1、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
2、。 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
3、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
4、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
5、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。
6、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
7、 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
8、,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
9、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
10、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
11、,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 ,
12、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
13、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
14、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
15、 ( 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
16、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
17、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
18、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
19、” 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
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