永寧河四級電站引水隧洞襯砌裂縫的預(yù)防與處理

謝和平，李本華，魏軍紅

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川雙流，610066)

1 工程概況

永寧河四級電站位于鹽源縣長柏鄉(xiāng)境內(nèi)的永寧河段上，廠房距鹽源縣城90km，距西昌市241km。電站裝機(jī)容量4.0萬kW，最大壩高13m，由進(jìn)水樞紐(攔河閘壩)、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房和升壓站等主要建筑物組成。

引水隧洞總長8007m，隧洞樁號0+000m～2+870m段，襯砌過水?dāng)嗝鏋?.4×3m的城門洞型;隧洞樁號2+870m～7+075m段，襯砌過水?dāng)嗝鏋?.8×3m的城門洞型;隧洞樁號7+075m～8+007m段，襯砌過水?dāng)嗝鏋?.0m的圓形。隧洞混凝土襯砌標(biāo)號為C25鋼筋混凝土，分倉長度L=12m。城門洞段Ⅱ、Ⅲ類圍巖襯砌厚度30cm，Ⅳ類圍巖襯砌厚度40cm，Ⅴ類圍巖襯砌厚度50cm;圓形洞段Ⅱ類圍巖襯砌厚度50cm、Ⅲ類圍巖襯砌厚度60cm，Ⅳ類圍巖襯砌厚度70cm，Ⅴ類圍巖襯砌厚度80cm。

2 隧洞邊頂拱混凝土裂縫情況

2010年4月29日至2010年5月10日，引水隧洞2#主洞城門洞段邊頂拱混凝土開始澆筑，在樁號0+850.7～0+910.7m段共5個倉位澆筑完成約7天左右，邊頂拱混凝土在每個倉位的中部位置出現(xiàn)全斷面貫穿裂縫或部分部位貫穿裂縫。具體見圖1、表1。

表1 裂縫情況統(tǒng)計

3 邊頂拱裂縫原因分析

3.1 實際襯砌厚度的影響

樁號0+850.7m～0+910.7m段開挖圍巖類別為Ⅲ類，設(shè)計C25混凝土襯砌厚度為30cm。根據(jù)測量的實際開挖斷面顯示均有50～80cm不等的超挖，實際襯砌厚度80～110cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計的30cm厚的混凝土。實際襯砌厚度過厚而分倉長度仍按原設(shè)計的12m進(jìn)行分倉，造成水化熱過高，混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力過大，產(chǎn)生較大的伸縮變形將混凝土拉裂。

3.2 砂石骨料質(zhì)量的影響

本工程砂石骨料均為工程區(qū)附近的甲米河和永寧河河段內(nèi)的天然河沙和卵石，卵石為連續(xù)級配骨料。通過表2、表3的檢測結(jié)果中的數(shù)據(jù)反映，粗細(xì)骨料的含泥量均未超標(biāo)，但是已經(jīng)接近規(guī)定上限;骨料的含泥量偏大，影響混凝土強(qiáng)度，在較大的溫度應(yīng)力下混凝土被拉裂。

表2 細(xì)骨料檢測結(jié)果

表3 粗骨料檢測結(jié)果

3.3 水泥用量的影響

水泥采用攀枝花P0.42.5水泥，水泥強(qiáng)度、安定性等方面穩(wěn)定、良好，但由于澆筑時該水泥剛進(jìn)場，施工采用的配合比為臨時配合比，水泥摻量為409kg/m3，水泥用量較大，也造成混凝土水化熱較高，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

4 裂縫部位的處理

當(dāng)樁號0+850.7m～0+910.7m段裂縫出現(xiàn)后，安排專人每天對裂縫情況進(jìn)行觀測，經(jīng)過將近半個月的觀測，裂縫已穩(wěn)定未進(jìn)一步發(fā)展。針對裂縫情況采取如下措施進(jìn)行處理。

4.1 鑿出梯型槽

邊頂拱混凝土的裂縫深度在0.1～0.3cm，對于出現(xiàn)裂縫的部位進(jìn)行鑿除，鑿成梯型，再用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。

裂縫鑿除采用人工使用風(fēng)鎬進(jìn)行作業(yè)，鑿成梯型，使迎水面為梯型的上底，以有利于抗沖刷。具體見圖2。

圖2 梯型槽示意

4.2 裂縫修補(bǔ)

4.2.1 環(huán)氧砂漿的配比

將鑿好的梯型槽清理干凈，并用水沖洗，讓鑿出的混凝土保持水飽和狀態(tài)，再支立模板用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。環(huán)氧砂漿的配合比見表4。

表4 環(huán)氧砂漿配合比

4.2.2 環(huán)氧砂漿的拌制

(1)將環(huán)氧樹脂與固化劑、稀釋劑、增塑劑按比例配合配制環(huán)氧樹脂膠液(亦稱環(huán)氧基液)。配制時應(yīng)先將環(huán)氧樹脂放在鐵鍋中，在爐上熱至50～60℃時，隔鍋冷卻至30～35℃，再依次將增塑劑、稀釋劑、固化劑注入，充分?jǐn)嚢杈鶆颍渲瞥森h(huán)氧樹脂基液。

(2)將粗細(xì)填料砂和水泥稱好，并拌和至顏色一致，然后將環(huán)氧基液倒入再均勻拌和，直至每顆填料都包有環(huán)氧基液為止，即成環(huán)氧砂漿，其溫度應(yīng)在40℃左右。若氣溫過低，可將水泥和砂預(yù)熱到30℃再進(jìn)行拌和。

所用砂料必須干凈、干燥。

4.2.3 環(huán)氧砂漿施工注意事項

(1)拌制成的環(huán)氧砂漿應(yīng)平攤堆放，勿存桶或成堆放置，以免環(huán)氧砂漿內(nèi)部溫度不易散發(fā)，大大加速環(huán)氧固化造成施工困難。

(2)環(huán)氧樹脂材料每次配制數(shù)量，應(yīng)根據(jù)施工能力來確定，一般不要超過10kg，并盡可能做到隨配隨用，使用時間應(yīng)該控制在1～2h以內(nèi)。

(3)環(huán)氧砂漿養(yǎng)護(hù)溫度一般以20±5℃為宜，養(yǎng)護(hù)時間一般為3天。

采用環(huán)氧砂漿處理后，在裂縫部位的上游和下游側(cè)分別進(jìn)行加密固結(jié)灌漿，經(jīng)壓水試驗檢查，效果良好。

5 預(yù)防邊頂拱裂縫的措施

通過對混凝土開裂原因的分析，在后續(xù)施工中有針對性地采取了如下措施預(yù)防。

5.1 縮短混凝土超填較大部位倉位

在混凝土超填較大部位，為了避免因分倉長度過長，混凝土溫度應(yīng)力過高，將分倉長度縮短為6～8m。

5.2 砂石骨料含泥量的控制

嚴(yán)格控制進(jìn)場砂石骨料的含泥量，對每批骨料進(jìn)行檢測，對含泥量超標(biāo)的骨料進(jìn)行二次沖洗，沖洗完后再次檢測，直至達(dá)到要求為止。

5.3 調(diào)整混凝土配合比

為了減少水化熱和降低成本，采用摻粉煤灰的混凝土配合比。調(diào)整后的配合比見表5。

表5 調(diào)整后配比

6 結(jié)語

永寧河四級電站采取上述措施后，效果較好，目前已完成引水隧洞3200余m的混凝土澆筑，澆筑后未再出現(xiàn)裂縫，采取的預(yù)防措施取得了滿意的效果。

〔1〕水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊(第二卷).北京:水利電力出版社，1990.