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隧洞垫层混凝土结合面软弱夹层成因分析及处理措施

更新时间:2016-07-05

1 工程概况

辽宁省重点输水工程16号支洞主洞控制段长度6 449 m(桩号100+493~106+942),采用钻爆法施工。根据地勘成果,该段围岩以中二叠世二长花岗岩为主,岩石微风化,夹少量弱风化,坚硬岩,节理裂隙较发育,岩石完整~完整性差,主要结构面产状起伏光滑~平直粗糙,微张裂隙充填岩屑,地下水活动呈渗滴水状,局部成线型滴水。隧洞开挖完成后同步施工底板垫层混凝土,半幅铺筑施工。为确保在垫层施工时不阻断洞内交通运输,垫层分左右两幅施工。首先清理底部虚渣,人工配合挖掘机将底部虚渣清理后,采用高压风和高压水将底板清理干净,底面积水由人工清理干净。拌合站集中生产混凝土,罐车运输,通过溜槽入仓,插入式捣固棒人工振捣。垫层混凝土采用C30W10F200,设计厚度150 mm。

为控制垫层混凝土施工质量,对垫层混凝土进行抽样取芯检测。由于隧洞底超挖,垫层混凝土厚度普遍大于150 mm,满足设计厚度,但局部洞段垫层混凝土与围岩基面之间存在软弱夹层,软弱夹层较为松散,不具有可塑性,由小石块、砂粒及粉末状物质组成,夹层厚度在0~100 mm之间,个别夹层厚度超过100 mm。

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2 软弱夹层形成原因分析

软弱夹层的形成主要有以下五个方面的原因。

1)钻孔取芯施工工艺原因。取芯钻机在钻孔过程中会对混凝土及岩石产生较大扰动,特别是在岩体完整性差、基岩面不平整等部位,混凝土和岩石两种介质相互摩擦、碰撞,造成结合部位破碎,产生碎石及中砂,沉淀于孔底形成软弱夹层。

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取施工期隧洞洞内汽车荷载作为底板的外力,此时底板下无地下水压力,取隧洞内汽车均布荷载10.5 kN/m2,人群荷载2.5 kN/m2,取底板厚度0.3 m,1 m长的底板进行计算,底板的弯矩和剪力图如图1和图2。

5)混凝土浇筑过程分析。通过留存的垫层混凝土浇筑前检查照片追溯,对现场浇筑过程进行分析,经过验收合格的仓面,由于堵头模板在凸凹不平的岩石上封闭不严,导致临仓水渗入,施工时未能有效排除渗漏水,特别是垫层底面坑洼处,渗漏水冲刷未凝固的混凝土,将混凝土中的水泥浆带走或稀释,导致垫层混凝土底部胶凝材料流失,混凝土骨料形成富水层,对岩体及混凝土侵蚀,在垫层混凝土浇筑后造成混凝土与岩面接触处无强度或强度很低,施工中重车通行,下部受挤压及地下水侵蚀形成松散状软弱夹层。

3 软弱夹层对衬砌质量的影响分析

通过计算可知,在施工期间,底板混凝土产生拉应力,软弱夹层的存在不能满足底板结构受力要求。

2)钻爆法施工工艺原因。钻爆法施工过程中,不可避免的在底板形成锯齿状开挖轮廓面,而且在爆破过程中形成较多爆破裂隙,底板清理过程中会自然形成凸凹起伏状岩石,这些岩石本身胶结差而且与混凝土胶结一般,钻孔时更易产生破坏,从而形成块状碎石沉淀于孔底。

4)施工地质条件原因。该段围岩以中二叠世二长花岗岩为主,岩石微风化,夹少量弱风化,坚硬岩,节理裂隙较发育,岩石完整~完整性差,主要结构面产状起伏光滑~平直粗糙,微张裂隙填充岩屑,地下水活动呈渗滴水状,局部成线性滴水。垫层存在软弱夹层段基本存在地下水出露,底板冒水或边墙渗水。

3)20~40 mm混凝土骨料原因。混凝土垫层配合比中选用的粗骨料最大粒径为20~40 mm,钻孔过程中一旦破坏便形成至少40 mm孔洞,从而形成软弱夹层。

图1 底板弹性地基梁计算的弯矩图

图2 底板按弹性地基梁计算的剪力图

1)施工期的影响分析。由于软弱夹层由小石块、砂粒以及岩粉组成,成分较复杂,而且厚度分布不均。采用弹性地基梁模型(文克尔模型)对底板进行计算,取软弱夹层厚度为H=100 mm,弹性模量Es取7 MPa,地基系数K=Es/H,计算得到地基系数70 000 kN/m3

