探讨水工隧洞混凝土设计与施工中问题控制措施
摘要:通过水工隧洞混凝土施工中产生裂缝的实例叙述,深入分析了衬砌混凝土产生裂缝的诸多因素所形成的主要成因,并根据水工隧洞施工情况总结出了控制裂缝产生。对该混凝土设计与施工中的几个问题进行探讨。
关键词:水工隧洞混凝土控制措施
1.前言
某些工程在设计与施工中,由于水工隧洞衬砌分缝问题引起的混凝土开裂现象。有的工程将施工缝与伸缩缝(包括构造缝、变形缝)相混淆,致使不同性质的接缝,按同类缝的方法处理,未达到设缝目的;有的工程环向分缝的间距,仅按混凝土浇筑能力,致使分缝间距过长,难以满足干缩要求;有的工程接缝不当,止水设施不规范,接缝产生浸蚀渗水;有的忽视混凝土质量,甚至在施工过程中就产生裂缝,且常引起争议。由于衬砌混凝土分缝中存在问题,对水工隧洞衬砌混凝土分缝问题提出一些看法,以供同行讨论。
1.水工隧洞混凝土的设计强度
水工隧洞混凝土的设计强度,DL/T5195--2004《水工隧洞设计规范》(中华人民共和国国家发展和改革委员会发布.2004年6月1日实施)在第1章混凝土和钢筋混凝土衬砌中规定:“当隧洞采用不承载混凝土衬砌或采用配有I级钢筋的钢筋混凝土衬砌时,混凝土强度等级不宜低于C15:采用配有Ⅱ、Ⅲ级钢筋的钢筋混凝土衬砌时,混凝土强度等级不宜低于C20”。
DL/T5207-2005《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》将抗磨蚀混凝土的等级分为C35、C40、C45、C50、C55、C60、>C60七级,笔者理解为:有抗磨蚀要求的混凝土最低强度等级为C35。
鉴于水工隧洞是在复杂的水环境下运行的,混凝土不但有不同程度的长期抗磨蚀要求,还要承受围岩和外水压力,特别是有的工程在围岩地质条件恶劣和水压力较高时,同时还有抗渗和耐久性的要求。
2.工程施工概况
某工程主要建筑物由碾压混凝土双曲拱坝、坝身泄洪表孔、泄洪底孔及引水发电建筑物等组成。导流洞按城门洞型设计,断面形式5.0 m×6.5 m,底坡i=2.35% ,洞身全长353.34 m。导流洞進口段45 m;出口段40 m及F9、F10等断层影响段65 m处进行全断面混凝土衬砌。衬砌厚度0.4 m。导流洞O+133.3以后与永久泄洪洞结合,其结构设计按永久建筑物考虑。
电站导流洞施工在施工准备期,施工安排进、出口两个工作面,平均月进尺86 m,石方洞挖月强度为8100 m3/月。隧洞开挖采用分台阶开挖,出口下游段采用挂网锚喷细石混凝土护壁,装配式钢架永久支护型式。洞身开挖循环进尺上台阶较下台阶先成洞3 m。下游段根据地质条件对开挖成洞的影响,上台阶成洞顶部采用锚杆挂网喷素混凝土和结构式钢拱架支护,下台阶采用锚杆喷混凝土支护,隧洞混凝土浇筑能力日进尺3 m。
混凝土配筋率μ=0.3,施工期处于秋冬春季。洞身全断面支护完成后每10 m设置施工缝进行混凝土衬砌,衬砌次序为先顶拱3 d后再浇筑两侧壁,10 d后铺筑地板混凝土,5～7 d拆模,采用喷洒水养护7 d,衬砌成洞30 m后进行顶拱及侧墙回填灌浆处理。
3.衬砌混凝土分缝影响主要因素
水工隧洞衬砌混凝土裂缝的产生,因受围岩性质、外力大小、凝固干缩、断面型式、构造接头及施工中模板类型、养护条件等影响,现将其中影响较大因素叙述如下:
3.1 周向温差影响
假定衬砌混凝土未改变圆周长度情况下,由温度应力公式:
σi=aEcΔt
