引水隧洞混凝土质量缺陷分析及控制措施

第３０卷第３期　２　０　１　１年６月　四川水力发电　Ｖｏ１．３０．Ｎｏ．３　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｊｕｎ．．２　０　ｌ　ｌ　引水隧洞混凝土质量缺陷分析及控制措施　杨聃　（重庆梅溪河流域水电开发有限公司，重庆奉节４０４６００）　摘要：结合渡１３坝水电站引水隧洞衬砌混凝土施工，对混凝土质量缺陷产生的原因进行了分析，针对出现的露筋、气孔、蜂　窝麻面、混凝土强度偏低等质量缺陷，提出了相应的控制措施；通过对原材料进行试验对比，调整了部分原材料，改变了砂石　骨料ＪＪＤ－ｒ工艺，从而使隧洞混凝土衬砌质量得到了改善，提高了混凝土强度，达到了设计及规范要求。　关键词：引水隧洞；质量缺陷；控制措施；渡口坝水电站　中图分类号：ＴＶ５５４；ＴＶ４３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－２１８４（２０１１）０３－０１１６－０４　ｌ概述　渡口坝水电站引水隧洞设计总长２０　０２６．４４　ｍ，为圆型有压隧洞，开挖断面面积３２．９　ｍ　，过水　断面面积１３．８５　ｍ　，引水流量４６．７８　ｍ　／ｓ。隧洞　沿线为深～中切、中一低山区，山势陡峻，沟谷深　切，山体总体走向ＮＷＷ，地形标高一般为６００～　１　２００　ｍ，相对高差４００—６００　ｍ。洞线穿越地层为　三叠系上统须家河组、侏罗系下统珍珠冲组、中下　统自流井组、中统新田沟组、下沙溪庙组、上沙溪　庙组及上统遂宁组，岩性为岩屑长石石英砂岩、长　石砂岩、粉砂岩、页岩、泥岩夹薄煤层及煤线；在沟　谷底部及两岸斜坡分布有第四系冲积、泥石流堆　积、崩残坡积块碎石土。岩屑长石石英砂岩为坚　硬岩，长石砂岩为中硬岩，粉砂岩、页岩、泥岩为软　较软岩。　一本工程大部分为Ⅲ、Ⅳ类围岩，局部为Ⅱ、Ｖ　类围岩。设计为全断面钢筋混凝土衬砌，压力隧　洞直径为４．２　ｍ，混凝土衬砌厚度为４５　ｃｍ，混凝　土强度等级为Ｃ２５。　２施工情况　２．１施工原材料　２．１．１水泥　采用三峡牌Ｐ．Ｃ３２．５Ｒ复合硅酸盐水泥，检　测结果见表１。　表１　Ｐ．Ｃ３２．５Ｒ复合硅酸盐水泥检测结果表　２．１．２粉煤灰　表２粉煤灰化学成分表　项目／％　采用重庆Ⅱ级粉煤灰，其化学成分及基本物　理性质见表２、３。　ｓｉｏ２　Ａ］２０３　ＣａＯ　Ｆｅ２Ｏ３　ＭｇＯ　ＳＯ３　Ｋ２Ｏ　Ｎａ２Ｏ　粉煤灰４４．Ｏ３　３２．６７　２．４９　８．６６　１．５２　０．９８　１．５８　１．３８　表３粉煤灰基本物理性质表　２．１．３外加剂　粗细骨料均为砂岩人工骨料，其检测结果见　表４及表５。　表４细骨料基本物理性质表　采用西安聚能ＪＮ１２２９一Ｄ高效缓凝减水剂。　经检测，外加剂品质满足标准ＤＬ／Ｔ１００—１９９９要　求。　２．１．４骨料　收稿日期：２０１１－０１—１７　皿Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　杨聃：引水隧洞混凝土质量缺陷分析及控制措施　２０１１年第３期　表５粗骨料基本物理性质表　面板厚度为８　ｍｍ。钢筋架设采用简易的钢筋台　名称　车架。混凝土采用３　ｍ　混凝土搅拌罐车运输至　粗骨料２．６２　２．６２　２．２　２．１　０．７　０．７　９．９　距仓面４０　ｍ处，通过ＨＴＢ６０混凝土泵将混凝土　堡　兰　：　兰　：　至　至！　至　：　至　：　至　输送至仓面内。　２．２混凝土浇筑　２．３混凝土配合比　采用全圆针梁式钢模台车，钢模总长１２　ｍ，　经过试验，得到隧洞混凝土配合比见表６。　由底模、左右侧模和顶模组成‘ｐ４．２　ｍ的圆筒形。　表６隧洞混凝土配合比表　３　混凝土质量缺陷及形成原因分析　中可能出现泌水，骨料与水泥浆液分离，造成粗骨　３．