2)运行期的影响分析。隧洞垫层下部软弱夹层为小石子、砂砾,透水性强,垫层下围岩与边顶拱两侧围岩形成连通通道,容易聚集承压水。在正常运行期间隧洞内有水时,扬压力不会对底板产生影响,但在隧洞检修放空时,由于扬压力过大而使仰拱表面产生拉应力,容易导致混凝土被破坏。

为了消除软弱夹层对底板结构造成的不利影响,以II、III类围岩为例,设计采取以下三种处理方案。仰拱设置排水孔的,按梅花形布置,排水孔入岩石500 mm,钻孔孔径60 mm,间距2 m。排水孔内填塞RCP渗排水片材。

4 处理措施

16号支洞控制段隧洞为马蹄形断面,由于在IV类(衬砌厚度0.4 m)、V类(衬砌厚度0.5 m)围岩洞段,设计时已经考虑了地下水和围岩软弱对隧洞衬砌的影响,因此即使存在较薄的软弱夹层,IV、V类围岩的衬砌仍能满足要求。对II类、III类围岩洞段,衬砌厚度为0.3 m,由于衬砌不配筋(II类与IIIa类围岩洞段)或配构造筋(IIIb类围岩洞段),如垫层下存在软弱夹层,在垫层下汇聚承压水,底板混凝土与围岩间的粘结力大大降低,将不能满足结构受力要求。

传统观点认为,金融中介和资本市场这两个金融系统的不同组成部分对实体经济的影响是相互独立的。而它们在影响技术进步时,由于自身的特点导致其在面对创新时的反应大相径庭。

1)方案1:底板加强配筋。取地下水水头12 m,隧洞底板厚度取0.3 m,按分离底板(取跨距5.3 m)和整体衬砌结构分别进行计算,计算结果均应配钢筋E16@200。

2)方案2:底板配筋+排水孔。取地下水水头12 m,仰拱厚度300 mm进行计算,当垫层下部存在软弱夹层时,仰拱弹抗选取参照IV、V类围岩的弹抗来考虑,同时考虑底板设置排水孔(间距2 m),地下水渗透压力按照0.25的系数折减,计算结果仰拱应配钢筋E16@250。

3)方案3:底板配筋+排水孔+锚杆。取地下水水头12 m,仰拱厚度按照300 mm计算,当垫层下部存在软弱夹层时,仰拱弹抗选取参照IV、V类围岩的弹抗来考虑,同时考虑底板设置排水孔(间距2 m),地下水渗透压力按照0.25的系数折减,计算结果仰拱应配钢筋E12@200,锚杆为φ22L=2500@2.5 m。三种处理方案汇总见表2。

全民健身是广大人民群众在闲暇时间开展的、以身体运动为主要手段、以提高健康水平为主要目的的体育活动形式[1]。据相关研究显示,加拿大2000年有48%的人参加体育锻炼,美国2005年“积极参加体育锻炼”的人口比例是49%,芬兰2005—2006年间有39%的成年人每周参与高强度锻炼或5次以上中等强度锻炼,而我国2014年20岁及以上经常参加体育锻炼的人数为14.7%,与发达国家相比,我国全民健身的参与人数还处于较低水平[2],不过近年来我国的健身人数已在逐步增长。本文基于创意理论视角,对全民健身新的参与方式进行分析,并提出相关建议,以期为新形势下我国全民健身的发展提供借鉴。

表2 三种处理方案汇总表

加强配筋(E16@200)配筋(E16@250+排水孔)配筋E12@200+排水孔+锚杆II、III类围岩横向E16@200纵向E12@200 II、IIIa围岩横向E16@250纵向E12@200+设置排水孔II、III类围岩纵横向E12@200+排水孔+锚杆

5 结语

综上,无论在工程施工期,还是在运行期,由于软弱夹层的存在,对输水隧洞衬砌混凝土整体结构受力均造成不利影响。16号支洞主洞控制段针对隧洞底板开挖和围岩类别情况,采用了以上三种措施对存在软弱夹层的部位进行处理,经工程实践证明,三种措施均是有效的。

秦增平
《东北水利水电》 2018年第05期
《东北水利水电》2018年第05期文献

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