涔天河水庫泄洪隧洞混凝土裂紋開裂原因及處理措施分析

張文舉袁國金潘宣何

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司長沙市410014）

涔天河水庫泄洪隧洞混凝土裂紋開裂原因及處理措施分析

張文舉袁國金潘宣何

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司長沙市410014）

涔天河水庫擴建工程1#、2#泄洪洞混凝土施工過程中，不同部位、不同厚度的混凝土因不同原因產(chǎn)生不同類型的裂縫缺陷。文章根據(jù)混凝土施工過程、裂縫的特征參數(shù)及結(jié)構(gòu)特定，分析各類裂縫形成的原因，對裂縫進行分類，并提出不同類型裂縫的處理方案，經(jīng)分析，處理效果良好，可供同類工程問題參考。

泄洪隧洞混凝土裂縫化學(xué)灌漿

1 概述

涔天河水庫擴建工程位于湘江干流瀟水流域上游江華瑤族自治縣境內(nèi)，距江華縣城13 km，是流域規(guī)劃中的第一個梯級。涔天河水庫擴建工程為Ⅰ等大（Ⅰ）型水利水電樞紐工程，大壩、泄洪建筑物等為1級建筑物。工程采用右岸1#、2#泄洪洞聯(lián)合泄洪的泄洪方案，1#泄洪洞圍巖大多呈微～新鮮狀態(tài)，斷層部位為Ⅴ類圍巖，其余為Ⅲ～Ⅳ類圍巖，采用“龍落尾”洞身布置形式，洞身全長573 m，上平洞洞身尺寸10 m×13.2 m，“龍落尾”洞段洞身尺寸10 m×16.2 m。2#泄洪洞為開敞溢流進水口接無壓流洞身，洞身斷面尺寸12 m×12.5 m，隧洞全長760 m，隧洞對應(yīng)最大埋深194 m。

關(guān)于混凝土的裂縫成因研究眾多，但關(guān)于混凝土的裂縫成因或機理，目前并未形成統(tǒng)一認識[1～3]。涔天河水庫擴建工程隧洞數(shù)量多，包括導(dǎo)流洞、泄洪洞、發(fā)電引水洞、灌溉洞、放空洞、交通洞及灌漿平洞等，隧洞通過地段地質(zhì)條件復(fù)雜多變，混凝土施工影響因素多，對混凝土裂縫缺陷進行有效處理，保證工程質(zhì)量。尤其是1#、2#泄洪洞混凝土裂縫缺陷的處理，值得同類工程參考。

2 裂縫特征及產(chǎn)生原因分析

2.1 裂縫特征

采用BJLF-1型裂縫綜合測試儀進行檢測，測試包括裂縫位置、形狀、走向、縫長、縫寬及縫面是否滲水等特征參數(shù)，縫長由鋼卷尺測得，對1#、2#泄洪洞主要裂縫特征參數(shù)如表1。

表1 主要裂縫特參數(shù)

2.2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

應(yīng)力是混凝土內(nèi)部裂縫產(chǎn)生的根本原因，混凝土中存在大量的孔隙和裂隙等缺陷，襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生過程實質(zhì)上就是內(nèi)部缺陷應(yīng)力集中引起微裂紋產(chǎn)生、擴展及貫通的過程。采用RFPA2D模擬單裂紋壓應(yīng)力和拉應(yīng)力開裂演化過程，研究壓應(yīng)力和拉應(yīng)力條件混凝土開裂機制及形態(tài)異同。比較單裂紋壓應(yīng)力和拉應(yīng)力條件細觀開裂破壞過程異同，動態(tài)過程共分80步。對單裂紋壓應(yīng)力和拉應(yīng)力動態(tài)應(yīng)力作用下裂縫發(fā)展演化過程如圖1。

圖1 RFPA2D模擬壓應(yīng)力和拉應(yīng)力條件混凝土裂紋開裂演化過程

引水洞混凝土裂縫產(chǎn)生原因包括環(huán)境、圍巖、混凝土、施工和結(jié)構(gòu)等多方面的原因，但總可以通過應(yīng)力效應(yīng)來分析，混凝土內(nèi)部缺陷部位應(yīng)力集中有受拉應(yīng)力效應(yīng)和應(yīng)力效應(yīng)?；炷量估瓘姸冗h低于抗壓強度，實驗室測得混凝土的抗拉強度一般只有抗壓強度的1/10～1/20。因此，拉應(yīng)力效應(yīng)可能是洞室開挖襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因。通過對1#、2#泄洪洞主要裂縫分布、混凝土澆筑過程，結(jié)合結(jié)構(gòu)及環(huán)境分析，初步分析裂縫造成原因如表2。