式中: σi—— 温差引起的温度应力(N/mm。);
a—— 混凝土线膨胀系数,取a=0.00001;
Ec— — 混凝土弹模(N/m ·m2);
△t—— 混凝土温差值(℃)。
3.2 隧洞结构变化影响
诸如在隧洞进口渐变段与洞身接头、主洞与支洞交叉口、洞身与闸门井、斜井、竖井等部位的接头、断面型式急剧变化部位等需要满足构造要求,而施工较困难,且其因变力不均及应力集中等原因,常产生裂缝。
3.3施工影响
在施工过程中,衬砌混凝土的材料性质、配料方法、模板架立、钢筋布置? 等,是否规范,直接影响衬砌混凝土的施工质量,稍有不慎就会留下缝隙需要补救处理。
3.4 水工隧洞混凝土的设计
国标《混凝土强度检验评定标准》规定:“混凝土试件的成型和养护方法,应考虑其代表性。对用以合格评定混凝土强度的试件,应采用标准方法成型。之后置于标准养护条件下养护,直到设计要求的龄期。”
DL/T-2001(水工混凝土施工规范》对水工结构混凝土的养护要求为:塑性混凝土应在浇筑完毕后6-18h内开始洒水养护,低塑性混凝土宜在浇筑完毕后立即喷雾养护,并及早开始洒水养护.并规定混凝土养护时间不宜少于28d.有特殊要求的部位宜适当延长养护时间。
4.裂缝控制措施
4.1 资金投入控制措施
一些水电工程项目的投资方为追求经济效益,许多项目在关键环节的投入不足。因此,控制隧洞裂缝首先要做好地质、设计、施工及其它方面的工作,给予充分合理的资金投入,明确“工程质量终身制”,使工程建设主体的有关各方形成利益共存。
4.2 信息反馈控制措施
水工隧洞混凝土施工现场状况的变化比较大,在工程建设中强化信息管理和反馈,建立相关工程建设的信息运作系统,参建人员易于做出符合客观规律的决策判断。通过信息控制和交流,收集和积累相应的工程经验,进行多方沟通和促进工程的建设,预防和控制裂缝问题。
4.3 施工现场的控制措施
在施工过程中根据地质条件的变化及时调整和确定有效的施工方案。设计人员依据变化的地质、水文条件做出施工设计的变更调整,明确隧洞开挖的支护方法和合理的混凝土浇筑成型方案;优化混凝土的配筋和配合比等构成混凝土质量的技术指标。监理人员及时掌握施工现场的具体情况,控制施工中的各个工序环节,使质量问题尽快解决,监理的信息管理工作得以完善。
4.4 施工过程的控制
隧洞开挖施工避免对围岩的过多破坏,对有塌方的地方采取补救措施予以必要的回填加固,控制开挖过程对岩体的震动,防止产生对已成型隧洞混凝土的扰动破坏,强化开挖作业时隧洞内的通风和排水工作,改善施工环境条件。
4.5 灌浆和喷锚严格按设计要求施工
由于开挖面的层次不齐,一些部位喷混凝土厚度不够,可能形成灌浆和喷混凝土因挂钢筋网而与岩面结合的不密实;塌方部位的充填封堵、灌浆未到位,封闭结合不完全,影响支护体、衬砌混凝土和岩石面之间的联合作用。监测、检查隧洞衬砌混凝土的裂缝,对出现的裂缝情况及时反映,分析总结原因,完善地质、设计、施工等各方面的工作,严防裂缝的再次发生,保证隧洞衬砌混凝土的质量。
5.结 语
设计是依据,材料是基础,施工是关键。安全、合理、优化的混凝土配合比设计,施工中做到认真、有效的贯彻实施,是保证隧洞混凝土施工控制最有效的方法。◆
参考文献:
[l]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]潘家铮主编:水工隧洞和调压室(水工隧洞部分)水利电力出版社,1990年6月.