電站隧洞襯砌混凝土裂縫成因及其對策
發布時間:2014-08-09
1、花壩子二級電站概況
花壩子二級電站位於雲南省文山州與紅河州交界的那麼果河河段上。電站廠址位於馬關縣八寨鎮毛草寨村上遊約1.0km處,地理坐標為東經103°57′08″,北緯23°00′50″。工程區距馬關縣浪橋鄉31.0km,距馬關縣八寨鎮44.0km,距馬關縣城73.0km,距州府所在地文山92.0km,距昆明412.0km。廠區和壩址區有鄉村四級公路與馬關縣國營健康農場和浪橋鄉相通,交通極為便利。
花壩子二級電站壩址多年平均流量19.7m3/s,采用攔河壩取水,本電站不具備調節能力,但二級電站攔河壩距一級電站廠址僅2.4km,一級電站有調節庫容6204萬m3,為年調節水庫。因此一級電站水庫實際上對二級電站進行了年調節。攔河壩設計壩體為漿砌石重力式攔河壩。漿砌石重力壩壩頂高程548.5m,壩頂長21.4m,相應庫水位547.0m。電站設計發電水頭44.0m,裝機容量2×8.0MW,主要建築物有攔河壩、引水隧洞、壓力池、地麵廠房等。引水隧洞、主、副廠房及升壓站等均布置於河穀左岸。
2、引水隧洞工程概況
花壩子二級電站引水隧洞總長1712.4m,為城門洞型無壓隧洞,開挖斷麵麵積32.9m2,過水斷麵麵積24.5m2,隧洞設計底坡1/1000,設計引水流量43.3m3。隧洞沿線屬溶蝕侵蝕中山地貌和岩溶峽穀地貌;出露地層主要有寒武係上統∈3x、∈3t、∈3b和第四係,寒武係地層岩性主要為白雲質灰岩、泥質條帶灰岩,局部夾泥質粉砂岩,第四係由el+dlQ碎石質土、粘土、亞粘土和ColQ塊石、碎石及亞粘土組成;地質構造主要為F31斷層,斷層於隧洞進口段穿過,斷層附近岩石較為破碎,擠壓褶皺發育,岩體完整性差;隧洞沿線一帶地下水類型主要為岩溶裂隙水為主。
隧洞埋深9~150m,隧洞進出口段由於受F31斷層影響和岩性的變化,出口段岩性以∈3x頁岩、泥質粉砂岩為主。圍岩穩定性差~不穩定,圍岩類別為Ⅳ類。中間段圍岩條件相對較好,圍岩主要屬穩定性差Ⅲ類圍岩,局部洞段可達基本穩定Ⅱ類圍岩。
隧洞出口標段(1+712~1+200段)於2005年7月12日開始斷麵開挖,由於工程區處於雨季多發時節,降雨頻繁,再加之受地質條件影響,塌方嚴重,到7月底施工方仍未進入正常施工階段。8中旬,經業主方和施工方的共同協商,同意隧洞出口采用局部先襯砌後開挖(1+703.5~1+693.5段)的de辦ban法fa進jin行xing施shi工gong。為wei了le減jian少shao投tou資zi,與yu季ji節jie性xing降jiang雨yu搶qiang時shi間jian,縮suo短duan工gong期qi,經jing業ye主zhu同tong意yi,決jue定ding不bu采cai用yong文wen山shan州zhou水shui利li水shui電dian勘kan察cha設she計ji院yuan的de設she計ji,改gai由you業ye主zhu自zi行xing設she計ji對dui該gai段duan隧sui洞dong進jin行xing全quan斷duan麵mian
鋼筋混凝土襯砌,隧洞邊牆混凝土最大厚度120cm,最小厚度45cm,拱頂混凝土厚度45cm。該單元工程於8月24襯砌結束,並在業主方的強烈要求下於9月6日開始對該段隧洞頂部進行土方回填。經觀察,回填後不到一個星期,隧洞起拱位置邊緣和拱頂開始出現縱向裂縫,裂縫大小共計10餘條,平均裂縫寬度5~7mm。到目前為至,尚未就裂縫進行任何處理,隧洞周圍也未出現新的裂縫,隧洞工程現在按超前支護方法繼續進行施工。
3、引水隧洞混凝土裂縫成因分析
裂 縫(feng)產(chan)生(sheng)的(de)形(xing)式(shi)和(he)種(zhong)類(lei)很(hen)多(duo),要(yao)根(gen)本(ben)解(jie)決(jue)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)裂(lie)縫(feng)問(wen)題(ti),還(hai)是(shi)需(xu)要(yao)從(cong)混(hun)凝(ning)土(tu)裂(lie)縫(feng)的(de)形(xing)成(cheng)原(yuan)因(yin)人(ren)手(shou)。正(zheng)確(que)判(pan)斷(duan)和(he)分(fen)析(xi)混(hun)凝(ning)土(tu)裂(lie)縫(feng)的(de)成(cheng)因(yin)是(shi)有(you)效(xiao)地(di)控(kong)製(zhi)和(he)減(jian)少(shao)混(hun)凝(ning)土(tu)裂(lie) 縫產生的最有效的途徑。本人作為當時工程的設計人員和現場
施工技術負責人,現就該工程出現的混凝土裂縫成因做出如下分析:
3.1設計原因
因為設計中隧洞的拱圈采用的是半圓拱,混凝土等級采用C20混凝土,分析認為是設計結構中的斷麵突變而產生的應力集中造成構件裂縫的和混凝土等級過高造成的裂縫可能性均不大。故認為:
1.在設計中隧洞拱頂構造鋼筋配置過少或過粗(8#槽鋼)等引起構件裂縫。
2.在設計中未充分考慮混凝土構件在摻外加劑情況下的收縮變形。
3.2材料原因
