總幹4#洞襯砌混凝土裂縫產生的原因及處理方法

論文類別:工學論文 > 水利工程論文
論文作者: 張雲誌
上傳時間:2006/2/16 13:12:00

摘要:地下輸水隧洞分有壓隧洞和無壓隧洞,當隧洞襯砌混凝土产生裂縫後,常拌有渗水現象,會嚴重破壞混凝土結構的安全,裂縫产生的原因、防治及處理的方法直接關系到隧洞的使用寿命。

關鍵詞:隧洞 襯砌混凝土 裂縫 原因 處理方法

   地下輸水隧洞特別是有壓隧洞是我國電工程建設中常有的項目,但隧洞襯砌混凝土產生的裂縫不僅會破壞混凝土,影響隧洞的使用壽命,處理時費工費時增加成本增加工期,所以如何判斷裂縫產生的原因並采取適當的處理方法对於此類項目有重要意義。

一、概述

總幹4#隧洞位于引黃總幹一,二級泵站之間,前連1#出水調壓井,後接2#進水調壓井,總長1698.92m,為有壓輸水遂洞,設計開挖斷面為圓形,直徑D=6.45m,砼衬砌厚度40cm,襯砌后洞徑5.60m,由於施工需要,隧洞開挖时斷面形成馬蹄形,並設置了間距為100m的倒車洞。

  隧洞地質条件良好:多為白雲巖白雲質灰巖属於II、III類围巖,無重大地質構造,地下水不發育(∈3f5.寒武系風山組五段)(CHG2+138~148 f2-1和 CHG3+9~ G3+16 f3-1處各有一小斷層斷層)。

  砼浇築前清基發現,隧洞底部兩側和頂拱局部超挖嚴重,平均為25 cm最大處为80 cm。

設計砼澆築段為12m,施工時采用液壓式針梁模板全斷面一次襯砌,設計環向鋼筋為Φ22,縱向分布鋼筋Φ12,砼設計標號為C20W6F50 ,采用二級配泵送砼,骨料為人工碎石,天然河沙,摻高效減水劑MF-2摻量為5%,砼配比見附表一。

  二、裂縫的調查及分布狀況

4#洞開挖結束後,於九九年七月二十四日澆築第一段砼,以後平均3天完成一段砼澆築,工期經歷春、夏、秋、冬四季,後發現砼產生裂縫,表現為:有很强規律性,一般在澆筑段中部,春秋季澆築的砼多為一側呈環向(或兩側腰線以下),夏季裂縫多為一環(橫向一周),且多為砼澆築後5-7天左右產生,裂縫分滲水和幹縫(不滲水)兩種。裂縫調查及分布情況見附表二。

  三、裂縫產生的原因分析

  3.1砼的配合比的選擇

  施工所用的配合比是經過室內試驗後取得的,水泥摻量為280-330 kg/m3之間,符合泵送砼要求,施工中使用的大同普矽525#水泥從多年的使用和檢测結果看,該廠家水泥的强度、安定性等方面是穩定和良好的。已澆完砼共取樣312組,檢測結果為全部合格,平均強度為 31Mpa,在現場及有關單位進行的回彈儀無損檢测結果也是理想的,強度为32~33MPa。另外,分析砼裂縫形狀、規律和水泥掺量大的所產生的裂縫形状、尺寸、規律也不相符,可以判斷:裂縫的產生与配合比無直接關系。

3.2砼的澆築方式

在施工中,4#洞的全斷面砼襯砌是由2#拌合站供料的,砼攪拌車運料,运距0.5km,到現場後,由砼泵輸送進倉號,(每塊間隔3天左右),施工中每個澆築段施工縫均設橡膠止水和鋪设復合型泡沬板,從澆築方式和間隔時間對照裂縫進行分析認为:砼的澆築方式於裂縫沒有直接影響的關系。

  3.3地下洞室的基本恒温對施工有利

  洞內溫度除受季節產生的緩慢變化影響外,一定時段內基本處於恒溫状態,從澆築時溫測結果看,5~9月份洞內溫度基本在12~18℃之間,到了10月份也多穩定在8~10℃之間,洞內溫度無驟降變化, 8月份洞內日溫溫差也较小,洞內基本穩定的溫度對砼的施工是有利的。溫度統計見附表三。

  3.4砼養生的條件良好

  每一澆築段的砼澆築完後,均采取在已澆塊下遊部位用渣袋攔小壩截水,利用水泵抽水直接喷撒在砼表面上養護,水流循环利用。養護水為洞內水,温度經測定與氣溫相近,每班均設專人養護,所有這些有利條件構成了對砼的良好養護。

