水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝问题及处理措施

水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝问题及处理措施

作者：侯娟

来源：《城市建设理论研究》2013年第13期

摘要：隧洞衬砌混凝土裂缝在引水隧洞项目中不可完全避免，因此要及时采取措施进行处理。本文对衬砌混凝土裂缝处理策略进行了引用和阐述，且针对性，对类似问题的提出处理措施。

关键词：引水隧洞混凝土裂缝处理策略

中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号： 前言

混凝土裂缝在隧洞工程中是常见现象，导致混凝土产生裂缝的原因很复杂，必须结合工程实际情况，通过认真分析、检查，找出真正原因后有针对性地采取相应措施去防治裂缝。 一、裂缝的类型 1干缩裂缝

混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失，使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性的，走向没有规律。影响混凝土干缩裂缝的因素主要有：水泥品种、用量及水灰比，骨料的大小和级配，外加剂品种和掺量。 2温度裂缝

水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽，夏季较窄。温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥的品种、用量有关。 3荷载变形裂缝

仰拱和边墙基础的虚碴未清理干净，混凝土浇筑后，基底产生不均匀沉降；模板台车或堵头板没有固定牢固，以及过早脱模，或脱模时混凝土受到较大的外力撞击等都容易产生变形裂缝。荷载变形裂缝在隧道衬砌混凝土病害中占有的比例逐年增大，已经引起了广大工程技术人员的重视。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

4施工缝（接茬缝）

施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间，继续浇筑混凝土时，原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，也没有铺水泥砂浆垫层，就在原混凝土表面浇筑混凝土，致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。

二、衬砌裂缝的产生原因分析 1衬砌裂缝产生的力学原因分析

隧道衬砌本身承受两大类荷载，分别为外荷载和变形荷载，这两类荷载统称为广义荷载。隧道衬砌裂缝的主要成因可以分为以下三种：

（1）由外荷载（静、动荷载）的直接应力引起的裂缝。围岩自重在直接应力占很大部分。

（2）由结构次应力（隧道衬砌局部区域的弯矩和切力，称之为次应力）引起的裂缝。 （3）由变形变化（荷载）引起的裂缝。结构由温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起应力变化，从而导致衬砌结构变形出现裂缝。 2衬砌裂缝产生及扩展的其他原因分析

（1）地质因素。由于受软弱围岩松动压力，大变形岩挤压作用，偏压隧道的不均匀受力等等。这些因素主要是改变了隧道的受力状况，出现应力重分布或局部应力集中、偏压等，导致衬砌结构出现开裂和破坏。

（2）勘察、设计因素。主要是勘察设计单位无法深入的开展地质勘探工作，隧道位置选择不好，穿越的地质条件和环境条件复杂；隧道围岩类别评价及支护结构设计缺乏依据，设计的地质条件与实际偏差较大，结构形式和断面形式不合理，支护结构承载力强度不够，细部处理不当，导致隧道使用年限减少。

（3）施工质量问题。主要是开挖和支护方法不合理，光面爆破不够完善，欠挖未进行处理，超挖未进行回填；支护结构背后存在空洞，隧道基底未清理干净，回填不合要求，衬砌结构未按要求配筋；混凝土强度还未形成，就去掉支撑和模板，使混凝土过早受力，导致衬砌开裂。

（4）环境影响问题。环境影响因素很多，主要表现在以下三个方面：

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

a地下水的侵蚀。地下水的渗流及侵蚀作用，导致混凝土强度降低或开裂、破坏。地下水侵蚀主要有溶出性侵蚀、酸性侵蚀、盐类析晶侵蚀等。

b混凝土的碳化。由于空气中的二氧化碳和混凝土中的一些化学物质发生作用，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，加快钢筋锈蚀；同时碳化还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土结构产生裂缝和破坏。

c混凝土在寒冷气候和地下水的共同作用下，宜引起结构冻融破坏。混凝土内部或外部的水-冰反复交融过程中体积变化，引起混凝土外部压力和内部应力的变化，使混凝土内部出现空隙和微裂隙；当达到产生裂缝

的条件时，混凝土内部孔隙及微裂缝增大、扩展，并互相连通，出现裂缝，严重时混凝土发生剥落或破坏。

三、处理砌混混凝土裂缝的措施 1严格控制原材料的配合技术

通过水电站引水隧洞工程的地质勘察，可以为工程提供一定的理论和实际设计参考：水泥。水泥类浆材主要包括纯水泥浆和水泥黏土浆两大类。它们主要是由水泥、水及各种外加剂组成。水泥可根据工程选用各种性质的水泥，水一般采用生活用水，同时为改善水泥浆的性质，以适应不同的自然条件，掺人各种外加剂，如速凝剂、缓凝剂，引气剂、膨胀剂等。水泥类浆材的优点是能形成强度较大和渗透性较小的结石，防渗效果较好，而且原材料成本低、材源广，没有毒性和环境污染问题；缺点是浆液稳定性差，析水性大，凝结时间长，当地下水流速较大时易受冲刷和稀释。 2严格混凝土施工工艺

当水头大于临界值，衬砌将在薄弱断面开裂，裂缝附近拉应力释放，释放范围以外，应力维持原状，有可能出现第二条裂缝。两条缝中间是拉应力释放区，不增加荷载就不可能在两条缝中间再裂新缝。衬砌开裂后拉应力释放，衬砌要回缩，沿裂缝断面一定深度围岩内将出现附加拉应力，衬砌与围岩接触面将出现附加剪应力，这时可能出现以下三种情况：

（1）接触面上剪应力及基岩中拉应力都未超过极限，围岩仍为完整的弹性体。假定一个裂缝间距为lf，用有限元方法求两裂缝中间断面的环向拉应力，如该拉应力等于混凝土抗拉强度，就有可能在间距为lf 处再出现一条裂缝，实际裂缝间距将在0.5lf 与lf 之间，以限lf 为妥。

（2）接触面上最大剪应力已超过极限值г0，衬砌与围岩将产生塑性滑动使剪应力超向于均匀分布。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

（3）沿裂缝断面围岩的附加拉应力与开裂前应力叠加后大于岩石抗拉强度时，围岩将产生某一深度的裂缝，衬砌拉应力释放区将扩大，裂缝总条数将减少而开度增大。对这种情况需用有限元方法分析。 结束语

随着国民经济的发展，水电这一优质能源建设越来越多，而引水隧道工程所占的比例逐步增大。隧道衬砌施工普遍采用整体式钢模板台车、泵送混凝土施工工艺，但混凝土硬化过程中产生的裂缝不仅影响了美观，还给工程质量留下了隐患。施工中必须采取合理的工程技术措施，控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度。 参考文献

[1] 侯荣丽,于国宝,王吉祥.;;引水隧洞衬砌混凝土裂缝处理策略[J]. 水利建设与管理. 2012(04) [2] 王立新.;;水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝成因及防治措施[J]. 中国水运(下半月). 2009(05)

[3] 祝远波,冯振西.;;和平水电站引水隧洞衬砌裂缝原因分析及修复设计[J]. 广东水利电力职业技术学院学报. 2003(04)

[4] 温灶新.;;浅析电站引水隧洞的开挖施工[J]. 科技资讯. 2010(27)