１质量缺陷　料集中；同时，混凝土泵送过程不连续，停歇时间　本工程于２００８年１１月开始混凝土浇筑施　过长亦可能出现此现象。　工，在浇筑１５仓约１８０　ｍ后，发现混凝土质量缺　３．２．４裂缝　陷，立即停工整改，查找并分析原因。其质量缺陷　裂缝主要出现在距接头ｌＯ～２０　ｃｍ处，基本　主要为：（１）局部存在露筋现象；（２）底部１２０。范　与水流方向垂直，无规则，未贯穿混凝土，同时断　围内出现气孔；（３）局部存在蜂窝麻面；（４）仓与　断续续。据分析，完全是因施工方法不当造成。　仓搭接处出现裂缝；（５）部分仓位混凝土强度偏　由于先浇筑的混凝土强度不高，钢模台车搭接时　低。　定位不准确，在混凝土浇筑过程中造成钢模台车　３．２缺陷形成原因分析　移位而导致先浇混凝土挤压开裂，出现裂缝。　３．２．１　露筋　３．２．５强度偏低　露筋部位主要出现在拱顶两侧，分析可能有　从监理每仓混凝土取样试验看，混凝土平均　以下原因：（１）钢筋固定不牢固，在混凝土振捣过　强度值为２５．２　ＭＰａ，最低值为２１．５　ＭＰａ，最高值　程中钢筋跑位；（２）钢筋混凝土保护层不够，底部　为２８．２　ＭＰａ。２８　ｄ后，采用ＺＣ３一Ａ型回弹仪检　混凝土浇筑后，使内层钢筋受压下沉，造成拱顶两　测其平均回弹值Ｒｍ＝３０．２　ＭＰａ（平均碳化深度　侧局部无保护层；（３）钢模台车抗浮千斤与隧洞　ｄｍ＝０．５　ｍｍ），其混凝土强度换算平均值为２２．９　开挖面未充分顶紧，在混凝土浇筑过程中，造成台　ＭＰａ，其值均偏低。造成此情况的原因可能有：　车上浮。　（１）采用Ｐ．Ｃ３２．５Ｒ复合硅酸盐水泥，２８　ｄ抗压强　３．２．２气孔　度为３３．８　ＭＰａ，其本身强度低，强度富余系数偏　混凝土面气孑Ｌ主要出现在底部１２０。范围内，　小；（２）在施工过程中，由于受天气等因素的影　并且数量较多，其原因可能为：（１）混凝土入仓　响，同时骨料超逊径严重，没有严格按照配合比调　时，水灰比及坍落度过大，混凝土内空气含量过　整胶凝材料的用量；（３）施工方在施工过程中为　多，形成气泡积于模板壁。（２）混凝土浇筑过程　了施工方便，怕堵管，没有严格控制单位用水量，　中，钢模台车底部附着式振捣器未开，仅靠两侧　混凝土坍落度过大，造成水泥浆流失严重，从而导　‘ｐ５Ｏ软轴振捣棒，不能充分深入混凝土底部，造成　致强度偏低。　混凝土漏振或欠振，使水分汽泡积于模板壁而不　４质量缺陷控制措施　能被完全排出。　４．１露筋现象　３．２．３蜂窝、麻面　采取以下措施消除了露筋现象：（１）钢筋全　经检查，钢模台车模板表面光滑，立模前表面　部焊接不允许搭接，在底板、顶板、两侧腰线处设　均涂刷有脱模剂，故表面蜂窝、麻面不是因为模板　架立筋，将钢筋网焊接在架立筋上，同时还设预埋　自身的原因造成。蜂窝、麻面主要集中在腰线以　件固定好钢筋；（２）将混凝土保护层厚度从５０　下，据分析可能是因为混凝土和易性差，泵送过程　ｍｍ调整为８０　ｍｍ；（３）立模时，将顶模、边模千斤　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ皿　第３０卷总第１４５期　四川水力发电　２０１１年６月　及限位千斤顶紧，用抗浮千斤与隧洞开挖面充分　顶紧，并在针梁端部与隧洞顶拱岩面间设丝杠千　斤顶来约束台车上浮，在浇筑过程中随时检查丝　杠，发现松动及时上紧，固定住针梁，从而使台车　不上浮。　４．２　气孔现象　稳定性及和易性。同时，在灌注混凝土时，混凝土　最大下落高度不能超过３　０００　ｍｍ，以防止混凝土　发生离析，从而避免了蜂窝麻面的出现。　４．