  3.5良好的地質條件不會導致裂縫產生

  所有澆築段圍巖堅硬完整,巖型均一,構造简單,除兩處有小斷層外,並無大的特殊地質構造,洞內地質變形也趨穩定,且巖質層湿度與洞內濕度趨向一致,分析判斷,上述良好的地質條件不會導致砼產生裂縫。

  3.6骨料成分不会導致裂縫產生

  人工骨料是采用二級站開挖岩石經破碎生產的,因二級站巖石基本上為   巖,含有的能與水泥活性物質引起堿性反應的成分較少,砂采用天然河砂,內含少量石英、長石等也不會與水泥发生較嚴重的堿反應以致形成裂縫。

  3.7澆築温度、超挖、分段長及配筋相對較少的綜合作用是導致砼裂縫產生的主要原因

  3.7.1從表二中可見,出現裂縫多的季節是在夏季6-7月份。骨料經過水喷淋降溫,溫度一般在17℃-22℃之間,最高溫度 24℃,水泥儲存在庫內,溫度一般18℃-35℃之間,砼出机溫度在21℃-29℃之間,倉面砼溫度一般為21℃-29℃,根據當時的施工情況和有關規範,對浇築塊溫度應力進行過計算,計算結果表明砼塊體所受的温度應力處於臨界狀態,應是导致砼裂縫產生的主要原因之一。

  3.7.2從開挖断面圖看,設計砼襯砌厚度40cm,但實際挖深尺寸在底拱兩側角最深達1.2m,頂拱最深達85cm左右,均遠遠超出设計45cm,對照超挖數據看,超挖多的部位,產生的裂縫機率比較高。

  3.7.3因为實際超挖後,原設計的雙層筋是針對40cm後砼的,但實際情況是,雙層筋後有約40cm后的砼內無筋,當內部產生應力时,無鋼筋受力,對裂縫產生有很大的關系。

3.7.4原設計40cm砼厚度澆築分塊長度12m現澆築厚度改變,長寬比等應力分布也有所改變。原12m块的長度對於90cm厚度的砼明顯欠妥。實際檢查中,也發現大多裂縫是產生在每塊砼的中間部位,這也說明了,砼厚度改變後,澆築段的長度比不適當,與裂縫產生也有一定關系。

免費論文下載中心 http://www.hi138.com 四、裂縫的預防與處理

  通過上述分析,我們可以得出這樣一個結論,隧洞砼襯砌不單要考慮巖石突出或夾角部位對裂缝產生的影響,而且還應註意,雖無大的“坑塘”存在,但普遍的大面積的超挖對改變砼內部應力帶來的不利影響也不可忽視。

  4.1裂縫預防措施

  4.1.1減小施工分塊長度,建議施工長度取8-10m。

  4.1.2對於底拱砼,如超挖大於設計值10cm以上部位,应采取澆築基礎墊層,再澆築洞體的施工方法,對於邊頂超挖段較大部位,則建議設計增加鋼筋用量或其它方法解決。

  4.1.3施工中加強骨料的降溫工作,根據骨料含水調整配合比,並盡可能降低砼出機和入倉溫度。

  4.1.4减少砼水平和垂直運输中的砼中灰漿的流失,以防出機口和倉內砼坍落度和配比的變化。

  4.1.5施工中還需加強養護,保證砼配制準確及振搗的密實性,防止其它类型的裂縫產生。

  4.1.6在高溫季節調整砼配和比,掺入粉煤灰。

  4.2裂縫处理方法:

  根據裂縫的狀況和發展趨勢,下步處理应安排在澆築結束20天後進行,分兩步進行:①進行砼澆築後的回填灌漿和固結灌漿,②對灌完漿後仍有滲水的縫采用化學灌漿。回填灌漿和固结灌漿施工方法這裏不在敘述。化學灌漿方案如下:

  a.環向裂縫灌漿施工

  環向裂縫也是有規則的裂縫,而且裂縫寬度較小。针對這種情況,采用深孔、淺孔相结合的高壓灌漿法,裂縫漏水的情況下灌入YN堵漏劑,滲水和無水的情況下灌入環氧樹脂灌漿材料,鉆孔間距1.0~1.5米,孔徑ø20。

  b.灌漿施工程序

前期準備­——裂縫調查­——確定灌漿方案——布孔——鉆孔——沖孔——丙酮洗孔——安裝灌漿塞——灌漿——停止灌漿——管路沖洗——縫面修整——現場清理——驗收

  c.灌浆施工方法

  ①在對現場和裂縫進行了詳盡的調查準備工作後,現場施工開始。

  ②在選好孔位後,开始鉆孔,鉆孔時必須定位開孔,準確控制進孔方向,確保孔縫相交,達到預期灌浆效果。

  ③灌漿塞采用根據膨脹螺栓的原理制成的專用灌漿塞。

  ④由於漿液的固化時間可以調整,因此不同的裂縫、不同的灌漿時段,采用不同的配比。配浆時要求稱量準確,攪拌均匀,不能漏加或錯加任一组份,以“少配、勤配”為原則,既避免了材料的浪費,同時也適應了環保要求。

