輸水隧洞襯砌溫度裂縫調(diào)查及處理

董文津

(凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽(yáng)縣 122629)

1 工程概況

青山水庫(kù)輸水工程全長(zhǎng)71.02 km，其主要功能是將青山水庫(kù)的水經(jīng)過(guò)輸水管線輸送至葫蘆島市開發(fā)區(qū)，以解決當(dāng)?shù)毓I(yè)和生活用水問(wèn)題。工程的規(guī)劃工期為28個(gè)月，概算投資4.60億元。在工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，穿越圍屏山段的輸水線路采用有壓輸水隧洞工程方案，該輸水隧洞段全長(zhǎng)2 152 m。隧洞施工采用全斷面開挖的支護(hù)的方式進(jìn)行。具體的施工設(shè)計(jì)方案為：首先打入長(zhǎng)度1 m直徑為20 mm，間距0.30 m，排距0.50 m的系統(tǒng)短錨桿，然后進(jìn)行120 b，間距為1 m工字鋼支撐結(jié)構(gòu)的安裝，其縱向連接采用槽鋼，其規(guī)格為12#，最后進(jìn)行混凝土的噴掛作業(yè)，厚度設(shè)計(jì)為15 cm，標(biāo)號(hào)采用C25。然后，再打長(zhǎng)度5 m直徑為20 mm，間距0.30 m，排距0.50 m的系統(tǒng)長(zhǎng)錨桿。隧洞的二次襯砌為混凝土襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中底板混凝土為C40W8F100，邊墻和拱頂部位為C30W8F100。

2 施工基本情況

在輸水隧洞的襯砌工程施工過(guò)程中，生產(chǎn)營(yíng)地對(duì)面的3 km的場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置了一個(gè)HZ90混凝土攪拌站，攪拌站的設(shè)計(jì)攪拌能力和實(shí)際攪拌能力分別為每小時(shí)90 m3和55 m3，完全可以滿足施工需求。拌和好的混凝土利用9 m3的攪拌車沿施工道路進(jìn)行運(yùn)輸，從攪拌站到施工現(xiàn)場(chǎng)大約需要30 min。隧洞的底板和邊墻利用天泵進(jìn)行混凝土的澆筑，在澆筑過(guò)程中的底板和邊墻分別利用φ100振搗棒和φ70軟軸式振搗器進(jìn)行振搗，在初振完成之后30 min，再利用φ20式振搗器沿著模邊進(jìn)行復(fù)振。在混凝土澆筑完成之后的24 h開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d。

3 襯砌裂縫調(diào)查與原因分析

3.1 襯砌裂縫調(diào)查

引水隧洞的襯砌施工始于2018年6月6日，至8月6日共計(jì)完成澆筑施工16倉(cāng)，192 m，在襯砌混凝土施工養(yǎng)護(hù)期間，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次質(zhì)量巡檢，并發(fā)現(xiàn)大部分倉(cāng)號(hào)的襯砌均出現(xiàn)數(shù)量不等的裂縫，在襯砌的底板和邊墻部位均有分布，其寬度大都在0.05～0.20 mm之間，通過(guò)工程現(xiàn)場(chǎng)的抽樣鑿槽檢測(cè)，裂縫的深度不大，一般都在5 cm以內(nèi)。根據(jù)《水工混凝土澆筑物缺陷檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)規(guī)程》(DLT5251-2010)的分類標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的裂縫主要是龜裂和細(xì)微裂縫，也就是A類裂縫；還有少量的表面或淺層裂縫以及深層裂縫等B類和C類裂縫，沒有發(fā)現(xiàn)貫穿性D類裂縫。具體調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 裂縫調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

3.2 襯砌混凝土溫控情況

由于襯砌混凝土澆筑時(shí)正處于施工地區(qū)的高溫季節(jié)，為了滿足溫控設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，在混凝土的攪拌和施工過(guò)程中采取了一定的溫控措施，特別是盡量選擇夜間施工作業(yè)，如果需要在日間施工作業(yè)，則采取加冰攪拌的方式控制混凝土溫度。另一方面，為了控制澆筑完成后混凝土內(nèi)部水化熱造成的溫升，在混凝土內(nèi)部設(shè)置了冷卻水管，以便降低混凝土溫度裂縫發(fā)生的幾率。根據(jù)施工中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)獲取如表2所示的砂石骨料的溫度和表3所示的發(fā)現(xiàn)裂縫倉(cāng)面的溫度參數(shù)。

表2 砂石骨料溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表(單位：℃)

