瀘定水電站泄洪洞混凝土裂縫處理與防治

張 洋，李海清

（1.四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100；2.中國水利水電建設工程咨詢中南公司，湖南 長沙 410014）

1 工程概況

瀘定水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第12級電站。2號泄洪洞 （亦為2號導流洞）位于大渡河右岸，進口底板高程1 315.00 m，出口消力池底板高程1 290.00 m，底板長約1 431 m，縱坡約為1.123%。隧洞襯砌后過水斷面尺寸為13.0 m×20.0 m（方圓形，寬×高），開挖斷面尺寸為16.0 m×23.0 m，襯砌厚度150 cm。3號泄洪洞與2號泄洪洞平行布置在右岸，3號泄洪洞靠山內側，進口設有溢流堰，堰頂高程1 355.00 m，出口消力池底板高程1 290.00 m，長約1 432.14 m，縱坡坡度約為2.772%。隧洞襯砌后過水斷面尺寸為14.0 m×18.5 m（方圓形，寬×高），開挖斷面尺寸為17.0 m×21.5 m，襯砌厚度150 cm。

2、3號泄洪洞開挖采用三層開挖支護，先上層，再中層，最后開挖保護層。為便于后期倉面沖洗和鋼筋制安、通車等，首先施工結構線以外C20墊層混凝土。結構混凝土施工為：底板與1 m左右高的邊墻一起澆筑，然后再施工邊頂拱混凝土。2號泄洪洞底板與邊頂拱分倉長度不大于12 m；3號泄洪洞前期分倉長度不大于12 m，后期邊墻不大于9 m。底板面層0.6 m至邊墻13 m高以下采用HFC40混凝土，其他部位采用C20混凝土。

2 洞身裂縫情況

2號泄洪洞受沖刷部位全部采用HFC40混凝土澆筑，裂縫主要集中在該部位。

2號泄洪洞施工完成后，經統(tǒng)計裂縫總長約9 892.65 m，其中約2 324.8 m早期曾出現滲水情況，但在進行洞室回填及固結灌漿施工后已不再滲水；固結灌漿后仍滲水的裂縫長約2 671 m。

裂縫主要集中在0+180～0+608段內。裂縫縫寬大多為0.1 mm，產生位置主要在距離底板1～7 m邊墻范圍內，尤以每倉中間部位 （1/3～3/2段）較多；裂縫發(fā)生角度與水平夾角基本上在45°以上 （水平或45°以下裂縫總長約375.9 m，約占裂縫總量的3.8%），呈龜裂、不規(guī)則狀；出現滲水的裂縫滲水量均很小，大部分為縫面濕潤，混凝土表面有水印，但無滲水痕跡，極少數出現明顯滲水水跡，鮮有輕微流淌現象出現。從裂縫發(fā)展的時間來看，前期澆筑的混凝土通常在澆筑完成24 h拆模后發(fā)現裂縫，在拆模7 d左右裂縫發(fā)育達到高峰，在15～20 d時裂縫的發(fā)展逐漸停止。

3 混凝土裂縫產生原因分析及探索性防治試驗

2號泄洪洞混凝土裂縫產生的原因主要有以下幾點：①原材料的相容性和穩(wěn)定性差；②配合比中水泥用量較大，導致混凝土水化熱過高；③大渡河流域巖石以花崗巖為主，其骨料的熱膨脹系數比灰?guī)r大，當溫度發(fā)生變化時，骨料與膠凝材料之間會發(fā)生微小的錯動，產生裂縫；④HF混凝土的施工工藝要求標準較高，在施工過程中不易掌握，振搗時間和方式控制不到位；⑤2號泄洪洞已經貫通，空氣流動性強，洞內氣溫較低，混凝土與外部環(huán)境溫差較大。

針對以上原因，瀘定水電站進行了生產性試驗，制定了以下措施：①在泄洪洞的進出口處搭設排架，懸掛帆布簾，以減少洞內通風，起到保溫的作用，從而降低混凝土與環(huán)境的溫差；②調整混凝土的配比，在滿足強度的情況下減少水泥用量，并提高粉煤灰的摻量，降低水化熱，減少混凝土內外溫差；③在混凝土的拌制過程中嚴格控制水灰比，采用電腦控制加水量，拌和用水采用溫度相對較低的井水，降低原料出機口溫度，在夏季混凝土運輸過程中采取保溫降溫措施，減少運輸過程中的升溫；④施工過程中加強振搗，采用φ100 mm和φ70 mm軟軸振搗棒相結合，嚴格控制振搗工藝；⑤嚴格控制混凝土入倉速度，上升速度不大于0.8 m/h； ⑥拆模時間由原來的24 h延長到48 h；⑦拆模后設專人及時噴霧養(yǎng)護，養(yǎng)護用水為不低于20℃的溫水，保持混凝土表面濕潤；⑧在混凝土倉位中埋設溫度計，監(jiān)測混凝土內部溫度，并分析混凝土溫度變化與裂縫產生的關系。