  ⑤灌漿時選用的輕化灌泵和德國瓦格納公司生產的電動隔膜泵。兩者各項技術參數見表1。輕型化灌漿泵設計灌浆壓力和進漿量較小;電動隔膜灌漿壓力高,並且配有無級調速裝置,能夠很好的控制進漿量。現場灌漿時根據不同的裂縫和灌漿壓力要求采用相應的灌漿設備。

表1

  技術參數

類型

馬達功率

KW)

  

(Kg)

  

V)

進 漿 量

(L/min)

最 大 壓 力

Mpa)

電動隔膜

1.45

38.5

230v/50HZ

2.8

25

輕型化灌泵

7.0

1.0

1

  ⑥灌漿結束後,及時清理裂縫表面殘留漿液,保持現场清潔。

  ⑦漿液固化後,采用Sikadur731塗抹縫面,并用磨光機修面。

  d.灌漿材料

①環氧樹脂灌漿材料

  環氧樹脂系列灌漿材料粘度小,固化時間可以調整,適合於開度较小,滲水不太嚴重的環向裂縫的灌漿施工,而且環氧樹脂材料強度較高,在堵漏的同時也起到了補強和抗沖刷的作用,是一種理想的灌漿材料,在室溫下其各項性能指標見表2。

2

初始

粘度

(mpa.s)

比 重

PH

純漿硬化物強度(Mpa)

漿液粘強度(Mpa)

固砂體動彈模

  

抗拉

幹縫

濕缝

固砂體動彈模

>1.0*

1.035

6

30~70

80~100

12.5~14.8

1.9

1.7

1.6~2.5

:*——漿液粘度随不同的配比而變化

  ②YN——聚氨酯堵漏劑

  YN——聚氨酯堵漏劑粘度較大,以水為固化劑,遇水後在幾十秒內迅速与水反應,後成一種彈性體,短時間内即可止水,適用於漏水較大的環向裂縫和伸縮縫,在室溫下其各頂性能指標見表3。

3

粘度(mpa.s)

誘導凝固時間( s)

40~80

20~900

350%

  e.化學灌漿質量保證

  在進行充分的調查研究後,制定出以上方案,根據以往化學灌漿處理經驗,漏水的裂縫逐漸变幹燥,漿液在裂縫內部能起到止水的作用,灌入裂縫中漿液除了堵水這外,還可以對周邊的混凝土起到補強的作用。

  f.施工設备

施工主要設備見表4

序 號

1

LILTI電锤

2

2

高壓化灌泵

2

3

輕型化灌泵

2

4

磨光機

1

5

0.2m3氣泵

1

6

五十鈴交通車

1

  g.施工進度及人员配置

  以處理200m裂縫長度施工进度及人員配置為列。詳見表5、6。

总干4#洞衬砌混凝土裂缝产生的原因及处理方法

6           人員配置計劃

類別

高級工程師

工程師

技術工人

普通工人

合計

人數

1

1

4

4

10

  h.安全施工

  ①增強文明施工、安全生產的意识,操作人員要穿戴好防護用品,進入施工現場要戴安全帽,現場严禁吸煙;

  ②有些化灌材料有毒易燃,應存放在阴涼、幹燥、通風良好的地方,特別註意防火、防毒,確保安全,備好必要的防火器材;

  ③施工現場要加強通風、排毒,保證施工人員身体健康;

④設備、器皿、工具要及時清洗。

  五、經验總結

根據施工中的具體情況,我們實施了四.1條所述的預防措施,收到了良好效果,化學灌漿也取得成功。但是,值得我們吸取的經驗之一是在隧洞開挖中一定要避免大面積的超挖特別是嚴重超挖,其次是切實做好高温季節骨料的降溫工作。只有這樣,才能少出裂縫從而取得好的施工質量和經濟效益。

       混凝土配合比(未摻粉煤) (泵送) 附表一

石子級配(%)

砂率(%)

每方砼材料用量(kg/m3

5~20

mm

20~40

mm

水泥

砂子

5~20mm

20~40mm

MF-2

C20W6F50

45

55

40.3

0.50

14~16

330

740

492

597

165

8.25

         混凝土配合比(摻粉煤灰 (泵送)               

石子級配(%)

砂率(%)

每方砼材料用量(kg/m3

5~20mm

20~40mm

水泥

砂子

5~20mm

20~40mm

MF-2

粉煤灰

C20W6F50

45

55

38.3

0.50

14~16

280

672

484

589

169

8.75

84

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