花壩子二級(jí)電站隧洞襯砌混凝土裂縫成因及其對(duì)策

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1、花壩子二級(jí)電站概況
    花壩子二級(jí)電站位于云南省文山州與紅河州交界的那么果河河段上。電站廠址位于馬關(guān)縣八寨鎮(zhèn)毛草寨村上游約1.0km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°57′08″，北緯23°00′50″。工程區(qū)距馬關(guān)縣浪橋鄉(xiāng)31.0km，距馬關(guān)縣八寨鎮(zhèn)44.0km，距馬關(guān)縣城73.0km，距州府所在地文山92.0km，距昆明412.0km。廠區(qū)和壩址區(qū)有鄉(xiāng)村四級(jí)公路與馬關(guān)縣國(guó)營(yíng)健康農(nóng)場(chǎng)和浪橋鄉(xiāng)相通，交通極為便利。
    花壩子二級(jí)電站壩址多年平均流量19.7 m3/s，采用攔河壩取水，本電站不具備調(diào)節(jié)能力，但二級(jí)電站攔河壩距一級(jí)電站廠址僅2.4km，一級(jí)電站有調(diào)節(jié)庫(kù)容6204萬(wàn)m3，為年調(diào)節(jié)水庫(kù)。因此一級(jí)電站水庫(kù)實(shí)際上對(duì)二級(jí)電站進(jìn)行了年調(diào)節(jié)。攔河壩設(shè)計(jì)壩體為漿砌石重力式攔河壩。漿砌石重力壩壩頂高程548.5m，壩頂長(zhǎng)21.4m，相應(yīng)庫(kù)水位547.0m。電站設(shè)計(jì)發(fā)電水頭44.0m，裝機(jī)容量2×8.0MW，主要建筑物有攔河壩、引水隧洞、壓力池、地面廠房等。引水隧洞、主、副廠房及升壓站等均布置于河谷左岸。
    2、引水隧洞工程概況
    花壩子二級(jí)電站引水隧洞總長(zhǎng)1712.4m，為城門(mén)洞型無(wú)壓隧洞，開(kāi)挖斷面面積32.9m2，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e24.5m2，隧洞設(shè)計(jì)底坡1/1000，設(shè)計(jì)引水流量43.3 m3。 隧洞沿線屬溶蝕侵蝕中山地貌和巖溶峽谷地貌；出露地層主要有寒武系上統(tǒng)∈3x、∈3t、∈3b和第四系，寒武系地層巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，局部夾泥質(zhì)粉砂巖，第四系由el+dlQ碎石質(zhì)土、粘土、亞粘土和ColQ塊石、碎石及亞粘土組成；地質(zhì)構(gòu)造主要為F31斷層，斷層于隧洞進(jìn)口段穿過(guò)，斷層附近巖石較為破碎，擠壓褶皺發(fā)育，巖體完整性差；隧洞沿線一帶地下水類型主要為巖溶裂隙水為主。
    隧洞埋深9～150m，隧洞進(jìn)出口段由于受F31斷層影響和巖性的變化，出口段巖性以∈3x頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖為主。圍巖穩(wěn)定性差～不穩(wěn)定，圍巖類別為Ⅳ類。中間段圍巖條件相對(duì)較好，圍巖主要屬穩(wěn)定性差Ⅲ類圍巖，局部洞段可達(dá)基本穩(wěn)定Ⅱ類圍巖。
    隧洞出口標(biāo)段（1+712~1+200段）于2005年7月12日開(kāi)始斷面開(kāi)挖，由于工程區(qū)處于雨季多發(fā)時(shí)節(jié)，降雨頻繁，再加之受地質(zhì)條件影響，塌方嚴(yán)重，到7月底施工方仍未進(jìn)入正常施工階段。8中旬，經(jīng)業(yè)主方和施工方的共同協(xié)商，同意隧洞出口采用局部先襯砌后開(kāi)挖（1+703.5~ 1+693.5段）的辦法進(jìn)行施工。為了減少投資，與季節(jié)性降雨搶時(shí)間，縮短工期，經(jīng)業(yè)主同意，決定不采用文山州水利水電勘察設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)，改由業(yè)主自行設(shè)計(jì)對(duì)該段隧洞進(jìn)行全斷面鋼筋混凝土襯砌，隧洞邊墻混凝土最大厚度120cm，最小厚度45cm，拱頂混凝土厚度45cm。該單元工程于8月24襯砌結(jié)束，并在業(yè)主方的強(qiáng)烈要求下于9月6日開(kāi)始對(duì)該段隧洞頂部進(jìn)行土方回填。經(jīng)觀察，回填后不到一個(gè)星期，隧洞起拱位置邊緣和拱頂開(kāi)始出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫大小共計(jì)10余條，平均裂縫寬度5~7mm。到目前為至，尚未就裂縫進(jìn)行任何處理，隧洞周圍也未出現(xiàn)新的裂縫，隧洞工程現(xiàn)在按超前支護(hù)方法繼續(xù)進(jìn)行施工。
    3、引水隧洞混凝土裂縫成因分析
