地下廠房巖錨梁裂縫成因分析及處理

龔少紅 鄧 瞻 張恩寶

0 引言

官地水電站巖錨梁在廠房第四層開挖完成后澆筑，在其下部廠房邊墻開挖及機組段大體積混凝土澆筑初期，梁體出現了水平向和鉛直向裂縫，局部區域梁體與圍巖出現了脫開的縱向裂縫。巖錨梁混凝土裂縫的出現，會大大削弱其整體性，對結構安全較為不利。本文結合官地電站地下廠房巖錨梁裂縫實例，從地質條件、監測數據等多個角度，分析裂縫形成機制，提出了裂縫處理措施。

1 地下廠房簡介

官地水電站地下洞室群規模巨大，主要由引水洞、主廠房、母線洞、主變室、尾水調壓室和尾水洞等組成。主廠房、主變室、尾調室三大洞室平行布置，軸線方向N5°E。主廠房全長243.44 m，吊車梁以上開挖跨度31.10 m，以下開挖跨度29.00 m，開挖高度76.30 m。

廠房區最大主應力σ1方向為N27.3°～ 53°W，平均值N35.4°W，最大主應力量級25.0 MPa～35.17 MPa。廠房軸線與廠區孔徑法實測最大主應力(σ1)方向平均值的夾角40.4°。

根據地下洞室群開挖順序及支護參數研究成果，地下廠房共分11層進行開挖，主變室共分4層進行開挖。

2 巖錨梁裂縫介紹

官地地下廠房巖錨梁頂寬2.25 m，高3.18 m，總長226.42 m。巖錨梁壁座角為35°。巖錨梁體型范圍內布設兩排受拉錨桿、一排系統錨桿和一排受壓錨桿。受拉錨桿均采用長12 m@70 cm的φ40Ⅲ級精軋螺紋鋼筋，入巖9.7 m，靠近巖壁的1.5 m范圍內涂抹瀝青。上排受拉錨桿上傾角25°，下排受拉錨桿上傾角20°。系統錨桿采用長9 m@150 cm的φ32Ⅱ級鋼筋，水平入巖7.5 m。受壓錨桿采用長9 m@70 cm的φ32Ⅱ級鋼筋，垂直巖面入巖7.5 m。在巖錨梁上下分別間隔布置了一排1 750 kN和1 500 kN的預應力錨索。

巖錨梁于2008年10月19日進行第一倉混凝土澆筑，至12月10日巖錨梁混凝土澆筑全部完成。2010年2月中旬廠房基坑開挖完成，1號機組錐管混凝土澆筑完成后檢查發現在上游巖錨梁出現多處裂縫。上游巖錨梁頂部平臺裂縫的延伸長度為0.18 m～1.9 m，其中有50%的裂縫其延伸長度介于1.5 m～2.0 m之間，另有42%的裂縫延伸長度小于0.5 m。裂縫寬度為0.1 mm～2.5 mm，裂縫寬度小于0.5 mm的占總數的84%。立面裂縫延伸長度為0.3 m～2.4 m，其中62%的裂縫其延伸長度介于2.0 m～2.5 m之間，另有32%的裂縫其延伸長度小于0.5 m。裂縫分布最集中的部位為廠橫0+088 m～0+076 m一段。

3 裂縫部位地質條件

廠房上游邊墻廠橫0+20 m～0+130 m段，主要錯動帶出露12條，組成物質均以糜棱角礫巖、壓碎巖、石英為主，力學類型為巖屑巖塊型。延伸長度從21 m～60 m不等。此段巖體圍巖類別:1 227.0 m高程以上以Ⅲ類為主，局部裂隙密集發育部位或錯動帶交匯部位，巖體較破碎，1 227.0 m高程以下以Ⅱ類為主。廠房3號，4號機組上游邊墻存在錯動帶 fx12(N60°-70°W/NE∠70°)，fx22(N30°W/SW ∠65°-70°)，fx11(N35°W/NE ∠75°-80°)，fx23(EW/N∠75°)，fx45(EW/N∠40°-45°)，fxk09(N65°-70°E/SE∠75°-80°)軟弱結構面。自2009年10月份以來，在上游邊墻3號～4號機組段發現多處噴層裂縫，巖錨梁上部出現4條噴層裂縫，最長為10.21 m;巖錨梁下部出現4條噴層裂縫，延伸最長的為6.68 m。

3號壓力管道內距離廠房上游邊墻12 m～22 m范圍內發育有與廠房邊墻近似平行的高陡傾角結構面，主要包括錯動帶fx3-15和裂隙密集帶N10°W/SW∠70°。錯動帶fx3-15在壓力管道左側半洞1 195 m高程附近寬度約1 cm～3 cm，延伸至右側半洞1 195 m高程附近后，漸變為一條裂隙，裂面可見明顯擦痕，但該條錯動帶在上游邊墻上并未出露。