表2 裂縫造成原因統(tǒng)計

2#泄洪洞洞身下平段由于圍巖約束力影響，產(chǎn)生壓應(yīng)力效應(yīng)，限制缺陷部位微裂縫擴展，裂縫寬小于0.1 mm，為細微裂縫。

3 裂縫處理

3.1 裂縫分類

在水利水電工程中，根據(jù)裂縫寬度、深度及其是否貫通（貫穿），通常將混凝土裂縫可分為四類，如表3。

3.2 裂縫處理

除機械加固法外，裂縫修補大體上有表面處理法和灌漿注入法。在灌漿注入法中，目前樹脂灌漿法應(yīng)用最普遍[4]。鑒于泄洪洞有防滲抗沖蝕要求，采用化學(xué)灌漿的方式對裂縫混凝土進行防滲、補強。根據(jù)以往工程經(jīng)驗和1#、2#泄洪洞分布部位，對于Ⅰ類裂縫可以不進行專門處理；Ⅱ類裂縫采用表面刮涂聚脲處理（噴涂聚脲彈性體技術(shù)就是其中最有效的混凝土裂縫處理施工技術(shù)之一[5]），提高混凝土的防腐、防水、耐磨能力；Ⅲ類裂縫采用化學(xué)灌漿（NE-Ⅳ低黏度環(huán)氧樹脂）處理，化學(xué)注漿優(yōu)勢是可灌性差、膨脹性較好，凝固時間可控；Ⅳ類裂縫先對裂縫內(nèi)部進行環(huán)氧樹脂灌漿補強處理，再對裂縫表面環(huán)氧膠泥封閉，方法同Ⅲ類裂縫。

Ⅲ、Ⅳ類裂縫處理程序為：裂縫檢測→裂縫分類處理→裂縫處理（化學(xué)灌漿）驗收及基面打磨清潔→基面驗收確認→涂刷界面劑→刮涂聚脲→質(zhì)量檢查及驗收。裂縫處理后如圖2。

表3 混凝土裂縫分類

圖2 裂縫處理效果圖

現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，處理效果很好，尤其是滲水部位，處理后無滲水出現(xiàn)，達到設(shè)計的要求。尤其是2#泄洪洞導(dǎo)流洞結(jié)合段，經(jīng)近兩年導(dǎo)流通水后，裂縫檢查仍無出現(xiàn)裂縫擴展和滲漏現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)混凝土施工過程、裂縫的特征參數(shù)及結(jié)構(gòu)特定，分析形成裂縫的原因，總結(jié)了裂縫分類。

（2）根據(jù)裂縫形成的原因，總結(jié)裂縫分類，研究裂縫演化的力學(xué)機制，研究表明裂縫形成的根本原因位（內(nèi)外部）引起的應(yīng)力效應(yīng)引起的混凝土內(nèi)部缺陷進一步擴展。

（3）針對不同裂縫類型，提出處理方案，經(jīng)分析，處理效果良好，可供同類工程問題借鑒。

[1]王瑞駿，李九紅，王黨在，等.堆石壩混凝土面板濕度場及干縮應(yīng)力研究[J].水力發(fā)電學(xué)報，2004，23（6）：50-54.

[2]陳肇元，崔京浩，朱金銓，等.鋼筋混凝土裂縫機理與控制措施[J].工程力學(xué)，2006，23（s1）：86-107.

[3]張志誠，林義興，徐云峰，等.三峽地下電站引水洞襯砌混凝土裂縫成因分析[J].人民長江，2006，37（2）:9-10.

[4]李文鵬，李連喜，張增濤.大壩砼面板裂縫處理應(yīng)用與研究[J].長江科學(xué)院院報，2010，27（9）：70-73.

[5]酈能惠.高混凝土面板堆石壩新技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

2016-11-05）

張文舉（1984-），男，工程師，主要從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作。