浅析薄壁衬砌混凝土裂缝的种类成因与防治修补

邢维

摘要：本文针对南水北调渠道薄壁衬砌裂缝的实际情况，对裂缝的种类、产生原因进行了阐述，并从基础、混凝土自身和外界环境、人为因素三个方面提出了预防和控制裂缝发生的措施，同时介绍了新的裂缝处理方法，希望能对提高混凝土衬砌质量起到一定的借鉴作用。

关键词：衬砌；裂缝；防治；裂缝修补方法

1工程概况

南水北调潮河段第一施工标段工程位于新郑市境内，设计桩号为SH（3）133+380.8～SH（3）141+800，全长8.4192km，断面设计流量305m3∕s、加大流量365m3∕s，设计水位为123.154m～122.825m。本标段渠道为梯形断面，渠道内一级边坡为1：2，1：2.5和1：3.5三种，一级马道顶宽5m，渠道纵坡降为1/24000。全段采用混凝土衬砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm。混凝土衬砌强度等级C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。全段采用复合土工膜防渗，在渠底及渠坡复合土工膜下均铺设保温板防冻层。渠道内单边衬砌25257.6m，本标段衬砌开工日期2012年7月，竣工日期：2013年11月18日，历时16个月，高峰期月衬砌4500米，全体官兵共同努力下，完成了上级单位要求本标段在2013年11月30日前主体工程完工的计划。由于工期紧，任务重，现场施工稍有不慎，极有可能产生裂缝。

2裂缝种类及产生原因

裂缝是混凝土渠道衬砌中普遍存在的问题，通过现有的工程经验分析渠道裂缝的类型，大致可分为已下几类：

2.1 沉降裂缝 沉降裂缝多是由于基础面处理不当造成的，由于坡面平整度、地基土质不匀及浸水造成的不均匀沉降所致。渠道削坡基面或垫层平整度差，甚至凹凸不平，使面板浇筑厚度不同，造成面板柔性降低，抗拉应力也随之减小，从而造成应力裂缝；若基面土质不均匀或回填土体不密实，衬砌面板会产生局部的不均匀沉降，从而產生沉降裂缝。裂缝宽度与沉降量大小成正比，当基础变形稳定后，沉降裂缝也基本趋于稳定。此类裂缝一般存在于半挖半填或地下水位丰富渠段，裂缝部位大多集中于坡脚齿槽上方。

2.2 温度裂缝 混凝土浇筑后，由于水泥硬化作用产生水化热，从而使混凝土内部温度升高，而混凝土表面散热较快，内外较大温度差造成内部与外部热胀冷缩程度不同，产生一定的拉应力，当产生的拉应力超出混凝土的抗拉强度极限时就会产生裂缝，由于衬砌板厚仅8-10cm，受温差影响非常大，当混凝土内外温差大于15度，且于环境温差大于15度时，容易使表层裂纹发展为贯通性裂缝。此类裂缝通常走向无一定规律，纵横交错，大小不一。

2.3 收缩裂缝 收缩裂缝主要受水灰比、混凝土凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等因素影响。混凝土凝结前在高温或大风等外因影响下，混凝土表面失水过快，体积急剧收缩，当蒸发速率大于泌水速率时，会发生局部的塑性收缩裂缝。此类裂缝一般出现在混凝土表面，互不连贯，裂缝较浅。

2.4 养护裂缝 由于混凝土浇筑后养护不及时货措施不得力，会造成混凝土早期干缩，形成裂缝。

2.5 切缝影响 衬砌连续浇筑施工时不留伸缩缝，由于切缝时间受温度、施工组织、施工效率等影响造成切缝时间差别较大，若切缝时间过晚，混凝土内部产生的拉应力大于混凝土本身抗拉强度时，面板就会开裂；另外如果切缝深度不够，使切缝起不到及时释放应力的作用，也会导致裂缝。

2.6 其他 由于施工原因造成的裂缝：混凝土原材料不合格、配合比不合理、拌合不均匀、骨料离析、温控不严、振捣不足、保护不及时、混凝土浇筑不连续造成施工冷缝等。

引起裂缝出现成因，总体可以归纳为以下三个方面：

①基础方面影响；②混凝土自身和外界环境影响；③人为因素影响。

3裂缝的预防措施

3.1基础影响方面的预防措施

3.1.1同一段渠道必须采用同一种压实度控制的填筑土体，填筑完成后需满足沉降期后方可施工；

3.1.2对原状土承载力不足部位需采用基础加强措施，如土挤密桩、强重夯、换填等施工措施增加土体强度；

3.1.3对于渠坡削坡后超挖小于10cm，可通过反滤料补平，当超挖大于10cm时，需在超挖范围内采用不小于M5的水泥砂浆回填后，在此基础上进行土工膜铺设及渠坡衬砌混凝土浇筑；

