襯砌混凝土溫控試驗(yàn)研究與裂縫原因分析

1、襯砌混凝土溫控試驗(yàn)研究與裂縫原因分析襯砌混凝土溫控試驗(yàn)研究與裂縫原因分析樊啟祥黎汝潮(中國三峽總公司)摘要：摘要：三峽永久船閘輸水系統(tǒng)襯砌混凝土，有不少的結(jié)構(gòu)段在12長度附近發(fā)生了裂縫。為了探明輸水洞和豎井地下結(jié)構(gòu)的溫度與應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，研究較為合理的溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控措施，以避免或減少裂縫，特別是危害性貫穿裂縫，在永久船閘北坡延長段進(jìn)行了觀測試驗(yàn)。主題詞：主題詞：永久船閘；襯砌混凝土；溫控；溫度應(yīng)力1前言前言三峽永久船閘輸水隧洞采用鋼筋

2、混凝土結(jié)構(gòu)，分別位于雙線船閘的南北坡及中隔墩巖石的底部，單線隧洞總長1733m，南北坡內(nèi)隧洞為單洞，中隔墩隧洞由混凝土襯砌分隔成南北線兩個(gè)洞室，共計(jì)三線四條主輸水廊道，分別向兩線船閘充泄水。輸水隧洞標(biāo)準(zhǔn)斷面為城門洞形，南北坡輸水洞襯砌標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.8m，為滿足隧洞表面抗沖耐磨的要求，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C30(泵送)。由于圍巖硬度大，彈性模量高等方面的原因，根據(jù)現(xiàn)場已澆筑施工的襯砌混凝土來看，有不少的結(jié)構(gòu)段在12長度附近發(fā)生了裂縫。為了探明

3、輸水隧洞襯砌混凝土的溫度、溫度應(yīng)力及應(yīng)變的分布規(guī)律，研究較為合理的溫控標(biāo)準(zhǔn)措施，以盡可能避免或減少裂縫，特別是危害性貫穿裂縫，在永久船閘北坡輸水平洞內(nèi)埋設(shè)了系統(tǒng)溫度觀測儀器，進(jìn)行了永久船閘輸水洞襯砌混凝土溫度與應(yīng)力觀測試驗(yàn)研究。2輸水系統(tǒng)襯砌混凝土性能試驗(yàn)情況輸水系統(tǒng)襯砌混凝土性能試驗(yàn)情況2.12.1原材料原材料(1)水泥為石門中熱525#水泥；(2)粉煤灰為重慶珞璜I(xiàn)級灰；(3)砂子為下岸溪人工砂；(4)石子為下岸溪人工碎石；(5)減

4、水劑采用JMⅡ泵送劑，引氣劑采用DH9。2.22.2混凝土配合比混凝土配合比混凝土配合比采用施工所用的實(shí)際配合比，見表1。表1輸水洞C30混凝土配合比主要參數(shù)外加劑混凝土各材料用量(kgm3)WBFA(%)砂率(%)JMⅡ(%)DH9(%)水泥粉煤灰砂小石中石水0.420410.60.25290737765585581452.32.3混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果混凝土力學(xué)性能、熱學(xué)性能及混凝土自身體積變形，分別見表2、表3、表4

5、、表5。表2混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果抗壓強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)7d28d56d90d120d180d7d28d90d23.330.435.145.81.751.963應(yīng)力與溫度觀測應(yīng)力與溫度觀測3.13.1輸水隧洞溫度與應(yīng)變觀測成果與初步分析輸水隧洞溫度與應(yīng)變觀測成果與初步分析(1)溫度觀測溫度計(jì)觀測成果表明襯砌混凝土溫度在澆筑后3天內(nèi)出現(xiàn)最高溫度，而且最高溫度值隨結(jié)構(gòu)部位的不同而變化，3天后溫度持續(xù)下降，7天內(nèi)降幅一般在8℃～17

6、℃之間，28天后溫度接近外界氣溫。埋設(shè)在巖體內(nèi)的溫度測點(diǎn)，受混凝土溫度變化影響較小，僅有小幅上升，到12月份趨于穩(wěn)定，約20%。混凝土表面的溫度相當(dāng)洞內(nèi)空氣溫度，隨氣溫而變化，波動(dòng)比內(nèi)部混凝土明顯，10月3日～6日由于氣溫驟降其溫度顯著降低；內(nèi)部混凝土溫度處于較均勻的下降過程；中部的二個(gè)溫度測點(diǎn)也在一定程度上受到了寒潮影響，表6NY9和NY10襯砌混凝土3天齡期拉應(yīng)力單位MPa部位PePtPdPzηKpNY9σRtkNY10NY10k表

7、面1.30.650.21.10.570.1060.760.5530.7451.350.5961.25中心1.00.650.21.10.6250.08940.760.4640.7451.6050.501.49巖面1.10.650.21.10.680.1070.760.558表7NY9和NY10襯砌混凝土7天齡期拉應(yīng)力單位MPa部位PePtPdPzηKpNY9σRtkNY10NY10k表面0.280.650.551.10.570.0630.

8、7030.3041.755.760.3275.34中心1.00.650.551.10.6250.24580.7031.1871.751.471.271.365巖面0.180.650.551.10.650.04510.7030.2321.757.450.2507.00表8NY9和NY10襯砌混凝土28天齡期拉應(yīng)力單位：MPa部位PePtPdPzηKpNY9σRtkNY10NY10k表面0.20.651.01.10.570.08150.65

9、0.3641.965.390.3925.00中心1.00.651.01.10.6250.4470.651.9951.960.982.150.91巖面0.580.651.01.10.680.2820.651.261.961.561.3571.45小21.4%，平均可減小10%；襯砌長度為8m時(shí)，hl=0.2，表面拉應(yīng)力可減小40%，平均可減小21%。顯然，襯砌長度縮短，拉應(yīng)力可大幅度減小，對抗裂是有利的。4.24.2干縮干縮采用CEBFI

10、P方法，干縮變形計(jì)算式為：εt=εsKbKeKpKt(3)式中：εs——與環(huán)境相對濕度有關(guān)的干縮；K6——配合比影響修正系數(shù)；Ke——構(gòu)件尺寸影響修正系數(shù)：Kp——含鋼率影響修正系數(shù)；kP=100100nρ(4)ρ——含鋼率，n=20；Kt——齡期影響修正系數(shù)。對于NY9和NY10試驗(yàn)段混凝土，當(dāng)環(huán)境空氣濕度UB=75%時(shí)，εs=250106，UB=80%時(shí)，εs=210106；Kb=0.7；理論厚度hm=7.00.83.5=1.6m，

11、取值0.30；Kt按含鋼率為2%計(jì)算得0.7143；按hm=1.6m，100天齡期取0.08，在10天以內(nèi)的齡期取0.04。按式(3)計(jì)算混凝土干縮εt1.51106(UB=75%)或1.26106(UB=80%)，100天以內(nèi)εt3.02106(UB=75%)或2.52106(UB80%)。如果按線膨脹系數(shù)為10106℃計(jì)算，僅相當(dāng)0.28℃～0.66℃溫度變化引起的變形。另外，減水利、引氣劑、粉煤灰的摻入，對干縮是有影響的。減水劑可