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有限責任公司長沙市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有限責任公司長沙市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生不同類型的裂縫缺陷。文章根據混凝土施工過程、裂縫的特征參數及結構特定，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，距江華縣城13 km，是流域規劃中的第一個梯級。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#泄洪洞聯合泄洪的泄洪方案，1#泄洪洞圍巖大多呈微～新鮮狀態，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，隧洞對應最大埋深194 m。

關于混凝土的裂縫成因研究眾多，但關于混凝土的裂縫成因或機理，目前并未形成統一認識[1～3]。涔天河水庫擴建工程隧洞數量多，包括導流洞、泄洪洞、發電引水洞、灌溉洞、放空洞、交通洞及灌漿平洞等，隧洞通過地段地質條件復雜多變，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，縫長由鋼卷尺測得，對1#、2#泄洪洞主要裂縫特征參數如表1。

表1 主要裂縫特參數

2.2 裂縫產生的原因分析

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

圖1 RFPA2D模擬壓應力和拉應力條件混凝土裂紋開裂演化過程

引水洞混凝土裂縫產生原因包括環境、圍巖、混凝土、施工和結構等多方面的原因，但總可以通過應力效應來分析，混凝土內部缺陷部位應力集中有受拉應力效應和應力效應。混凝土抗拉強度遠低于抗壓強度，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，拉應力效應可能是洞室開挖襯砌混凝土裂縫產生的主要原因。通過對1#、2#泄洪洞主要裂縫分布、混凝土澆筑過程，結合結構及環境分析，初步分析裂縫造成原因如表2。

表2 裂縫造成原因統計

2#泄洪洞洞身下平段由于圍巖約束力影響，產生壓應力效應，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，目前樹脂灌漿法應用最普遍[4]。鑒于泄洪洞有防滲抗沖蝕要求，采用化學灌漿的方式對裂縫混凝土進行防滲、補強。根據以往工程經驗和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就是其中最有效的混凝土裂縫處理施工技術之一[5]），提高混凝土的防腐、防水、耐磨能力；Ⅲ類裂縫采用化學灌漿（NE-Ⅳ低黏度環氧樹脂）處理，化學注漿優勢是可灌性差、膨脹性較好，凝固時間可控；Ⅳ類裂縫先對裂縫內部進行環氧樹脂灌漿補強處理，再對裂縫表面環氧膠泥封閉，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

現場監測結果表明，處理效果很好，尤其是滲水部位，處理后無滲水出現，達到設計的要求。尤其是2#泄洪洞導流洞結合段，經近兩年導流通水后，裂縫檢查仍無出現裂縫擴展和滲漏現象。

4 結論

（1）根據混凝土施工過程、裂縫的特征參數及結構特定，分析形成裂縫的原因，總結了裂縫分類。

（2）根據裂縫形成的原因，總結裂縫分類，研究裂縫演化的力學機制，研究表明裂縫形成的根本原因位（內外部）引起的應力效應引起的混凝土內部缺陷進一步擴展。

（3）針對不同裂縫類型，提出處理方案，經分析，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力研究[J].水力發電學報，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，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用與研究[J].長江科學院院報，2010，27（9）：70-73.

[5]酈能惠.高混凝土面板堆石壩新技術[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與管理工作。