3.1.4对于沙性土体渠段或高地下水位渠段，应快速施工，以避免风吹日晒降雨等外界条件对土体的影响；

3.1.5采用加大齿槽体积的方式增大衬砌面板下方支撑力，能有效防止沉陷裂缝出现。

3.2混凝土自身和外界环境影响方面的预防措施

3.2.1根据工程实际，配置最优配合比，尽量降低水泥用量，可通过外加剂改善混凝土各种性能。

3.2.2料仓选择要符合设计要求，避免骨料暴晒或受冻，保证采用合格的原材料。

3.2.3时刻关注外界环境变化以及天气预报，提早做好保温、保湿等防范工作。

3.3人为因素影响的预防措施

3.3.1浇筑前工序质量控制要保证：砂垫层要夯实并刮平；保温板要紧贴坡面，板间不存在错动；保证土工膜平整度和摩擦力，防止土工膜褶皱，避免在混凝土浇筑时土工膜出现鼓包、下滑等现象。

3.3.2严格按照设计要求配制混凝土，保证混凝土的各种参数达到设计要求。同时加强拌合站的管理，做到入仓混凝土均是合格料。

3.3.3安排专人进行混凝土养护，养护采用养护布、草帘等浸湿后覆盖，养护时间不得少于28天。

3.3.4混凝土浇筑不连续造成的施工冷缝，可将连接缝调整到设计伸缩缝的位置，使其重合作为永久施工缝处理

3.3.5坡面混凝土浇筑成型后，及时在坡顶设置挡水土埂，防止雨水从压顶下灌入面板下部，掏空垫层导致沉降断裂；

3.3.6制定规章制度，加强现场管理，重视对成品混凝土的保护，杜绝此类裂缝的产生。

4裂缝修补方法

以往衬砌裂缝的处理大都采用环氧胶泥、丙乳砂浆、水泥基涂料等处理，采用刚性材料不适合变形，采用低强度柔性材料，需要凿深槽，施工难度大，造价高，且凿槽深度大于宽度易剥离。在此介绍一种修补衬砌混凝土面裂缝的新技术，该技术属于河南省重大公益科研项目（101100911100）子专题“渠道防渗加固新材料与施工工艺研究”的科研成果。国家发明专利：一种渠道混凝土面板裂缝防渗处理方法。（ZL2009 1 0066375.7）

4.1工艺流程

骑裂缝划线→磨槽→清理尘土→槽两侧粘贴牛皮胶带→骑缝粘贴牛皮胶带→涂刷底涂剂（同时拌制HPC胶）→分层上胶→去胶带。

4.2 操作工艺要点

第一步：骑裂缝划线：采用专用划线器，确保缝两侧标线与缝之间距离相等，标线距离不少于60mm。

第二步：磨槽：用角磨机带动切割片沿标线切割，深度不低于3mm。切线之间进行磨槽，缝部位槽深度应不少于5mm。

第三步：清理尘土：用角磨机带动钢丝轮清除槽两表面灰浆；用吹尘机吹去表面灰尘。

第四步：槽两侧粘贴牛皮胶带：沿槽边沿粘贴牛皮胶带，槽内部分壁纸刀割除。

第五步：骑缝粘贴牛皮胶带：胶带宽度5～10mm，裂缝形状不规则，胶带骑缝粘贴，各段搭接成一体。

第六步：涂刷底涂剂：槽内涂刷专用DT-2底涂剂，用多少配制多少，涂刷充分均匀发亮，用量300g/m2左右。

第七步：拌制HPC胶：按照甲乙组分重量比例1：1称量，在聚乙烯菜板上充分拌合均匀。每次拌胶量不易太多，一公斤适宜，放置20分钟后（不超过50分钟）使用。

第八步：分層上胶：槽内用批灰刀和专用涂刮器分层上胶，每次间隔不超过2小时，涂刮器可以调节每次涂刮厚度。刮第一道后，发现有气泡及时扎破处理，确保面层光亮无气泡。

参考文献：

[1]金俊，王朋辉等.南水北调中线干线工程混凝土拌合物生产质量控制作业指导.2013.4

[2]刘秋常，李舜才等. 南水北调中线干线工程混凝土常见质量缺陷处理作业指导.2013.

[3]马斌，姜仁贵等.南水北调中线渠道混凝土裂缝成因分析及处理.2009.

[4]关于加强南水北调中线工程渠道衬砌管理的若干意见.（国调办建管[2013]86号）

[5]耿福明，罗辉等.渠道混凝土衬砌机械化施工单元工程质量检验评定标准（NSBD8-2010）