1. 粗細集料:因yin施shi工gong場chang地di狹xia窄zhai,砂sha石shi料liao場chang沒mei有you進jin行xing全quan麵mian清qing理li,加jia之zhi在zai雨yu季ji施shi工gong,並bing且qie砂sha石shi料liao均jun用yong裝zhuang載zai機ji進jin行xing上shang料liao,致zhi使shi砂sha石shi料liao含han泥ni量liang過guo大da,加jia之zhi由you於yu砂sha料liao加jia工gong期qi間jian,設she beiyunzhuanbuzhengchang,jiagongdejiliaokelijipeibuliang,zaihunningtushigongguochengzhongcaiyonglebuqiadangdejianduanjipei,zaochenghunningtushousuodezengda,youdaoleliefengdechansheng。
2.骨料粒徑:由you於yu碎sui石shi加jia工gong中zhong找zhao不bu到dao理li想xiang的de石shi灰hui岩yan作zuo料liao場chang,采cai用yong了le炭tan泥ni質zhi灰hui岩yan作zuo料liao場chang,使shi得de加jia工gong出chu來lai的de碎sui石shi塊kuai徑jing級ji配pei不bu均jun勻yun,粉fen塵chen也ye較jiao多duo,針zhen片pian含han量liang較jiao大da,使shi得de混hun凝ning土tu單dan方fang用yong灰hui量liang、用水量增多,收縮量增大。
3.混凝土外加劑:在隧洞邊牆底部施工中混凝土外加劑采用了紅星一號速凝劑,由於市場缺貨,到了邊牆上部和拱頂澆築時改用了(氯化鈣),在混凝土攪拌過程中,由於施工員未嚴格過磅,使得早強劑摻量不當(不均勻),嚴重增加的混凝土不均勻收縮。
4.
鋼材:施工單位在隧洞拱頂施工中沒有嚴格按設計要求使用國標8#熱軋槽鋼,而使用了不符合國標的8#廢舊槽鋼(厚度不符合國標要求),抗拉強度不夠,過早疲勞,也是造成混凝土出現裂縫的原因。
3.3混凝土配合比設計原因
因 為wei施shi工gong中zhong業ye主zhu提ti供gong的de配pei合he比bi沒mei有you做zuo過guo配pei合he比bi實shi驗yan,是shi從cong有you關guan混hun凝ning土tu配pei合he比bi設she計ji手shou冊ce中zhong隨sui機ji查zha抄chao的de,並bing且qie在zai施shi工gong過guo程cheng中zhong總zong共gong換huan了le兩liang種zhong配pei合he比bi,雖sui然ran兩liang種zhong配pei合he比bi水shui灰hui比bi出chu 入不大,但是施工過程中,業主過分強調水泥的用量。使得混凝土單方水泥用量較大、用水量過高,表現為水泥漿體積較大、坍落度較大,收縮量也隨之增大。另 外,配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差,導致混凝土離淅、泌水、保水性不良,也增加了混凝土的收縮值。
3.4施工及現場養護原因
1.現場澆搗混凝土時,振搗或插入不當,漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均影響了混凝土的密實性和均勻性,誘導裂縫的產生。
2.大體積混凝土澆注,對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大,混凝土產生溫度裂縫。
3.現場養護措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫。
3.5使用原因(外界因素)
混凝土養護期不到,就向隧洞拱頂回填土,且回填量過大,混凝土使用荷載超負。這也是該工程中混凝土出出裂縫的原因。
4、混凝土裂縫預防和處理對策
裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度,還會引起鋼筋的鏽蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。因此根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理,以保證建築物的安全使用。
結合花壩子二級電站引水隧洞混凝土襯砌工程,究其原因不難看出, 我 們men隻zhi要yao從cong根gen本ben上shang按an規gui範fan設she計ji,按an規gui範fan嚴yan格ge施shi工gong,杜du絕jue盲mang目mu節jie約yue投tou資zi,盲mang目mu趕gan工gong期qi,偷tou工gong減jian料liao,主zhu觀guan上shang提ti高gao混hun凝ning土tu設she計ji施shi工gong管guan理li人ren員yuan素su質zhi,要yao預yu防fang混hun凝ning土tu裂lie縫feng的de產chan生sheng其qi shiyebunan。dangranzhelimianhaibaohanyouqitajishufangmiandeyinsu,zaijinhoudegongzuozhongjianghuijinxingshenrudetantao。xiamianjiugaigongchengzhonghunningtuliefengdexiubuchuliduicetichuyixiayixiefangfa:表麵修 補法,灌漿、嵌逢封堵法。
