永宁河四级电站引水隧洞衬砌裂缝的预防与处理

谢和平，李本华，魏军红

(中国水利水电第五工程局有限公司第一分局，四川双流，610066)

1 工程概况

永宁河四级电站位于盐源县长柏乡境内的永宁河段上，厂房距盐源县城90km，距西昌市241km。电站装机容量4.0万kW，最大坝高13m，由进水枢纽(拦河闸坝)、引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房和升压站等主要建筑物组成。

引水隧洞总长8007m，隧洞桩号0+000m～2+870m段，衬砌过水断面为3.4×3m的城门洞型;隧洞桩号2+870m～7+075m段，衬砌过水断面为3.8×3m的城门洞型;隧洞桩号7+075m～8+007m段，衬砌过水断面为4.0m的圆形。隧洞混凝土衬砌标号为C25钢筋混凝土，分仓长度L=12m。城门洞段Ⅱ、Ⅲ类围岩衬砌厚度30cm，Ⅳ类围岩衬砌厚度40cm，Ⅴ类围岩衬砌厚度50cm;圆形洞段Ⅱ类围岩衬砌厚度50cm、Ⅲ类围岩衬砌厚度60cm，Ⅳ类围岩衬砌厚度70cm，Ⅴ类围岩衬砌厚度80cm。

2 隧洞边顶拱混凝土裂缝情况

2010年4月29日至2010年5月10日，引水隧洞2#主洞城门洞段边顶拱混凝土开始浇筑，在桩号0+850.7～0+910.7m段共5个仓位浇筑完成约7天左右，边顶拱混凝土在每个仓位的中部位置出现全断面贯穿裂缝或部分部位贯穿裂缝。具体见图1、表1。

表1 裂缝情况统计

3 边顶拱裂缝原因分析

3.1 实际衬砌厚度的影响

桩号0+850.7m～0+910.7m段开挖围岩类别为Ⅲ类，设计C25混凝土衬砌厚度为30cm。根据测量的实际开挖断面显示均有50～80cm不等的超挖，实际衬砌厚度80～110cm，远远超出设计的30cm厚的混凝土。实际衬砌厚度过厚而分仓长度仍按原设计的12m进行分仓，造成水化热过高，混凝土内部温度应力过大，产生较大的伸缩变形将混凝土拉裂。

3.2 砂石骨料质量的影响

本工程砂石骨料均为工程区附近的甲米河和永宁河河段内的天然河沙和卵石，卵石为连续级配骨料。通过表2、表3的检测结果中的数据反映，粗细骨料的含泥量均未超标，但是已经接近规定上限;骨料的含泥量偏大，影响混凝土强度，在较大的温度应力下混凝土被拉裂。

表2 细骨料检测结果

表3 粗骨料检测结果

3.3 水泥用量的影响

水泥采用攀枝花P0.42.5水泥，水泥强度、安定性等方面稳定、良好，但由于浇筑时该水泥刚进场，施工采用的配合比为临时配合比，水泥掺量为409kg/m3，水泥用量较大，也造成混凝土水化热较高，导致混凝土出现裂缝。

4 裂缝部位的处理

当桩号0+850.7m～0+910.7m段裂缝出现后，安排专人每天对裂缝情况进行观测，经过将近半个月的观测，裂缝已稳定未进一步发展。针对裂缝情况采取如下措施进行处理。

4.1 凿出梯型槽

边顶拱混凝土的裂缝深度在0.1～0.3cm，对于出现裂缝的部位进行凿除，凿成梯型，再用环氧砂浆修补。

裂缝凿除采用人工使用风镐进行作业，凿成梯型，使迎水面为梯型的上底，以有利于抗冲刷。具体见图2。

图2 梯型槽示意

4.2 裂缝修补

4.2.1 环氧砂浆的配比

将凿好的梯型槽清理干净，并用水冲洗，让凿出的混凝土保持水饱和状态，再支立模板用环氧砂浆修补。环氧砂浆的配合比见表4。

表4 环氧砂浆配合比

4.2.2 环氧砂浆的拌制

(1)将环氧树脂与固化剂、稀释剂、增塑剂按比例配合配制环氧树脂胶液(亦称环氧基液)。配制时应先将环氧树脂放在铁锅中，在炉上热至50～60℃时，隔锅冷却至30～35℃，再依次将增塑剂、稀释剂、固化剂注入，充分搅拌均匀，配制成环氧树脂基液。

(2)将粗细填料砂和水泥称好，并拌和至颜色一致，然后将环氧基液倒入再均匀拌和，直至每颗填料都包有环氧基液为止，即成环氧砂浆，其温度应在40℃左右。若气温过低，可将水泥和砂预热到30℃再进行拌和。

所用砂料必须干净、干燥。

4.2.3 环氧砂浆施工注意事项

(1)拌制成的环氧砂浆应平摊堆放，勿存桶或成堆放置，以免环氧砂浆内部温度不易散发，大大加速环氧固化造成施工困难。

(2)环氧树脂材料每次配制数量，应根据施工能力来确定，一般不要超过10kg，并尽可能做到随配随用，使用时间应该控制在1～2h以内。

(3)环氧砂浆养护温度一般以20±5℃为宜，养护时间一般为3天。

采用环氧砂浆处理后，在裂缝部位的上游和下游侧分别进行加密固结灌浆，经压水试验检查，效果良好。

5 预防边顶拱裂缝的措施

通过对混凝土开裂原因的分析，在后续施工中有针对性地采取了如下措施预防。

5.1 缩短混凝土超填较大部位仓位

在混凝土超填较大部位，为了避免因分仓长度过长，混凝土温度应力过高，将分仓长度缩短为6～8m。

5.2 砂石骨料含泥量的控制

严格控制进场砂石骨料的含泥量，对每批骨料进行检测，对含泥量超标的骨料进行二次冲洗，冲洗完后再次检测，直至达到要求为止。

5.3 调整混凝土配合比

为了减少水化热和降低成本，采用掺粉煤灰的混凝土配合比。调整后的配合比见表5。

表5 调整后配比

6 结语

永宁河四级电站采取上述措施后，效果较好，目前已完成引水隧洞3200余m的混凝土浇筑，浇筑后未再出现裂缝，采取的预防措施取得了满意的效果。

〔1〕水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册(第二卷).北京:水利电力出版社，1990.