水利工程論文-襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及處理方法.doc

水利工程論文-襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及處理方法摘要：地下輸水隧洞分有壓隧洞和無(wú)壓隧洞，當(dāng)隧洞襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫后，常拌有滲水現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重破壞混凝土結(jié)構(gòu)的安全，裂縫產(chǎn)生的原因、防治及處理的方法直接關(guān)系到隧洞的使用壽命。關(guān)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(guó)水利水電工程建設(shè)中常有的施工項(xiàng)目，但隧洞襯砌混凝土產(chǎn)生的裂縫不僅會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)，影響隧洞的使用壽命，處理時(shí)費(fèi)工費(fèi)時(shí)增加成本，增加工期，所以如何判斷裂縫產(chǎn)生的原因并采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▽?duì)于此類項(xiàng)目有重要意義。一、概述汾河一庫(kù)至汾河二庫(kù)一號(hào)二號(hào)洞位于山西省古交市西北36公里處，總長(zhǎng)2360m，為有壓輸水遂洞，設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面為圓形，直徑D=4.20m，砼襯砌厚度40cm，襯砌后洞徑3.80m，由于施工需要，隧洞開(kāi)挖時(shí)斷面形成馬蹄形，并設(shè)置了間距為100m的倒車洞。隧洞地質(zhì)條件良好：多為白云巖白云質(zhì)灰?guī)r屬于II、III類圍巖，無(wú)重大地質(zhì)構(gòu)造，地下水不發(fā)育。砼澆筑前清基發(fā)現(xiàn)，隧洞底部?jī)蓚?cè)和頂拱局部超挖嚴(yán)重，平均為25cm最大處為80cm。設(shè)計(jì)砼澆筑段為12m，施工時(shí)采用液壓式針梁模板全斷面一次襯砌，設(shè)計(jì)環(huán)向鋼筋為22，縱向分布鋼筋12，砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C20W6F50，采用二級(jí)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(jiàn)附表一。二、裂縫的調(diào)查及分布狀況2#洞開(kāi)挖結(jié)束后，于九九年七月二十四日澆筑第一段砼，以后平均3天完成一段砼澆筑，工期經(jīng)歷春、夏、秋、冬四季，后發(fā)現(xiàn)砼產(chǎn)生裂縫，表現(xiàn)為：有很強(qiáng)規(guī)律性，一般在澆筑段中部，春秋季澆筑的砼多為一側(cè)呈環(huán)向（或兩側(cè)腰線以下），夏季裂縫多為一環(huán)（橫向一周），且多為砼澆筑后5-7天左右產(chǎn)生,裂縫分滲水和干縫(不滲水)兩種。裂縫調(diào)查及分布情況見(jiàn)附表二。三、裂縫產(chǎn)生的原因分析1.砼的配合比的選擇施工所用的配合比是經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)后取得的，水泥摻量為280-330kg/m3之間，符合泵送砼要求，施工中使用的大同普硅525#水泥從多年的使用和檢測(cè)結(jié)果看，該廠家水泥的強(qiáng)度、安定性等方面是穩(wěn)定和良好的。已澆完砼共取樣312組，檢測(cè)結(jié)果為全部合格，平均強(qiáng)度為31Mpa，在現(xiàn)場(chǎng)及有關(guān)單位進(jìn)行的回彈儀無(wú)損檢測(cè)結(jié)果也是理想的，強(qiáng)度為32-33MPa。另外，分析砼裂縫形狀、規(guī)律和水泥摻量大的所產(chǎn)生的裂縫形狀、尺寸、規(guī)律也不相符，可以判斷：裂縫的產(chǎn)生與配合比無(wú)直接關(guān)系。2.砼的澆筑方式在施工中，4#洞的全斷面砼襯砌是由2#拌合站供料的，砼攪拌車運(yùn)料，運(yùn)距0.5km，到現(xiàn)場(chǎng)后，由砼泵輸送進(jìn)倉(cāng)號(hào)，（每塊間隔3天左右），施工中每個(gè)澆筑段施工縫均設(shè)橡膠止水和鋪設(shè)復(fù)合型泡沬板，從澆筑方式和間隔時(shí)間對(duì)照裂縫進(jìn)行分析認(rèn)為：砼的澆筑方式于裂縫沒(méi)有直接影響的關(guān)系。3.