水利工程隧洞混凝土衬砌裂缝的防范措施

第７期（总第ｌ１２期）　２０１４年７月　中国水能及电气化　Ｃｈｉｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｉｃａｔｉｆｏｎ　Ｎｏ．７（ＴＤＴＡＬ　Ｎｏ．１１２）　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　１２５２００）　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：ＴＶ５２３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３－８２４１（２０１４）０７－００１９－０３　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｌｉｎｉｎｇ　Ｃｒａｃｋｓ　ＧＥＮＧ　Ｚｈｏｎｇ　（Ｓｕｉｚｈｏｎｇ　Ｃｏｕｎｔｙ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｈｕｌｕｄａｏ　１　２５２００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｃｒａｃｋ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ａ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅ　ｉｓ　ａｔｔｅｍｐｔｅｄ．Ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｒｅｂｙ　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｃｒａｃｋ　ｃｏｎｔｒｏ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｃｒａｃｋｓ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　１工程概况　某水电站共装机４台，总容量１０００ＭＷ，水电站　ｔｒｏｄ，。这种情况一定要进行分析和使用有效方法加以　改善。　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９３２ｍ。尾水隧洞混凝土的衬砌断面为圆形，厚　度一般为５０～６０ｃｍ，某些地质条件较差洞段为８０ｃｍ。　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。　在施工之始，底拱的混凝土浇筑共２３仓２５５ｍ（１仓　单块长度１５ｍ，１２仓７．５ｍ），边顶拱用钢模台车浇　筑，共９仓６７．５ｍ。由于种种原因，产生了裂缝。经　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１５～２０ｃｍ左右处停止，用第二　层侧面余料进行浇筑。　统计共有各种裂缝５５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　ｂ．第二层下料自两侧开始，一直浇筑到第一段　模板底。　７９　建设管理　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　底拱翻模的浇筑施工分层示意图　单位：ｃｍ　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５ｃｍ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　１５ｍ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０．２～０．３ｍｍ，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・０４２．５　普硅水泥，掺和料是高炉矿渣。在抽查的４３组样品　中细度的平均值是３．３％，大于表面积（最大为　４１９ｍ　／ｋｇ，平均３８５ｍ　／ｋｇ），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　５×１０一，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１６～１９ｃｍ，　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７～ｌＯｈ　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ｌＯｄ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　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　各仓面分块的长度从１５ｍ降为７．５ｍ，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　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１９组样品进行　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。　检测和改进，比之前降低了２４ｍ　／ｋｇ。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５１℃，比之前下降了ｌ３℃，对Ｃ３Ａ与Ｃ３Ｓ的　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　含量进行控制，Ｃ３Ｓ需要保持在５０％～５５％，Ｃ３Ａ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。　格修整，提前３０ｄ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。　表１　水泥强度监测统计结果　３ｄ强度（ＭＰａ）　２８ｄ强度（ＭＰａ）　时段　组数　最大　４—７月　８～１１月　４３　２６　３２　２９　抗压强度　最小　ｌ８　１７　抗折强度　组数　平均　２４　２０　抗压强度　平均　５　４　４３　１９　抗折强度　平均　５２　５０　最大　７　６　最小　４　４　最大　６２　５８　最小　４４　４３　最大　１０　９　最小　７　７　平均　９　９　表２　水泥细度及比表面积和出厂温度统计结果　细时段　度（％）　最小　２　比平均　３　表面积　平均　３８５　出组数　２１　厂温度（℃）　最小　５８　组数　４～７月　４３　最大　４　组数　４３　最大　４ｌ９　最小　３２０　最大　６９　平均　６４　７～１１月　２６　５　４　５　１９　３７８　３５３　３６１　１２　５９　４７　５１　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　时段　组数　最大　４—７月　７ｌ　３６　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９４％以上，另外，混凝土的抗压、防渗、　抗冻等指标也满足设计要求。　细度模数　平均　３ｌ６　４结语　最小　２７６　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２０１３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　８～ｌ１月　７８　３３　２２７　２７３　３．４混凝土配合比优化措施　一１５０仓６００ｍ，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１５％提高到２５％），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　ｌ２～１５ｃｍ，边顶拱一般为１５～１６ｅｒａ，水胶比从０．４６７　调为０．４５，初凝的时间从之前１０～１２ｈ变为６～８ｈ。　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，２０１２．　［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，２０１１（７）．　２７