４裂缝　采取了以下措施消除了裂缝：（１）立模时保　证钢模台车模板中心线与衬砌中心线对齐；（２）　采取以下措施基本消除了气孔：（１）严格控　每循环工作前校对预设前、后底座支撑面是否水　平、牢固，测量隧道中心与预设前、后底座支撑面　制水灰比，将坍落度控制在ｌ７—２０　ｃｍ；（２）在钢　模台车上增设了１２台附着式振捣器，底模混凝土　浇筑时，混凝土经两趟泵管从底模工作窗入仓，由　上游至下游进行浇筑。仓内左右两侧采用ｑ＞５０　软轴振捣棒，由底模工作窗人棒振捣。混凝土浇　至模板后，接通附着式振捣器振捣。边模浇筑时，　中心是否重合，中心距是否准确；（３）采取全圆浇　筑一次完成。在浇筑混凝土时，要求钢模台车两　侧同步上升，要求钢模板台车前后混凝土高差不　超过６００　ｍｍ，左右混凝土高差要求不超过５００　ｍｍ，以防止产生偏向力而导致台车移位。　４．５强度偏低　混凝土经两趟泵管分别进入左右￣Ｕ－ｒ＿作窗，再经　流筒缓冲后入仓，先从钢模台车模板最下排窗口　进行混凝土灌注，灌注混凝土至混凝土快要平齐　工作窗口时关闭工作窗，然后从第二排工作窗口　灌注混凝土，以此类推。　４．３蜂窝麻面　采取将砂的细度模数控制在２．３—２．８之间，　采取更换水泥（将三峡牌Ｐ．Ｃ３２．５Ｒ复合硅　酸盐水泥更换为华新Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水　泥）、改造砂石骨料加工系统、调整配合比等措施　后混凝土强度满足要求。　（１）水泥。　采用华新Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水泥，其物理　性质检测结果见表７。　严格按试验要求添加外加剂、粉煤灰，将水灰比控　制在０．４６左右，以保证混凝土的流动性、可塑性、　（２）粉煤灰。　表７　Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水泥物理性质检测结果表　采用重庆Ⅱ级粉煤灰作为混凝土掺合料，其　化学成分及基本物理性质见表２、３，未再次进行　检测。　（３）外加剂。　表９细骨料基本物理性质表　采用江苏博特ＳＢＴＪＭ＠．１Ｉ缓凝高效减水剂，　经检测其物理性质见表８。　表８　ＳＢＴＪＭ￣．Ⅱ缓凝高效减水剂物理性质表　表１０粗骨料基本物理性质表　统进行改进后，由试验得到的混凝土配合比见表　（４）骨料。　１１。　针对粗细骨料超逊径现象，施工方对骨料加　工系统进行了改造，严格控制石粉含量。改造后　的取样试验检测结果见表９及表１０。　５　实施控制措施后的混凝土质量情况　２００９年３月恢复施工后，严格按照提出的控　制措施进行混凝土施工，控制混凝土施工工艺流　程，控制粗细骨料的超逊径，将石粉的含量控制在　６％一１８％之间，将通过直径０．３１５　ｍｍ筛孔的砂　（５）配合比。　通过调整水泥、外加剂并对砂石骨料加工系　皿Ｓｉｃｈｕａｎ　ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ　杨聃：引水隧洞混凝土质量缺陷分析及控制措施　２０１１年第３期　控制在１５％～３０％之间，混凝土砂率控制在４０％　高水头水电站引水隧洞一般为有压隧洞，设　一５０％，将水灰比控制在０．４６左右。根据天气　计水头较高、流速较大，混凝土质量要求较高，既　变化，及时调整单位用水量、砂率等，从而保证了　需满足强度，又要满足抗冲刷要求。长隧洞施工　混凝土的流动性、可塑性、稳定性及和易性。在施　难度大，工期要求紧，一般采用钢模台车一次性完　工中，对钢模台车行走、立模及脱模、钢筋架设、混　成全断面混凝土衬砌，因此，对混凝土施工质量控　凝土搅拌、混凝土运输、混凝土人仓振捣等进行全　制尤其重要。笔者对渡口坝水电站引水隧洞衬砌　程跟踪监控。最终使混凝土质量大大提高，气孔　混凝土质量缺陷进行了分析，提出了相应的控制　减少９０％，蜂窝麻面、露筋及搭接处裂缝现象全　措施，最终改善了混凝土外观，提高了混凝土的强　部避免。