地下洞室的基本恒溫對(duì)施工有利洞內(nèi)溫度除受季節(jié)產(chǎn)生的緩慢變化影響外，一定時(shí)段內(nèi)基本處于恒溫狀態(tài)，從澆筑時(shí)溫測(cè)結(jié)果看，5-9月份洞內(nèi)溫度基本在12-18之間，到了10月份也多穩(wěn)定在8-10之間，洞內(nèi)溫度無(wú)驟降變化，8月份洞內(nèi)日溫溫差也較小，洞內(nèi)基本穩(wěn)定的溫度對(duì)砼的施工是有利的。溫度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)附表三。4.砼養(yǎng)生的條件良好每一澆筑段的砼澆筑完后，均采取在已澆塊下游部位用渣袋攔小壩截水，利用水泵抽水直接噴撒在砼表面上養(yǎng)護(hù)，水流循環(huán)利用。養(yǎng)護(hù)水為洞內(nèi)水，溫度經(jīng)測(cè)定與氣溫相近，每班均設(shè)專人養(yǎng)護(hù)，所有這些有利條件構(gòu)成了對(duì)砼的良好養(yǎng)護(hù)。5.良好的地質(zhì)條件不會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生所有澆筑段圍巖堅(jiān)硬完整，巖型均一，構(gòu)造簡(jiǎn)單，除兩處有小斷層外，并無(wú)大的特殊地質(zhì)構(gòu)造，洞內(nèi)地質(zhì)變形也趨穩(wěn)定，且?guī)r質(zhì)層濕度與洞內(nèi)濕度趨向一致，分析判斷，上述良好的地質(zhì)條件不會(huì)導(dǎo)致砼產(chǎn)生裂縫。6.骨料成分不會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生人工骨料是采用二級(jí)站開(kāi)挖巖石經(jīng)破碎生產(chǎn)的，因二級(jí)站巖石基本上為巖，含有的能與水泥活性物質(zhì)引起堿性反應(yīng)的成分較少，砂采用天然河砂，內(nèi)含少量石英、長(zhǎng)石等也不會(huì)與水泥發(fā)生較嚴(yán)重的堿反應(yīng)以致形成裂縫。7.澆筑溫度、超挖、分段長(zhǎng)及配筋相對(duì)較少的綜合作用是導(dǎo)致砼裂縫產(chǎn)生的主要原因（1）從表二中可見(jiàn)，出現(xiàn)裂縫多的季節(jié)是在夏季6-7月份。骨料經(jīng)過(guò)水噴淋降溫，溫度一般在17-22之間，最高溫度24，水泥儲(chǔ)存在庫(kù)內(nèi)，溫度一般18-35之間，砼出機(jī)溫度在21-29之間，倉(cāng)面砼溫度一般為21-29，根據(jù)當(dāng)時(shí)的施工情況和有關(guān)規(guī)范，對(duì)澆筑塊溫度應(yīng)力進(jìn)行過(guò)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明砼塊體所受的溫度應(yīng)力處于臨界狀態(tài)，應(yīng)是導(dǎo)致砼裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。（2）從開(kāi)挖斷面圖看，設(shè)計(jì)砼襯砌厚度40cm，但實(shí)際挖深尺寸在底拱兩側(cè)角最深達(dá)1.2m，頂拱最深達(dá)85cm左右，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)45cm，對(duì)照超挖數(shù)據(jù)看，超挖多的部位，產(chǎn)生的裂縫機(jī)率比較高。（3）因?yàn)閷?shí)際超挖后，原設(shè)計(jì)的雙層筋是針對(duì)40cm后砼的，但實(shí)際情況是，雙層筋后有約40cm后的砼內(nèi)無(wú)筋，當(dāng)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，無(wú)鋼筋受力，對(duì)裂縫產(chǎn)生有很大的關(guān)系。（4）原設(shè)計(jì)40cm砼厚度澆筑分塊長(zhǎng)度12m現(xiàn)澆筑厚度改變，長(zhǎng)寬比等應(yīng)力分布也有所改變。原12m塊的長(zhǎng)度對(duì)于90cm厚度的砼明顯欠妥。實(shí)際檢查中，也發(fā)現(xiàn)大多裂縫是產(chǎn)生在每塊砼的中間部位，這也說(shuō)明了，砼厚度改變后，澆筑段的長(zhǎng)度比不適當(dāng)，與裂縫產(chǎn)生也有一定關(guān)系。四、裂縫的預(yù)防與處理通過(guò)上述分析，我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，隧洞砼襯砌不單要考慮巖石突出或夾角部位對(duì)裂縫產(chǎn)生的影響，而且還應(yīng)注意，雖無(wú)大的“坑塘”存在，但普遍的大面積的超挖對(duì)改變砼內(nèi)部應(yīng)力帶來(lái)的不利影響也不可忽視。1.裂縫預(yù)防措施（1）減小施工分塊長(zhǎng)度，建議施工長(zhǎng)度取8-10m。