渠道机械化衬砌混凝土裂缝分析及防治

□李孟军（河南水利第一工程局）

一、引言

南水北调工程是中国的特大型基础设施项目。从丹江口水库引水，经河南省、河北省到达北京。南水北调工程建设的目的是通过跨流域调水，进行水资源合理配置，解决北方水资源严重短缺问题，保障缺水地区经济、社会与人口、资源、环境的可持续发展，因此保质量、保工期、保通水后正常运行是每个参建单位的终极目标。

南水北调新乡段过水断面渠道内坡衬砌混凝土面板设计厚度10cm，底板设计厚度8cm，属于裸露面积大的薄壁结构混凝土。受结构形式及外部施工环境等因素影响容易产生裂缝。裂缝的出现不但会影响渠坡结构的整体性和刚度、外观以及渗漏水，还会加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性，对渠道的稳定安全运行产生不利影响。为了确保衬砌混凝土面板工程质量，打造精品工程，确保通水后正常运行，加速地区经济的协调发展，造福子孙后代，必须找出和分析产生裂缝的各种因素，并采取有针对性的措施，防止和减少混凝土面板裂缝的产生

二、渠道衬砌混凝土面板典型裂缝及其产生的原因

渠道衬砌结构型式图

（一）渠坡结构型式

如图1所示，渠坡下部齿槽与集水暗槽之间基础地质不均一，集水暗槽内砂密实度没有达到设计指标容易引起裂缝。

（二）塑性收缩

混凝土拌和物拌和时水灰比控制有误，浇筑过程中水灰比发生了变化容易引起混凝土面板塑性收缩。

（三）砂石料粒径级配不合理或含泥量超标

沙石料粒径级配不符合规范要求，原材料含泥量超出规范要求都易引起裂缝。

（四）运输、入仓、振捣环节控制不严

运输设备能力不足，入仓方式不当，振捣不密实也易引起裂缝。

（五）沉降裂缝

南水北调渠道衬砌施工顺序为先渠坡衬砌后渠底衬砌，如渠道衬砌结构型式图所示，渠坡下部齿槽外侧因养护水浸泡地基变软，齿槽混凝土因本身的重量和斜坡的作用产生局部不均匀沉降引起裂缝。

（六）特殊气候施工控制不当

风天、高温、低温天气衬砌施工时坍落度、入仓温度控制不当引起裂缝。

（七）混凝土面板养护及切缝时间

养护时间短，养护方式不正确，不能满足混凝土面板养护要求和不及时切缝，混凝土面板表面水分散失过快，造成表面裂缝。

（八）衬砌机械设备

混凝土浇筑过程中衬砌设备出现故障，中间间歇时间过长，容易在混凝土面板中间形成一条冷缝。

三、衬砌混凝土裂缝控制措施

经过现场调查、研究，针对衬砌混凝土面板裂缝产生的原因，采取有效措施进行控制。

（一）针对渠坡结构型式产生裂缝采取措施：增加集水暗槽部位砂料的含水量，将其含水率控制在10%～1 2.6%，减小分层夯实厚度，并加强夯实提高了砂垫层的密实度，达到设计要求，减小了基面不均匀沉降，另在集水暗槽上部离坡脚水平距离30cm处增加一条沿水流方向的纵向切缝，切缝宽度1cm，深度2cm，使由于不均匀沉降产生的混凝土表面拉应力在诱导缝中损失掉。

（二）针对混凝土浇筑过程中水灰比发生变化，采取混凝土拌和站的计量器具定期检验校正，每班称量前，对称量设备进行零点校验。严格按照签发的混凝土施工配料单进行配料，严禁擅自更改。对各种原材料的配料称量进行检查并记录。如发现问题应立即处理。要求检试验人员在每车混凝土入仓前测量混凝土的塌落度及和易性，确认水灰比误差在规范允许范围内才入仓浇筑。

（三）严格控制砂石料质量，检测合格后允许进场。不同规格的砂石料分仓堆放，严禁混淆。

（四）科学安排入仓方式，根据入仓方式计算入仓强度，然后合理安排性能良好的运输设备以保证混凝土入仓强度。进行岗前技术培训，加强班前技术交底，振捣工落实到人。

（五）改变传统的混凝土养护方式，经项目部仔细研究，为保证衬砌混凝土质量，混凝土面板在切缝完成后粘贴专用养护膜养护，既保证了混凝土面板质量，又避免了因经常洒水造成的坡脚基础变软齿槽混凝土沉降。

（六）根据天气情况，应适当调整混凝土外加剂的掺量和用水量，确保混凝土入仓时的坍落度满足施工要求，同时应进行混凝土表面喷雾养护。日最高气温超过30℃时，选择在早晨、傍晚或夜间施工，并采用添加缓凝剂、控制水温等措施。当气温超过35℃时，停止施工。日平均气温连续5d稳定在5℃以下或现场最低气温在0℃以下时，添加防冻剂、控制水温等措施，保证混凝土拌和物的入仓温度不低于5℃，日平均气温低于0℃时，停止施工。

（七）改变传统的养护方式，使用专用养护膜养护，既保证了混凝土面板不因经常洒水而造成的基础沉降裂缝，也避免了齿槽沉降裂缝。而混凝土切缝时间的控制也是预防裂缝的重要因素，混凝土浇筑完成后，待混凝土抗压强度达到1～5MPa时及时进行切缝。

温度及最佳切缝时间的对应关系表：

（八）针对衬砌机械设备出现故障而造成混凝土冷缝的现象，主要采取加强衬砌设备的日常保养和浇筑前的全面检查及试运转。然而即使做再好的准备也很难避免浇筑过程中衬砌机械出现故障，当衬砌机械故障出现时首先根据经验判断修理恢复需要的时间并与混凝土初凝时间比较，如果等待机械修理的时间小于混凝土初凝时间，则耐心等待，并在机械修理完成继续铺筑混凝土之前用手提振捣棒对结合面进行振捣；若机械故障修理时间长于混凝土初凝时间，则将离已浇筑面的最近伸缩缝作为本次浇筑的结束位置（混凝土面板每4m设置一道伸缩缝），多铺筑的混凝土清理出坡面，另行处理。

四、结束语

南水北调中线一期干线工程新乡段是南水北调工程在河南省境内的重要组成部分，通过对大面积薄壁结构混凝土裂缝产生的原因进行分析和总结，进一步制定和完善了防止和减少薄壁结构混凝土裂缝的具体措施，对指导今后南水北调工程渠道机械化衬砌施工有重要的意义。