4 裂縫成因分析

在裂縫密集區廠橫0+076 m處巖錨梁及其上、下部均布置有監測斷面，監測斷面的儀器布置見圖1和圖2。儀器編號約定如下:M代表多點位移計，上標4表示四點式多點位移計，4個測點的深度為:28.5 m，22.5 m，12.5 m，5.5 m;R3代表錨桿應力計;PR代表錨索測力計;下標數值代表監測儀器編號，CF代表工程部位，即廠房。

圖1 廠房上游邊墻監測儀器布置圖（廠橫0+076 m）

4.1 變形監測成果分析

圖3和圖4分別為巖錨梁水平和鉛直變形動態演化特征曲線，從圖中可以看出:上游吊車梁在廠橫0+60 m～0+120 m水平變形較大，向兩側呈非對稱減小趨勢，大樁號部位受到安裝間端部約束作用變形相對較小;各部位隨下臥開挖逐漸增大，變形增長大的時段為主廠房第5層～第7層開挖期間。上游吊車梁鉛直向變形在小樁號上抬，大樁號下沉，分界點大致在3號機組附近，隨廠房下部開挖及4條壓力管道與4尾水洞開挖，沉降和抬升不斷變化，變化較大對應7層～11層開挖期。分析表明:隨著主廠房向下開挖，吊車梁產生了水平方向和鉛直方向的不協調變形。

圖3 上游吊車梁水平位移沿廠房軸線方向變化圖

圖2 巖錨梁監測儀器布置圖（廠橫0+076 m）

圖4 上游吊車梁鉛直位移沿廠房軸線方向變化圖

圖5 錨桿應力歷時圖（廠橫0+076 m上游巖錨梁EL1 226.98 m）

4.2 支護應力監測成果分析

圖5和圖6給出了巖錨梁部位錨桿應力計的監測值隨時間變化曲線。從2009年2月27日～2009年5月31日，應力從47.16 MPa 增加到372.68 MPa，隨后增加幅度明顯較少，入巖 4.0 m的測點錨桿應力達513.2 MPa，已嚴重超量程(400 MPa)。從2009年3月27日～2009年6月24日，應力從25.31 MPa增加到3 259.21 MPa，隨后增加幅度減少，到2009年10月2日達到369.55 MPa，入巖7.0 m的測點錨桿應力達399 MPa，幾乎達到量程。錨桿應力計變幅加快的時段與多點位移計變形加劇時段吻合，出現在第6層開挖的時間內。這表明地應力較高地下廠房區，洞室開挖卸荷后，在與不利地質結構面共同作用下，圍巖變形由整體巖體卸荷回彈變形轉化為巖體內部結構變形。

圖6 錨桿應力歷時圖廠橫0+076 m上游吊車梁EL1 226.58 m）

5 裂縫處理

巖錨梁裂縫如不進行處理會引起鋼筋的銹蝕，將會降低混凝土的耐久性和抗疲勞能力，從而降低了其整體性，對結構安全不利。因此需要根據裂縫寬度及深度的不同，對廠房吊車梁上的裂縫進行潮濕型改性環氧樹脂注漿處理。具體措施如下:

1)對寬度小于0.2 mm的一般淺表性裂縫，利用混凝土表層微細獨立裂縫或網狀裂縫的毛細作用吸收具有良好滲透性的潮濕型改性環氧樹脂(注射劑)，進行表面封閉。

2)對寬度大于0.2 mm的淺表型裂縫及所有貫穿性裂縫，采用潮濕型改性環氧樹脂進行壓力注漿處理。壓力注漿前，對裂縫周邊進行密封，可在構件表面沿裂縫走向騎縫鑿出槽深和槽寬分別不小于20 mm和15 mm+5t(t為裂縫最大寬度)的U形槽，然后用改性環氧樹脂充填并粘貼復合材料封閉其表面。

3)巖錨梁與圍巖的鉛直接觸面進行潮濕型改性環氧樹脂注漿處理。

6 結語

官地水電站巖錨梁建造后在后續洞室開挖卸荷作用下，圍巖產生非均勻變形，致使吊車梁產生水平方向和鉛直方向的不協調變形，是引起混凝土發生裂縫的主要因素。通過對裂縫采用化學灌漿措施處理可滿足巖錨梁穩定性和安全性要求。

[1]雅礱江官地水電站主廠房圍巖穩定及上游巖錨梁安全穩定評價報告[R］.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，長江水利委員會長江科學院，2010:6.

[2]官地引水發電系統工程地質報告[R］.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，2007.

[3]雅礱江官地水電站地下廠房洞室群施工期快速監測與反饋分析[R］.長江水利委員會長江科學院，2009:6.