    裂縫產(chǎn)生的形式和種類很多，要根本解決混凝土中裂縫問(wèn)題，還是需要從混凝土裂縫的形成原因人手。正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效地控制和減少混凝土裂縫產(chǎn)生的最有效的途徑。本人作為當(dāng)時(shí)工程的設(shè)計(jì)人員和現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)負(fù)責(zé)人，現(xiàn)就該工程出現(xiàn)的混凝土裂縫成因做出如下分析：
    3.1 設(shè)計(jì)原因
    因?yàn)樵O(shè)計(jì)中隧洞的拱圈采用的是半圓拱，混凝土等級(jí)采用C20混凝土，分析認(rèn)為是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的斷面突變而產(chǎn)生的應(yīng)力集中造成構(gòu)件裂縫的和混凝土等級(jí)過(guò)高造成的裂縫可能性均不大。故認(rèn)為：
    1.在設(shè)計(jì)中隧洞拱頂構(gòu)造鋼筋配置過(guò)少或過(guò)粗（8#槽鋼）等引起構(gòu)件裂縫。
    2．在設(shè)計(jì)中未充分考慮混凝土構(gòu)件在摻外加劑情況下的收縮變形。
    3.2材料原因
    1．粗細(xì)集料：因施工場(chǎng)地狹窄，砂石料場(chǎng)沒(méi)有進(jìn)行全面清理，加之在雨季施工，并且砂石料均用裝載機(jī)進(jìn)行上料，致使砂石料含泥量過(guò)大，加之由于砂料加工期間，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，加工的集料顆粒級(jí)配不良，在混凝土施工過(guò)程中采用了不恰當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配，造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)了裂縫的產(chǎn)生。
    2．骨料粒徑：由于碎石加工中找不到理想的石灰?guī)r作料場(chǎng)，采用了炭泥質(zhì)灰?guī)r作料場(chǎng)，使得加工出來(lái)的碎石塊徑級(jí)配不均勻，粉塵也較多，針片含量較大，使得混凝土單方用灰量、用水量增多，收縮量增大。
    3．混凝土外加劑：在隧洞邊墻底部施工中混凝土外加劑采用了紅星一號(hào)速凝劑，由于市場(chǎng)缺貨，到了邊墻上部和拱頂澆筑時(shí)改用了（氯化鈣），在混凝土攪拌過(guò)程中，由于施工員未嚴(yán)格過(guò)磅，使得早強(qiáng)劑摻量不當(dāng)（不均勻），嚴(yán)重增加的混凝土不均勻收縮。
    4．鋼材：施工單位在隧洞拱頂施工中沒(méi)有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求使用國(guó)標(biāo)8#熱軋槽鋼，而使用了不符合國(guó)標(biāo)的8#廢舊槽鋼（厚度不符合國(guó)標(biāo)要求），抗拉強(qiáng)度不夠，過(guò)早疲勞，也是造成混凝土出現(xiàn)裂縫的原因。
    3.3混凝土配合比設(shè)計(jì)原因
    因?yàn)槭┕ぶ袠I(yè)主提供的配合比沒(méi)有做過(guò)配合比實(shí)驗(yàn)，是從有關(guān)混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)中隨機(jī)查抄的，并且在施工過(guò)程中總共換了兩種配合比，雖然兩種配合比水灰比出入不大，但是施工過(guò)程中，業(yè)主過(guò)分強(qiáng)調(diào)水泥的用量。使得混凝土單方水泥用量較大、用水量過(guò)高，表現(xiàn)為水泥漿體積較大、坍落度較大，收縮量也隨之增大。另外，配合比設(shè)計(jì)中砂率、水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差，導(dǎo)致混凝土離淅、泌水、保水性不良，也增加了混凝土的收縮值。
    3.4施工及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)原因
    1．現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過(guò)振或振搗棒抽撤過(guò)快，均影響了混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。
    2．大體積混凝土澆注，對(duì)水化計(jì)算不準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高或內(nèi)外溫差過(guò)大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