涔天河水库泄洪隧洞混凝土裂纹开裂原因及处理措施分析

张文举袁国金潘宣何

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司长沙市410014）

涔天河水库泄洪隧洞混凝土裂纹开裂原因及处理措施分析

张文举袁国金潘宣何

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司长沙市410014）

涔天河水库扩建工程1#、2#泄洪洞混凝土施工过程中，不同部位、不同厚度的混凝土因不同原因产生不同类型的裂缝缺陷。文章根据混凝土施工过程、裂缝的特征参数及结构特定，分析各类裂缝形成的原因，对裂缝进行分类，并提出不同类型裂缝的处理方案，经分析，处理效果良好，可供同类工程问题参考。

泄洪隧洞混凝土裂缝化学灌浆

1 概述

涔天河水库扩建工程位于湘江干流潇水流域上游江华瑶族自治县境内，距江华县城13 km，是流域规划中的第一个梯级。涔天河水库扩建工程为Ⅰ等大（Ⅰ）型水利水电枢纽工程，大坝、泄洪建筑物等为1级建筑物。工程采用右岸1#、2#泄洪洞联合泄洪的泄洪方案，1#泄洪洞围岩大多呈微～新鲜状态，断层部位为Ⅴ类围岩，其余为Ⅲ～Ⅳ类围岩，采用“龙落尾”洞身布置形式，洞身全长573 m，上平洞洞身尺寸10 m×13.2 m，“龙落尾”洞段洞身尺寸10 m×16.2 m。2#泄洪洞为开敞溢流进水口接无压流洞身，洞身断面尺寸12 m×12.5 m，隧洞全长760 m，隧洞对应最大埋深194 m。

关于混凝土的裂缝成因研究众多，但关于混凝土的裂缝成因或机理，目前并未形成统一认识[1～3]。涔天河水库扩建工程隧洞数量多，包括导流洞、泄洪洞、发电引水洞、灌溉洞、放空洞、交通洞及灌浆平洞等，隧洞通过地段地质条件复杂多变，混凝土施工影响因素多，对混凝土裂缝缺陷进行有效处理，保证工程质量。尤其是1#、2#泄洪洞混凝土裂缝缺陷的处理，值得同类工程参考。

2 裂缝特征及产生原因分析

2.1 裂缝特征

采用BJLF-1型裂缝综合测试仪进行检测，测试包括裂缝位置、形状、走向、缝长、缝宽及缝面是否渗水等特征参数，缝长由钢卷尺测得，对1#、2#泄洪洞主要裂缝特征参数如表1。

表1 主要裂缝特参数

2.2 裂缝产生的原因分析

应力是混凝土内部裂缝产生的根本原因，混凝土中存在大量的孔隙和裂隙等缺陷，衬砌混凝土裂缝产生过程实质上就是内部缺陷应力集中引起微裂纹产生、扩展及贯通的过程。采用RFPA2D模拟单裂纹压应力和拉应力开裂演化过程，研究压应力和拉应力条件混凝土开裂机制及形态异同。比较单裂纹压应力和拉应力条件细观开裂破坏过程异同，动态过程共分80步。对单裂纹压应力和拉应力动态应力作用下裂缝发展演化过程如图1。

图1 RFPA2D模拟压应力和拉应力条件混凝土裂纹开裂演化过程

引水洞混凝土裂缝产生原因包括环境、围岩、混凝土、施工和结构等多方面的原因，但总可以通过应力效应来分析，混凝土内部缺陷部位应力集中有受拉应力效应和应力效应。混凝土抗拉强度远低于抗压强度，实验室测得混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/10～1/20。因此，拉应力效应可能是洞室开挖衬砌混凝土裂缝产生的主要原因。通过对1#、2#泄洪洞主要裂缝分布、混凝土浇筑过程，结合结构及环境分析，初步分析裂缝造成原因如表2。

表2 裂缝造成原因统计

2#泄洪洞洞身下平段由于围岩约束力影响，产生压应力效应，限制缺陷部位微裂缝扩展，裂缝宽小于0.1 mm，为细微裂缝。

3 裂缝处理

3.1 裂缝分类

在水利水电工程中，根据裂缝宽度、深度及其是否贯通（贯穿），通常将混凝土裂缝可分为四类，如表3。

3.2 裂缝处理

除机械加固法外，裂缝修补大体上有表面处理法和灌浆注入法。在灌浆注入法中，目前树脂灌浆法应用最普遍[4]。鉴于泄洪洞有防渗抗冲蚀要求，采用化学灌浆的方式对裂缝混凝土进行防渗、补强。根据以往工程经验和1#、2#泄洪洞分布部位，对于Ⅰ类裂缝可以不进行专门处理；Ⅱ类裂缝采用表面刮涂聚脲处理（喷涂聚脲弹性体技术就是其中最有效的混凝土裂缝处理施工技术之一[5]），提高混凝土的防腐、防水、耐磨能力；Ⅲ类裂缝采用化学灌浆（NE-Ⅳ低黏度环氧树脂）处理，化学注浆优势是可灌性差、膨胀性较好，凝固时间可控；Ⅳ类裂缝先对裂缝内部进行环氧树脂灌浆补强处理，再对裂缝表面环氧胶泥封闭，方法同Ⅲ类裂缝。

Ⅲ、Ⅳ类裂缝处理程序为：裂缝检测→裂缝分类处理→裂缝处理（化学灌浆）验收及基面打磨清洁→基面验收确认→涂刷界面剂→刮涂聚脲→质量检查及验收。裂缝处理后如图2。

表3 混凝土裂缝分类

图2 裂缝处理效果图

现场监测结果表明，处理效果很好，尤其是渗水部位，处理后无渗水出现，达到设计的要求。尤其是2#泄洪洞导流洞结合段，经近两年导流通水后，裂缝检查仍无出现裂缝扩展和渗漏现象。

4 结论

（1）根据混凝土施工过程、裂缝的特征参数及结构特定，分析形成裂缝的原因，总结了裂缝分类。

（2）根据裂缝形成的原因，总结裂缝分类，研究裂缝演化的力学机制，研究表明裂缝形成的根本原因位（内外部）引起的应力效应引起的混凝土内部缺陷进一步扩展。

（3）针对不同裂缝类型，提出处理方案，经分析，处理效果良好，可供同类工程问题借鉴。

[1]王瑞骏，李九红，王党在，等.堆石坝混凝土面板湿度场及干缩应力研究[J].水力发电学报，2004，23（6）：50-54.

[2]陈肇元，崔京浩，朱金铨，等.钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J].工程力学，2006，23（s1）：86-107.

[3]张志诚，林义兴，徐云峰，等.三峡地下电站引水洞衬砌混凝土裂缝成因分析[J].人民长江，2006，37（2）:9-10.

[4]李文鹏，李连喜，张增涛.大坝砼面板裂缝处理应用与研究[J].长江科学院院报，2010，27（9）：70-73.

[5]郦能惠.高混凝土面板堆石坝新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

2016-11-05）

张文举（1984-），男，工程师，主要从事水利水电工程施工技术与管理工作。