泸定水电站泄洪洞混凝土裂缝处理与防治

张 洋，李海清

（1.四川华电泸定水电有限公司，四川 泸定 626100；2.中国水利水电建设工程咨询中南公司，湖南 长沙 410014）

1 工程概况

泸定水电站位于四川省甘孜藏族自治州泸定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第12级电站。2号泄洪洞 （亦为2号导流洞）位于大渡河右岸，进口底板高程1 315.00 m，出口消力池底板高程1 290.00 m，底板长约1 431 m，纵坡约为1.123%。隧洞衬砌后过水断面尺寸为13.0 m×20.0 m（方圆形，宽×高），开挖断面尺寸为16.0 m×23.0 m，衬砌厚度150 cm。3号泄洪洞与2号泄洪洞平行布置在右岸，3号泄洪洞靠山内侧，进口设有溢流堰，堰顶高程1 355.00 m，出口消力池底板高程1 290.00 m，长约1 432.14 m，纵坡坡度约为2.772%。隧洞衬砌后过水断面尺寸为14.0 m×18.5 m（方圆形，宽×高），开挖断面尺寸为17.0 m×21.5 m，衬砌厚度150 cm。

2、3号泄洪洞开挖采用三层开挖支护，先上层，再中层，最后开挖保护层。为便于后期仓面冲洗和钢筋制安、通车等，首先施工结构线以外C20垫层混凝土。结构混凝土施工为：底板与1 m左右高的边墙一起浇筑，然后再施工边顶拱混凝土。2号泄洪洞底板与边顶拱分仓长度不大于12 m；3号泄洪洞前期分仓长度不大于12 m，后期边墙不大于9 m。底板面层0.6 m至边墙13 m高以下采用HFC40混凝土，其他部位采用C20混凝土。

2 洞身裂缝情况

2号泄洪洞受冲刷部位全部采用HFC40混凝土浇筑，裂缝主要集中在该部位。

2号泄洪洞施工完成后，经统计裂缝总长约9 892.65 m，其中约2 324.8 m早期曾出现渗水情况，但在进行洞室回填及固结灌浆施工后已不再渗水；固结灌浆后仍渗水的裂缝长约2 671 m。

裂缝主要集中在0+180～0+608段内。裂缝缝宽大多为0.1 mm，产生位置主要在距离底板1～7 m边墙范围内，尤以每仓中间部位 （1/3～3/2段）较多；裂缝发生角度与水平夹角基本上在45°以上 （水平或45°以下裂缝总长约375.9 m，约占裂缝总量的3.8%），呈龟裂、不规则状；出现渗水的裂缝渗水量均很小，大部分为缝面湿润，混凝土表面有水印，但无渗水痕迹，极少数出现明显渗水水迹，鲜有轻微流淌现象出现。从裂缝发展的时间来看，前期浇筑的混凝土通常在浇筑完成24 h拆模后发现裂缝，在拆模7 d左右裂缝发育达到高峰，在15～20 d时裂缝的发展逐渐停止。

3 混凝土裂缝产生原因分析及探索性防治试验

2号泄洪洞混凝土裂缝产生的原因主要有以下几点：①原材料的相容性和稳定性差；②配合比中水泥用量较大，导致混凝土水化热过高；③大渡河流域岩石以花岗岩为主，其骨料的热膨胀系数比灰岩大，当温度发生变化时，骨料与胶凝材料之间会发生微小的错动，产生裂缝；④HF混凝土的施工工艺要求标准较高，在施工过程中不易掌握，振捣时间和方式控制不到位；⑤2号泄洪洞已经贯通，空气流动性强，洞内气温较低，混凝土与外部环境温差较大。

针对以上原因，泸定水电站进行了生产性试验，制定了以下措施：①在泄洪洞的进出口处搭设排架，悬挂帆布帘，以减少洞内通风，起到保温的作用，从而降低混凝土与环境的温差；②调整混凝土的配比，在满足强度的情况下减少水泥用量，并提高粉煤灰的掺量，降低水化热，减少混凝土内外温差；③在混凝土的拌制过程中严格控制水灰比，采用电脑控制加水量，拌和用水采用温度相对较低的井水，降低原料出机口温度，在夏季混凝土运输过程中采取保温降温措施，减少运输过程中的升温；④施工过程中加强振捣，采用φ100 mm和φ70 mm软轴振捣棒相结合，严格控制振捣工艺；⑤严格控制混凝土入仓速度，上升速度不大于0.8 m/h； ⑥拆模时间由原来的24 h延长到48 h；⑦拆模后设专人及时喷雾养护，养护用水为不低于20℃的温水，保持混凝土表面湿润；⑧在混凝土仓位中埋设温度计，监测混凝土内部温度，并分析混凝土温度变化与裂缝产生的关系。

