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引水隧洞砼衬砌裂缝成因分析及防裂措施

减小字体 增大字体 作者:黄聚成  来源:本站整理  发布时间:2013-6-20 16:32:24


【摘 要】引水隧洞衬砌砼设计标号一般较高、水泥用量大,加上基岩、原材料、结构、施工等原因产生不均匀收缩而出现裂缝。为了防止和减少砼裂缝,分阶段在施工中采取一些措施,对控制和减少裂缝起到一定的作用。

     【关键词】引水隧洞  砼衬砌 裂缝成因分析 防裂措施
  一、工程概述
    三峡右岸地下电站进水口预建工程是三峡工程的组成部分。引水隧洞预建段有六条引水洞,隧洞地质条件:岩体为闪云斜长花岗岩,为微风化及新鲜岩体。裂隙率2%,变形模量14.7~43.1GPa,声波测试纵波速度Vp=4.3~5.3km/s,动弹模18~87GPa。引水洞单长为94. 58m,开挖断面为圆形,直径最大为15.5m,最小为14.5m,衬砌后直径均为13.5m,衬砌厚度分别有1m、1.5m、2m不等。

    衬砌采用二级配泵送砼R28250D250S10,陷度为16-18cm、18-20cm两种,骨料为人工碎石。采用底拱和边顶拱二次衬砌的方法施工,先衬砌底部90°范围的底拱部分,采用翻模工艺,然后再衬砌剩余270°范围内的边顶拱部分,使用大型专用液压式钢模台车工艺施工。设计环向为双层钢筋网,分别为Φ28和Φ32,纵向分布筋均为Φ22。引水洞施工分为11个标准段,每段长8m,1个压浆板段(帷幕灌浆段)5.58m,1个堵头段。

      

    二、裂缝分布状况
    在施工过程中陆续出现了一些裂缝,裂缝主要是顺水流向分布,少数裂缝呈环向交错分布。部分裂缝有渗水且有钙质析出,其余的有湿痕。裂缝集中分布在洞身腰线附近和底拱三分点的部位,宽度在0.1mm~0.3mm之间。从裂缝出现时间来看,初期衬砌的砼裂缝一般出现在收盘后7-20天之间,在后期(3个月以后)裂缝逐渐增多。

    6

    条隧洞共出现370条裂缝,长度约为2865.57米。通过取样观察,显示裂缝附近无明显的分界面存在,裂缝宽度由外至内逐渐变细。

      

    三、原因分析和预防措施
    1.

    砼的配合比。配合比是经过室内试验取得,水泥掺量为225-240kg/m3之间,所用水泥早期发热量高、早期温升快,热膨胀性能不稳定。

    由于砼内部水化热温升过高,且衬砌段为强基础约束区,致使砼内部温度应力过大而产生裂缝。为此,裂缝的产生与砼配合比有一定关系。

    为削减砼内部水化热,改善砼和易性,对泵送砼配合比进行多次调整,通过提高粉煤灰的掺量(由原设计的10%提高到15%、20%、25%)来减少水泥用量,从而降低砼水化热。

    2.

    砼浇筑工艺。在砼浇筑时严格控制下料厚度和砼振捣时间,一般在两侧各布置2-3个下料点,以保证来料铺设均匀,腰线以下下料厚度控制在30cm左右,腰线以上按30-50cm控制。砼振捣时间根据来料情况控制在30-50秒之间。鉴于裂缝主要分布在腰线附近,在腰线部位使用大功率振捣设备进行振捣,确保该部位砼的密实性。在浇至腰线换管考虑到停料时间过长,在浇下层砼之前采用?100振捣棒为主,70棒为辅加强振捣避免出现薄弱层。

    3.

    洞内砼保温。洞内温度除受季节产生的缓慢变化影响外,在每年9月开始将洞口用保温被进行封堵,开始只用单层保温被。后考虑到洞内施工,人员进出频繁,一层保温被封堵达不到保温效果,且保温被损坏后不能及时修复,造成洞内外温差。后期补加一道封堵材料,进行双层保温,只预留一进人活动门。另对腰线以下部位采用挂保温材料进行保温,底拱全部用保温材料覆盖,保温材料为10mm或15mm厚的保温被,以满足保温效果。

    4.