（2）對(duì)于底拱砼，如超挖大于設(shè)計(jì)值10cm以上部位，應(yīng)采取澆筑基礎(chǔ)墊層，再澆筑洞體的施工方法，對(duì)于邊頂超挖段較大部位，則建議設(shè)計(jì)增加鋼筋用量或其它方法解決。（3）施工中加強(qiáng)骨料的降溫工作，根據(jù)骨料含水調(diào)整配合比，并盡可能降低砼出機(jī)和入倉(cāng)溫度。（4）減少砼水平和垂直運(yùn)輸中的砼中灰漿的流失，以防出機(jī)口和倉(cāng)內(nèi)砼坍落度和配比的變化。（5）施工中還需加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保證砼配制準(zhǔn)確及振搗的密實(shí)性，防止其它類型的裂縫產(chǎn)生。（6）在高溫季節(jié)調(diào)整砼配和比，摻入粉煤灰。2.裂縫處理方法：根據(jù)裂縫的狀況和發(fā)展趨勢(shì)，下步處理應(yīng)安排在澆筑結(jié)束20天后進(jìn)行，分兩步進(jìn)行：進(jìn)行砼澆筑后的回填灌漿和固結(jié)灌漿，對(duì)灌完漿后仍有滲水的縫采用化學(xué)灌漿。回填灌漿和固結(jié)灌漿施工方法這里不在敘述?；瘜W(xué)灌漿方案如下：a.環(huán)向裂縫灌漿施工環(huán)向裂縫也是有規(guī)則的裂縫，而且裂縫寬度較小。針對(duì)這種情況，采用深孔、淺孔相結(jié)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(wú)水的情況下灌入環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料,鉆孔間距1.01.5米，孔徑20。b.灌漿施工程序前期準(zhǔn)備裂縫調(diào)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(xiàn)場(chǎng)清理驗(yàn)收c.灌漿施工方法在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和裂縫進(jìn)行了詳盡的調(diào)查準(zhǔn)備工作后，現(xiàn)場(chǎng)施工開(kāi)始。在選好孔位后，開(kāi)始鉆孔，鉆孔時(shí)必須定位開(kāi)孔，準(zhǔn)確控制進(jìn)孔方向，確保孔縫相交，達(dá)到預(yù)期灌漿效果。灌漿塞采用根據(jù)膨脹螺栓的原理制成的專用灌漿塞。由于漿液的固化時(shí)間可以調(diào)整，因此不同的裂縫、不同的灌漿時(shí)段，采用不同的配比。配漿時(shí)要求稱量準(zhǔn)確，攪拌均勻，不能漏加或錯(cuò)加任一組份，以“少配、勤配”為原則，既避免了材料的浪費(fèi)，同時(shí)也適應(yīng)了環(huán)保要求。灌漿時(shí)選用的輕化灌泵和德國(guó)瓦格納公司生產(chǎn)的電動(dòng)隔膜泵。兩者各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。輕型化灌漿泵設(shè)計(jì)灌漿壓力和進(jìn)漿量較??；電動(dòng)隔膜灌漿壓力高，并且配有無(wú)級(jí)調(diào)速裝置，能夠很好的控制進(jìn)漿量?，F(xiàn)場(chǎng)灌漿時(shí)根據(jù)不同的裂縫和灌漿壓力要求采用相應(yīng)的灌漿設(shè)備。表1技術(shù)參數(shù)馬達(dá)功率重量（Kg）電壓（V）進(jìn)漿量（L/min）最大壓力類型（KW）（Mpa）電動(dòng)隔膜1.4538.5230v/50HZ2.825輕型化灌泵7.01.01灌漿結(jié)束后，及時(shí)清理裂縫表面殘留漿液，保持現(xiàn)場(chǎng)清潔。漿液固化后，采用Sikadur731涂抹縫面，并用磨光機(jī)修面。d.灌漿材料環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料環(huán)氧樹(shù)脂系列灌漿材料粘度小，固化時(shí)間可以調(diào)整，適合于開(kāi)度較小，滲水不太嚴(yán)重的環(huán)向裂縫的灌漿施工，而且環(huán)氧樹(shù)脂材料強(qiáng)度較高，在堵漏的同時(shí)也起到了補(bǔ)強(qiáng)和抗沖刷的作用，是一種理想的灌漿材料，在室溫下其各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。表2初始粘度(mpa.s)比重PH值純漿硬化物強(qiáng)度（Mpa）漿液粘強(qiáng)度（Mpa）固砂體動(dòng)彈?？箟嚎估煽p濕縫固砂體動(dòng)彈模屈服破壞1.0*1.035630708010012.514.81.91.71.62.5注:*漿液粘度隨不同的配比而變化YN聚氨酯堵漏劑YN聚氨酯堵漏劑粘度較大，以水為固化劑，遇水后在幾十秒內(nèi)迅速與水反應(yīng)，后成一種彈性體，短時(shí)間內(nèi)即可止水，適用于漏水較大的環(huán)向