通过采取以上措施，2号泄洪洞混凝土裂缝情况有所改善，但未得到彻底解决。根据对温度计采集的数据分析，混凝土内部温度在浇筑完成后即逐步上升，并在3 d时间内达到最高值 （传感器监测最高温度为53.4℃），在7～8 d之后才开始显著降温并趋于常温。通过比对不难发现，混凝土内温度的变化基本与裂缝发育时间相吻合，由此可以初步推断影响混凝土裂缝产生的关键原因是混凝土内部水化热过高，内外温差较大，以及花岗岩骨料与胶凝材料热膨胀系数的差别。

由此可见，降低混凝土的水化热成为控制混凝土裂缝的重点。围绕这一目标，进一步采取了温控措施：①采用混凝土90 d龄期作为控制指标，并对配合比进行了优化，水泥用量由原来每395 kg/m3降到284 kg/m3，粉煤灰由原来的44 kg/m3增加到71 kg/m3。②HF外加剂在施工过程中具有不稳定性，通过与同标号使用其他外加剂的抗冲磨混凝土进行性能对比试验，经与设计研究决定采用聚羧酸高效减水剂取代HF抗冲耐磨剂。③在2号泄洪洞两仓边顶拱尝试采用C9035混凝土进行浇筑并加强养护，观察裂缝发展情况并与之前浇筑的混凝土进行对比发现，裂缝的发展情况优于C2840和C9040混凝土，经参建各方研究决定采用C9035混凝土完成2号泄洪洞后续的混凝土浇筑。

采取以上措施后，2号泄洪洞后期浇筑的抗冲磨混凝土裂缝发展情况较前期有很大改观，裂缝总长度、渗水长度、缝宽均大幅减小，裂缝发展得到了控制。

总结2号泄洪洞施工经验，在后续的3号泄洪洞混凝土施工中继续优化施工工艺，在试验仓位进行了对比试验：首先，采用HFC9035混凝土、C9035聚羧酸混凝土和掺聚丙烯纤维混凝土各浇筑1仓边顶拱进行试验。通过对比发现，HFC9035浇筑的混凝土和掺聚丙烯纤维混凝土裂缝发育较多，发展情况也不理想；C9035聚羧酸混凝土裂缝相对可控。为此，对C9035聚羧酸混凝土进一步进行了温控试验，对比了埋设通水冷却水管 （水管采用φ25 mm钢管，间距1.5 m，高9 m），在浇筑完成即进行闭水和通水冷却；在保护层5 cm处水平施工缝以上2 m范围及中间3 m范围内设置φ6.5＠10 cm×10c m的钢筋网片，同时加冷却水管；以及只加钢筋网片，不加冷却水管3种方案。通过跟踪观察，以上试验效果都不理想。在专家和施工单位的建议下，把混凝土拌制用水泥由P·O42.5普通水泥改为低热水泥并重新制定配比进行浇筑，收到了较好的效果。泸定水电有限公司积极联系厂家，进一步优化水泥配方，降低水化热；并在混凝土浇筑过程中调整仓位长度，减小混凝土浇筑体积，通过多组试验并结合施工成本、进度，最终将标准仓每仓边顶拱的浇筑长度由原来的12 m减少为9 m，使得泄洪洞混凝土裂缝问题得到基本解决。

4 结语

泸定水电站泄洪洞混凝土裂缝的产生是各方面因素综合作用的结果，但主要是由温度应力由引起的。通过施工过程中长期的试验摸索，结合其工程实际情况对泄洪洞混凝土裂缝采取了一系列处理与防治措施，取得了较好的效果，可总结为以下几点：

（1）通过对混凝土配合比的多次优化，最终采用了C9035聚羧酸低热混凝土，并对进场的原材料和生产的砂石骨料质量进行严格的检测。

（2）严格控制洞身混凝土仓位的最大浇筑长度，底板每仓不超过18 m；边顶拱每仓不超过9 m。

（3）施工过程中加强振捣，保证不漏振、欠振，并严格控制混凝土入仓速度。

（4）洞身采取防风保温措施，每仓混凝土脱模后立即进行喷雾养护，养护龄期为90 d，且前28 d必须采用不低于20℃的温水养护。