    砼养护。在夏季,在钢模台车脱开后及时进行养护。在前期采用人工养护,使用高压水管从底部和台车顶部不同高度进行喷洒养护,保证整个砼表面保持湿润。但后期考虑到人工养护存在间断性,对养护不利。于是采用花管养护,即从钢模台车顶部接出两根钢管,在上面绑上花管进行长流水养护。砼养护时间一般按28天控制,但在条件许可的情况下,尽可能延长养护时间。

    5.

    砼温度。虽在前期的施工中砼入仓和浇筑温度得到了有效控制但砼内最高温度超出设计参考值较多(最高51.3度)。为了降低砼内部温度,将砼出机温度下调为10℃,通过降低入仓和浇筑温度来达到温控效果。

    此外,前期施工中泵管过长,根据实际情况,缩短砼泵送距离和时间,利于温度控制。同时对受料斗、泵管等进行保温,避免在太阳下直晒,减少温度回升。以上措施有效控制了砼入仓和浇筑温度。据统计引水洞砼入仓温度共检测2635次,最高22℃,最低10℃;小于18℃的共2535次,超温率3.8%,小于20℃的共2594次,超温率1.6%;砼浇筑温度共检测2635次,最高23.5℃,最低10℃。

    另外在仓内埋设冷却水管进行削减最高温度。冷却水管在冬季主要通江水冷却,收盘后即通水,通水时间为15天,进水温度一般为12~16℃,进出水最大温差4~5℃。4月开始通制冷却水,进水温度一般为10~12℃,进出水最大温差8~10℃,通水时间收盘至第10天。后期为了增强冷却效果将冷却水管外移绑扎到外层钢筋网上,冷却水管分两套布置:一套为腰线以下边拱部位,另一套为腰线以上边顶拱部位。通水也分两个时段,第一阶段是砼浇至腰线换管时,对已浇完部位立即通水冷却。第二阶段是整仓砼浇筑完毕后,将下层冷却水管与上层冷却水管连接起来通水冷却。每层通水冷却时间为7天,冷却水温度控制在20-22L/min。

    6.

    地质原因。引水洞衬砌部位为强基础约束区,由于砼内部温度高,砼在后期降温过程中(特别是经过第一个冬季),砼因收缩而产生的拉应力大且有岩体变形应力、周边爆破震动、地下水压力的影响,而砼早期的抗拉强度较低,不能抵抗拉应力而产生裂缝。

      

    四、裂缝处理措施
    1.

    浅层裂缝处理。为恢复砼的整体性,防止钢筋锈蚀,对于未渗水的浅层裂缝处理为:缝宽小于0.2mm,沿缝走向凿5.0×5.0cm(宽×深)凹槽,经检查未发现裂缝继续向内延伸,用预缩砂浆分层嵌填,捣压密实并抹光后,表面刷环氧基液或水泥基防水剂两道。

    2.

    深层裂缝处理。对于深层裂缝或已渗水裂缝采用贴嘴法进行化学灌浆处理,以确保引水隧洞的安全运行。

    2.1

    程序。化学灌浆程序如下:准备工作→打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴→刮胶封缝→压风检查→灌浆→注浆封堵材料的清除→(复灌→嵌缝,此两工序根据灌后是否仍有渗水而确定是否增加)打磨清洗→刮环氧胶泥→质量检查及验收。

    2.2

    材料。灌浆浆材采用环氧注射树脂LPL,它是用于注射灌浆系统的一种双组分(A组分和B组分),无溶剂的低黏度环氧树脂。封缝材料采用:①水不漏是一种速凝早强水泥,在4-6min内凝结,2小时后强度达到2.0Mpa。

    ②1438环氧粘胶:1438粘胶是由高分子聚合物、活性填充料组成。它不含任何有机溶剂,固化时间为24小时,粘结强度最大可承受1.2Mpa的灌浆压力。

    1438胶为A、B双组分,配比都为2:1(重量比)。

    2.3

    处理效果。从处理情况来看一次处理合格率比较高,处理效果较好。

    2.4

    质量检查。灌后压水质量检查在灌注LPL环氧灌浆结束7d后进行。

    由现场监理布骑缝孔,冲击钻造孔(孔径18~20mm、孔 深10~15cm)后,采用单点法压水,压水检查压力为0.3Mpa。压水试验结束标准,在稳定压力下,每3~5min测读一次压入注量,连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终的10%,或最大值与最小值之差小于1ml/min时,本孔段压水结束,取最终值为计算值,测记漏量,计算透水率(Lu)。

    检查孔数量:根据裂缝长度确定,当裂缝长度<3m时

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