表3 發(fā)現(xiàn)裂縫倉(cāng)面的溫度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表(單位：℃)

3.3 裂縫原因的初步分析

結(jié)合混凝土裂縫的常見成因以及工程實(shí)際，對(duì)工程襯砌混凝土出現(xiàn)的裂縫原因進(jìn)行初步分析，主要有以下幾個(gè)方面：一是襯砌施工中選用的高強(qiáng)抗沖耐磨混凝土，這種混凝土具有明顯的干縮性，容易誘發(fā)襯砌裂縫。二是襯砌混凝土在施工之后的24 h左右達(dá)到內(nèi)部溫度的最大值，之后由于溫控措施的使用，后期溫度下降幅度過(guò)大，1 d之內(nèi)的最高溫度下降了10～18℃，這一降幅淵源超過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由于在強(qiáng)度較低的階段發(fā)生了較大幅度的降溫，不利于溫度裂縫的控制。三是按照相關(guān)施工規(guī)范的要求，混凝土內(nèi)部的最高溫度容許值為37℃，但是根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，混凝土內(nèi)部溫度的最高值遠(yuǎn)超這一標(biāo)準(zhǔn)，與外界溫度的溫差達(dá)到20℃以上，接近設(shè)計(jì)要求的極限，不利于溫度裂縫的控制。因此，做好施工過(guò)程中的溫度控制工作，是預(yù)防襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的根本途徑。

4 裂縫的處理

4.1 修補(bǔ)原則

根據(jù)調(diào)查結(jié)果可以看出，輸水隧洞初襯混凝土雖然存在明顯的額裂縫，但是大多數(shù)裂縫為不需要處理的A類裂縫，對(duì)于B類和C類裂縫，則需要采取一定的處理措施。其中，B類裂縫的處理措施是表面修補(bǔ)封閉，C類裂縫的處理措施是進(jìn)行內(nèi)部化學(xué)灌漿加上表面修補(bǔ)封閉處理。

4.2 灌漿材料

對(duì)于C類裂縫需要進(jìn)行化學(xué)灌漿，灌漿材料采用LW、HW水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料，這是一種快速高效的防滲補(bǔ)強(qiáng)加固灌漿材料，已經(jīng)在諸多水利工程中得到了廣泛的使用，其部分性能如表4所示。

表4 水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料主要性能表

4.3 工藝流程

裂縫修補(bǔ)的工藝流程如圖1所示。首先，需要利用磨縫和洗縫的方式處理好需要修補(bǔ)的襯砌混凝土表面，為修補(bǔ)工作做好保障；沿裂縫的兩側(cè)5 cm布置A14斜孔，孔距為30 cm，鉆孔的角度要<45°，深度要保證穿過(guò)裂縫，但是不能打穿結(jié)構(gòu)；在鉆好的孔內(nèi)安裝灌漿嘴，并使用六角扳手緊固，保證不漏水；完成上述環(huán)節(jié)之后，再使用快干水泥對(duì)裂縫的表面進(jìn)行封閉，保證在下一步的灌漿過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象；灌漿過(guò)程則采用電動(dòng)灌漿機(jī)進(jìn)行，灌漿壓力根據(jù)實(shí)際情況選擇0.30～0.50 MPa，在灌漿過(guò)程中，如果已經(jīng)連續(xù)5 min不進(jìn)漿，即可結(jié)束灌漿；在灌漿結(jié)束之后拆掉灌漿嘴，再用HK-EQ環(huán)氧膠泥封閉灌漿孔；待漿液固化之后，去除襯砌表面的灌漿漿液，并在裂縫的表面涂刷一道HK-966增厚環(huán)氧涂料，寬度掌握在5～10 cm。

圖1 化學(xué)灌漿修補(bǔ)工藝流程示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

混凝土裂縫是長(zhǎng)期困擾水利工程界的重要技術(shù)問(wèn)題，特別是在引水隧洞施工工程中，襯砌裂縫會(huì)對(duì)工程質(zhì)量以及安全穩(wěn)定運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的影響。雖然襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因較多，但是溫度裂縫仍舊是其中最常見的類型和誘因。此次研究以具體工程為例，研究了襯砌混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因，并結(jié)合工程實(shí)際提出了具體的修補(bǔ)技術(shù)措施，對(duì)類似工程施工具有一定的借鑒意義。但是，混凝土裂縫產(chǎn)生的原因較多，需要結(jié)合不同工程所處的地理環(huán)境進(jìn)行具體的探索和總結(jié)，才能更有效地預(yù)防輸水隧洞襯砌裂縫，保證工程本身的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。