通過采取以上措施，2號泄洪洞混凝土裂縫情況有所改善，但未得到徹底解決。根據對溫度計采集的數據分析，混凝土內部溫度在澆筑完成后即逐步上升，并在3 d時間內達到最高值 （傳感器監(jiān)測最高溫度為53.4℃），在7～8 d之后才開始顯著降溫并趨于常溫。通過比對不難發(fā)現，混凝土內溫度的變化基本與裂縫發(fā)育時間相吻合，由此可以初步推斷影響混凝土裂縫產生的關鍵原因是混凝土內部水化熱過高，內外溫差較大，以及花崗巖骨料與膠凝材料熱膨脹系數的差別。

由此可見，降低混凝土的水化熱成為控制混凝土裂縫的重點。圍繞這一目標，進一步采取了溫控措施：①采用混凝土90 d齡期作為控制指標，并對配合比進行了優(yōu)化，水泥用量由原來每395 kg/m3降到284 kg/m3，粉煤灰由原來的44 kg/m3增加到71 kg/m3。②HF外加劑在施工過程中具有不穩(wěn)定性，通過與同標號使用其他外加劑的抗沖磨混凝土進行性能對比試驗，經與設計研究決定采用聚羧酸高效減水劑取代HF抗沖耐磨劑。③在2號泄洪洞兩倉邊頂拱嘗試采用C9035混凝土進行澆筑并加強養(yǎng)護，觀察裂縫發(fā)展情況并與之前澆筑的混凝土進行對比發(fā)現，裂縫的發(fā)展情況優(yōu)于C2840和C9040混凝土，經參建各方研究決定采用C9035混凝土完成2號泄洪洞后續(xù)的混凝土澆筑。

采取以上措施后，2號泄洪洞后期澆筑的抗沖磨混凝土裂縫發(fā)展情況較前期有很大改觀，裂縫總長度、滲水長度、縫寬均大幅減小，裂縫發(fā)展得到了控制。

總結2號泄洪洞施工經驗，在后續(xù)的3號泄洪洞混凝土施工中繼續(xù)優(yōu)化施工工藝，在試驗倉位進行了對比試驗：首先，采用HFC9035混凝土、C9035聚羧酸混凝土和摻聚丙烯纖維混凝土各澆筑1倉邊頂拱進行試驗。通過對比發(fā)現，HFC9035澆筑的混凝土和摻聚丙烯纖維混凝土裂縫發(fā)育較多，發(fā)展情況也不理想；C9035聚羧酸混凝土裂縫相對可控。為此，對C9035聚羧酸混凝土進一步進行了溫控試驗，對比了埋設通水冷卻水管 （水管采用φ25 mm鋼管，間距1.5 m，高9 m），在澆筑完成即進行閉水和通水冷卻；在保護層5 cm處水平施工縫以上2 m范圍及中間3 m范圍內設置φ6.5＠10 cm×10c m的鋼筋網片，同時加冷卻水管；以及只加鋼筋網片，不加冷卻水管3種方案。通過跟蹤觀察，以上試驗效果都不理想。在專家和施工單位的建議下，把混凝土拌制用水泥由P·O42.5普通水泥改為低熱水泥并重新制定配比進行澆筑，收到了較好的效果。瀘定水電有限公司積極聯(lián)系廠家，進一步優(yōu)化水泥配方，降低水化熱；并在混凝土澆筑過程中調整倉位長度，減小混凝土澆筑體積，通過多組試驗并結合施工成本、進度，最終將標準倉每倉邊頂拱的澆筑長度由原來的12 m減少為9 m，使得泄洪洞混凝土裂縫問題得到基本解決。

4 結語

瀘定水電站泄洪洞混凝土裂縫的產生是各方面因素綜合作用的結果，但主要是由溫度應力由引起的。通過施工過程中長期的試驗摸索，結合其工程實際情況對泄洪洞混凝土裂縫采取了一系列處理與防治措施，取得了較好的效果，可總結為以下幾點：

（1）通過對混凝土配合比的多次優(yōu)化，最終采用了C9035聚羧酸低熱混凝土，并對進場的原材料和生產的砂石骨料質量進行嚴格的檢測。

（2）嚴格控制洞身混凝土倉位的最大澆筑長度，底板每倉不超過18 m；邊頂拱每倉不超過9 m。

（3）施工過程中加強振搗，保證不漏振、欠振，并嚴格控制混凝土入倉速度。

（4）洞身采取防風保溫措施，每倉混凝土脫模后立即進行噴霧養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期為90 d，且前28 d必須采用不低于20℃的溫水養(yǎng)護。