花壩子二級電站隧洞襯砌混凝土裂縫成因及其對策

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1、花壩子二級電站概況
    花壩子二級電站位于云南省文山州與紅河州交界的那么果河河段上。電站廠址位于馬關縣八寨鎮(zhèn)毛草寨村上游約1.0km處，地理坐標為東經(jīng)103°57′08″，北緯23°00′50″。工程區(qū)距馬關縣浪橋鄉(xiāng)31.0km，距馬關縣八寨鎮(zhèn)44.0km，距馬關縣城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)村四級公路與馬關縣國營健康農(nóng)場和浪橋鄉(xiāng)相通，交通極為便利。
    花壩子二級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，但二級電站攔河壩距一級電站廠址僅2.4km，一級電站有調(diào)節(jié)庫容6204萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫。因此一級電站水庫實際上對二級電站進行了年調(diào)節(jié)。攔河壩設計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21.4m，相應庫水位547.0m。電站設計發(fā)電水頭44.0m，裝機容量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
    花壩子二級電站引水隧洞總長1712.4m，為城門洞型無壓隧洞，開挖斷面面積32.9m2，過水斷面面積24.5m2，隧洞設計底坡1/1000，設計引水流量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)構造主要為F31斷層，斷層于隧洞進口段穿過，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較好，圍巖主要屬穩(wěn)定性差Ⅲ類圍巖，局部洞段可達基本穩(wěn)定Ⅱ類圍巖。
    隧洞出口標段（1+712~1+200段）于2005年7月12日開始斷面開挖，由于工程區(qū)處于雨季多發(fā)時節(jié)，降雨頻繁，再加之受地質(zhì)條件影響，塌方嚴重，到7月底施工方仍未進入正常施工階段。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挖（1+703.5~ 1+693.5段）的辦法進行施工。為了減少投資，與季節(jié)性降雨搶時間，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計院的設計，改由業(yè)主自行設計對該段隧洞進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)主方的強烈要求下于9月6日開始對該段隧洞頂部進行土方回填。經(jīng)觀察，回填后不到一個星期，隧洞起拱位置邊緣和拱頂開始出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫大小共計10余條，平均裂縫寬度5~7mm。到目前為至，尚未就裂縫進行任何處理，隧洞周圍也未出現(xiàn)新的裂縫，隧洞工程現(xiàn)在按超前支護方法繼續(xù)進行施工。
    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。本人作為當時工程的設計人員和現(xiàn)場施工技術負責人，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 設計原因
    因為設計中隧洞的拱圈采用的是半圓拱，混凝土等級采用C20混凝土，分析認為是設計結(jié)構中的斷面突變而產(chǎn)生的應力集中造成構件裂縫的和混凝土等級過高造成的裂縫可能性均不大。故認為：
    1.在設計中隧洞拱頂構造鋼筋配置過少或過粗（8#槽鋼）等引起構件裂縫。
    2．在設計中未充分考慮混凝土構件在摻外加劑情況下的收縮變形。
    3.2材料原因
    1．粗細集料：因施工場地狹窄，砂石料場沒有進行全面清理，加之在雨季施工，并且砂石料均用裝載機進行上料，致使砂石料含泥量過大，加之由于砂料加工期間，設備運轉(zhuǎn)不正常，加工的集料顆粒級配不良，在混凝土施工過程中采用了不恰當?shù)拈g斷級配，造成混凝土收縮的增大，誘導了裂縫的產(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，采用了炭泥質(zhì)灰?guī)r作料場，使得加工出來的碎石塊徑級配不均勻，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速凝劑，由于市場缺貨，到了邊墻上部和拱頂澆筑時改用了（氯化鈣），在混凝土攪拌過程中，由于施工員未嚴格過磅，使得早強劑摻量不當（不均勻），嚴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有嚴格按設計要求使用國標8#熱軋槽鋼，而使用了不符合國標的8#廢舊槽鋼（厚度不符合國標要求），抗拉強度不夠，過早疲勞，也是造成混凝土出現(xiàn)裂縫的原因。
    3.3混凝土配合比設計原因
    因為施工中業(yè)主提供的配合比沒有做過配合比實驗，是從有關混凝土配合比設計手冊中隨機查抄的，并且在施工過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，但是施工過程中，業(yè)主過分強調(diào)水泥的用量。使得混凝土單方水泥用量較大、用水量過高，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，配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差，導致混凝土離淅、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)場養(yǎng)護原因
    1．現(xiàn)場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均影響了混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產(chǎn)生。
    2．大體積混凝土澆注，對水化計算不準、現(xiàn)場混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