻模和分层浇筑以及拆模抹面间的时间很 容 易控制 。 3 2 加强围岩地基处理 在浇筑之前把 比较尖 的地方和不够平 整的部位严 格修整，提前 3 0 d 将底拱的凹坑浇捣好垫层，用来规 避过大的起伏 ，规避应力集 中导致 的裂缝 。 3 3 改善水泥等原材料品质 因所用材料 干缩均较大 ，容易导 致裂缝 ，因此让 水 泥的生产 厂家改 进 了细度 。通 过对 1 9组 样 品进行 检测和改进，比之前降低了 2 4 m k g 。新增了水泥的 降温散热及出厂存放的时间措施 ，让水泥的出厂温度 大概为 5 1 ，比之前下 降了 l 3 ，对 C 3 A与 C 3 S的 含量进行控制 ，C 3 S需要保持在 5 0 5 5 ，C 3 A控 制在 6 以内，水泥强度波动幅度得到一定减小，见 表 1 、表 2 。 表 1 水 泥 强 度 监 测 统 计 结 果 3 d 强度 ( MP a ) 2 8 d 强度( MP a ) 时段 抗 压强度 抗折强度 抗压强度 抗折强度 组数 组数 最大 最小 平均 最 大 最小 平均 最大 最小 平均 最 大 最小 平均 4 7月 4 3 3 2 l 8 2 4 7 4 5 4 3 6 2 4 4 5 2 1 0 7 9 81 1月 2 6 2 9 1 7 2 0 6 4 4 1 9 5 8 4 3 5 0 9 7 9 表 2 水 泥 细 度 及 比 表 面 积 和 出 厂 温 度 统 计 结 果 细度 ( ) 比表面积 出厂温度 ( ) 时段 组数 最大 最小 平均 组数 最大 最小 平均 组数 最大 最小 平均 4 7月 4 3 4 2 3 4 3 4 l 9 3 2 0 3 8 5 2 1 6 9 5 8 6 4 71 1月 2 6 5 4 5 1 9 3 7 8 3 5 3 3 6 1 1 2 5 9 4 7 5 1 对于砂石料进行 了系统改善 ，配备了棒磨机，使粗 骨料级配获得改进 ，人工砂的平均细度的模数 为 2 6 2 8 ，石 粉量均为 8 3 ，相对较为规范 ，见表 3 。 表 3 细 骨 料 细 度 模 数 统 计 结 果 细度模数 时段 组数 最大 最小 平均 4 7月 7 l 3 6 2 7 6 3 l 6 8l 1月 7 8 3 3 2 2 7 2 7 3 3 4 混凝土配合比优化措施 一 是选择材料 的配 比时 ，要先选择 低 中热 的水泥 来对骨料的级配进行改善 ，并保障砂子的细度 ，另选 取 I 级的粉煤灰。二是调整砂率 ，提高粉煤灰的掺量 ( 从 1 5 提高到 2 5 ) ，使混凝土的和易性有所改变。 三是使用高效减水剂并适度降级坍落度，底拱一般为 l 21 5 c m，边顶拱一般为 1 5 1 6 e ra，水胶 比从 0 4 6 7 调 为 0 4 5 ，初凝 的时 间从 之前 1 01 2 h变 为 6 8 h 。 四是使用 三级配。经过对 配合 比的变动 ，既可减少水 泥使用，改善和易性，还能延迟温峰时间，使强度保 证率提升至 9 4 以上，另外 ，混凝土的抗压、防渗 、 抗冻等指标也满足设计要求。 4结语 经过对裂缝 的形成原因进 行分析并 实施各种控 制 方法之后 ，裂缝 情况得 到 明显好转 ，至 2 0 1 3年 7月 ， 两条尾水 隧洞合计 浇筑 了底 拱 与边 顶拱 衬砌 混 凝 土 1 5 0仓 6 0 0 m，只增加了4条小缝隙，未有较长或者贯 穿性 的裂缝 ，这也证明文 中阐述的裂缝控制方式成 效 是较为显著的。 参考文献 1 朱伯芳 大体积混凝 土温度应 力与温 度控制 M 北 京 ： 中国 电力 出版社 ， 2 0 1 2 2 何欢 水利工程建筑裂缝及渗漏的产生原因与预防措施 J ， 民营科技 ， 2 0 1 1 ( 7 ) 27