监理人员在现场随机取样８５组，测得强　度，使该工程混凝土质量满足设计及规范要求。　度平均值为３２．８　ＭＰａ，其中最大值为３８．２　ＭＰａ，　参考文献：　最小值为２７．７　ＭＰａ，标准偏差为２．５６　ＭＰａ，离差　［１］混凝土泵送施工技术规程，ＪＧＪ／Ｔ１０—９５［ｓ］．　系数０．０８。采用ＺＣ３－Ａ型回弹仪检测其平均回　『２］　水工混凝土试验规程，ＳＬ３５２—２００６『Ｓ］．　弹值Ｒｍ＝３４．６　ＭＰａ（平均碳化深度ｄ　＝０．５　作者简介：　ｍｍ），其混凝土强度换算平均值为３０．２　ＭＰａ，强　杨聃（１９７７－），男，浙江丽水人，总工程师，工程师，硕士，从事水　度均满足设计要求。　利水电工程施工技术与管理工作．　６结语　（责任编辑：李燕辉）　牙根二级水电站预可行性研究报告审查会在蓉召开　２０１０年１２月２４日至２５日，水电水利规划设计总院会同四川省发展和改革委员会、能源局在成都主持召开了四川　省雅砻江牙根二级水电站预可行性研究报告审查会议。参加会议的有水利部长江水利委员会、四川省国土资源厅、环境　保护厅、交通厅、水利厅、林业厅、扶贫和移民工作局、地震局、甘孜州人民政府及有关部门、雅江县人民政府及有关部门、　四川省电力公司、西南电力设计院、国家开发投资公司国投电力有限公司、四川省投资集团有限责任公司、二滩水电开发　有限责任公司和中国水电顾问集团成都勘测设计研究院（以下简称成都院）等单位的专家和代表。会议由水电水利规　划设计总院王柏乐设计大师主持。会议听取了成都院关于预可报告的全面汇报，并分规划、地质、水工、施工、机电、环　保、水库、造价八个专业组进行了认真的讨论和审议。审查认为，报告满足本阶段勘测设计内容和深度的要求，基本同意　该报告。本次会议的召开，是牙根水电站继河段开发方案通过审查之后取得的又一个重大阶段性目标的胜利，对于推进　牙根二级水电站的勘测设计进程和实现牙根水电站”十二五”期间开工建设具有重要的意义。　世界最高流速过流面开始混凝土浇筑　３月２１日，溪洛渡水电站左岸２号泄洪洞龙落尾段首仓混凝土开始浇筑。溪洛渡水电站泄洪洞龙落尾段设计流速　高达每秒５０　ｍ，是迄今为止世界建筑史上过流流速最高的断面。泄洪洞龙落尾由奥奇曲线段、斜坡段、反弧段和下直坡　段组成，该段高速水流集中，将７０％左右的总水头差集中在占全洞长度２５％的尾部，洞内流速也由龙落尾起始处的每秒　２５　ｍ增至反弧段末端的每秒５０　ｍ。这种布置方式减少了高流速段的范围和掺气减蚀的难度，有利于对高速水流问题进　行集中处理。为保护位于高速水流区的龙落尾段，避免泄流时洞内产生负压，减免空蚀对衬砌结构的破坏，设计上在奥　奇曲线段的起始端设置了与地面相通的补气洞，并在各段设置有掺气坎。溪洛渡水电站在左、右岸共布置４条断面为１４　ｍ×１９　ｍ的同等规模泄洪洞，为世界最大的泄洪洞室群，总过流能力达每秒１６　７００　ｍ　，约占工程总泄量的３４％；单洞室　过流能力达每秒３　８５８　ｍ　，也为世界之最。溪洛渡水电站左岸两条泄洪洞由水电七局承担施工，该局在泄洪洞龙落尾段　采用了白行设计研制的、具有自主知识产权的特大液压自行式钢模台车。钢模台车自重近３００　ｔ，在轨道上采用液压动　力驱动。混凝土采用罐车进行水平运输，电动葫芦提升料斗进行台车上的垂直运输，提升至台车后用三条可逆式皮带输　送入仓。泄洪洞龙落尾段首仓混凝土在左岸２号泄洪洞出１：１两侧边墙浇筑，单侧仓号高１４　ｍ，长９　ｍ，边墙厚度为１．５　ｍ，浇筑常态硅粉混凝土。据悉，采用常态混凝土浇筑洞室边顶拱是溪洛渡水电站的一个创举，对混凝土的温控防裂具　有划时代意义。　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ皿