1.表麵修補法
表 麵修補法是一種簡單、changjiandexiubufangfa,tazhuyaoshiyongyuwendingheduijiegouchengzainenglimeiyouyingxiangdebiaomianliefengyijishenjinliefengdechuli。tongchangdechulicuoshishizailiefengdebiaomiantumoshuini 漿、環氧膠泥或在混凝土表麵塗刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂,通常可以采用在裂縫的表麵粘貼玻璃纖維布等 措施。
2.灌漿、嵌逢封堵法
灌(guan)漿(jiang)法(fa)主(zhu)要(yao)適(shi)用(yong)於(yu)對(dui)結(jie)構(gou)整(zheng)體(ti)性(xing)有(you)影(ying)響(xiang)或(huo)有(you)防(fang)滲(shen)要(yao)求(qiu)的(de)混(hun)凝(ning)土(tu)裂(lie)縫(feng)的(de)修(xiu)補(bu),它(ta)是(shi)利(li)用(yong)壓(ya)力(li)設(she)備(bei)將(jiang)膠(jiao)結(jie)材(cai)料(liao)壓(ya)入(ru)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)裂(lie)縫(feng)中(zhong),膠(jiao)結(jie)材(cai)料(liao)硬(ying)化(hua)後(hou)與(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)整(zheng)體(ti),從(cong)而(er)起(qi)到(dao)封(feng)堵(du)加(jia)固(gu)的(de)目(mu)的(de)。常(chang)用(yong)的(de)膠(jiao)結(jie)材(cai)料(liao)有(you)水(shui)泥(ni)漿(jiang)、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。
嵌(qian)縫(feng)法(fa)是(shi)裂(lie)縫(feng)封(feng)堵(du)中(zhong)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa),它(ta)通(tong)常(chang)是(shi)沿(yan)裂(lie)縫(feng)鑿(zao)槽(cao),在(zai)槽(cao)中(zhong)嵌(qian)填(tian)塑(su)性(xing)或(huo)剛(gang)性(xing)止(zhi)水(shui)材(cai)料(liao),以(yi)達(da)到(dao)封(feng)閉(bi)裂(lie)縫(feng)的(de)目(mu)的(de)。常(chang)用(yong)的(de)塑(su)性(xing)材(cai)料(liao)有(you)聚(ju)氯(lv)乙(yi)烯(xi)膠(jiao)泥(ni)、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
5、結論
縫 是
混凝土結構中(zhong)普(pu)遍(bian)存(cun)在(zai)的(de)一(yi)種(zhong)現(xian)象(xiang),它(ta)的(de)出(chu)現(xian)不(bu)僅(jin)會(hui)降(jiang)低(di)建(jian)築(zhu)物(wu)的(de)抗(kang)滲(shen)能(neng)力(li),影(ying)響(xiang)建(jian)築(zhu)物(wu)的(de)使(shi)用(yong)功(gong)能(neng),而(er)且(qie)會(hui)引(yin)起(qi)鋼(gang)筋(jin)的(de)鏽(xiu)蝕(shi),混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)碳(tan)化(hua),降(jiang)低(di)材(cai)料(liao)的(de)耐(nai)久(jiu) 性,影響建築物的承載能力,因此要對混凝土裂縫結合實際、進行認真研究、區別對待,采用合理的方法進行處理,並在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫 的出現和發展,保證建築物和構件安全、穩定地工作。