花壩子二級電站隧洞襯砌混凝土裂縫成因及其對策

論文類別:工學論文 > 水利工程論文
論文作者: 歐陽磊
上傳時間:2006/2/16 13:37:00

摘要:混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題實本文對花壩子二級電站引水隧洞工程中襯砌混凝土出現裂縫的原因進行了分析,並針對該工程中出現的具體情況,提出了一些簡单的預防和處理混凝土裂縫的對策。

關鍵詞:花壩子二級電站 混凝土 裂縫 成因 對策

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麽果河河段上。電站廠址位於馬關縣八寨镇毛草寨村上遊約1.0km處,地理坐標為東經103°5708″,北緯23°0050″。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19.7 m3/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电站廠址僅2.4km,一級電站有調節庫容6204m3,為年調节水庫。因此一級電站水庫實際上对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。電站设計發電水頭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、地面廠房等。引水隧洞、主、副廠房及升壓站等均布置于河谷左岸。

2 引水隧洞工程概况

花壩子二级電站引水隧洞總長1712.4m為城門洞型无壓隧洞,開挖斷面面積32.9m2,過水斷面面積24.5m2,隧洞設計底坡1/1000,設計引水流量43.3 m3 隧洞沿線屬溶蝕侵蝕中山地貌和巖溶峽谷地貌;出露地層主要有寒武系上統∈3x、∈3t、∈3b和第四系,寒武系地層巖性主要為白雲質灰巖、泥質條帶灰巖,局部夾泥质粉砂巖,第四系由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,断層於隧洞進口段穿過,斷層附近巖石較為破碎,擠壓褶皱發育,巖體完整性差;隧洞沿线一帶地下水類型主要为巖溶裂隙水為主。

隧洞埋深9150m,隧洞進出口段由於受F31斷層影響和巖性的變化,出口段巖性以∈3x頁巖、泥質粉砂巖為主。圍巖穩定性差~不穩定,圍岩類別為Ⅳ類。中間段圍巖條件相對較好,圍岩主要屬穩定性差Ⅲ類圍巖,局部洞段可達基本穩定Ⅱ类圍巖。

隧洞出口標段(1+712~1+200段)于2005712開始斷面开挖,由於工程區處于雨季多發時節,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)的辦法進行施工。為了減少投資,與季節性降雨搶時间,縮短工期,經業主同意,決定不采用文山州水電勘察設計院的設計,改由業主自行設計對該段隧洞進行全斷面鋼筋混凝土襯砌,隧洞邊墻混凝土最大厚度120cm,最小厚度45cm,拱顶混凝土厚度45cm。该單元工程於824襯砌結束,並在業主方的強烈要求下於96开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,裂缝大小共計10余條,平均裂縫寬度5~7mm。到目前為至,尚未就裂縫进行任何處理,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进行施工。

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3 引水隧洞混凝土裂縫成因分析

裂縫產生的形式和種類很多,要根本解决混凝土中裂縫問題,還是需要從混凝土裂縫的形成原因人手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和减少混凝土裂縫產生的最有效的途徑。本人作為當時工程的設计人員和現場施工技術負責人,現就該工程出現的混凝土裂缝成因做出如下分析:

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,分析認為是設計中的斷面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况下的收縮變形。

3.2材料原因

1.粗細集料:因施工場地狹窄,砂石料場沒有進行全面清理,加之在雨季施工,並且砂石料均用裝载機進行上料,致使砂石料含泥量過大,加之由於砂料加工期間,設備運轉不正常,加工的集料顆粒級配不良,在混凝土施工過程中采用了不恰當的間斷級配,造成混凝土收縮的增大,誘導了裂縫的產生。

2.骨料粒徑:由于碎石加工中找不到理想的石灰巖作料場,采用了炭泥质灰巖作料場,使得加工出來的碎石塊徑級配不均勻,粉塵也較多,針片含量較大,使得混凝土單方用灰量、用水量增多,收縮量增大。

3.混凝土外加劑:在隧洞邊墻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,到了邊墻上部和拱頂澆築时改用了(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:施工单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#废舊槽鋼(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

因為施工中業主提供的配合比沒有做過配合比實驗,是從有關混凝土配合比設計手冊中隨機查抄的,並且在施工過程中總共換了兩種配合比,雖然两種配合比水灰比出入不大,但是施工過程中,业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、水灰比選擇不当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.大體積混凝土澆註,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内外溫差過大,混凝土產生溫度裂縫。

3.現场養護措施不到位,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,就向隧洞拱顶回填土,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

裂縫的出現不但会影響結構的整體性和剛度,还會引起鋼筋的銹蝕、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。因此根據裂縫的性质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。

結合花坝子二級電站引水隧洞混凝土衬砌工程,究其原因不难看出, 我們只要從根本上按規範设計,按規範嚴格施工,杜絕盲目節約投資,盲目趕工期,偷工減料,主觀上提高混凝土設計施工管理人員素質,要預防混凝土裂縫的产生其實也不難。當然這里面還包含有其他技術方面的因素,在今後的工作中將會進行深入的探討。下面就該工程中混凝土裂縫的修補處理對策提出以下一些方法:表面修補法,灌漿、嵌逢封堵法

1.表面修補法

  表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用於穩定和對結構承載能力沒有影响的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面塗抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面塗刷油漆、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面粘贴玻璃纖維布等措施。

2.灌漿、嵌逢封堵法

  灌漿法主要適用於對結构整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用压力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中,膠結材料硬化後與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

  嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料为聚合物水泥砂漿。

5 結論

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象,它的出現不僅会降低建築物的抗滲能力,影響建築物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,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、區别對待,采用合理的方法進行处理,並在施工中采取各種有效的预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。

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參考文獻

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