渠道衬砌薄壁素混凝土板裂缝成因分析及控制措施

王金凤，杨建春（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南　长沙　410000）



渠道衬砌薄壁素混凝土板裂缝成因分析及控制措施

王金凤，杨建春（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙410000）

南水北调引江济汉工程渠道为大型渠道，渠道底宽坡缓，坡面衬砌为12cm厚C20薄壁混凝土，多采用机械化或人工现浇混凝土施工。薄壁素混凝土板抗拉性能弱极易易产生裂缝，混凝土板裂缝的预防和控制是渠道衬砌工程的重点和难点。本文以南水北调引江济汉工程为例，通过对混凝土裂缝类型及成因分析，提出有针对性的处理方法和预防措施，为今后类似工程混凝土裂缝的预防及处理提供参考。

渠道衬砌；薄壁素混凝土板；裂缝；施工技术

1　引言

引江济汉工程渠道衬砌混凝土板具有厚度薄、面积大、属于薄壁刚性结构的特点，决定其既有常规混凝土抗拉强度较低、易出现表面裂缝甚至贯穿裂缝的共性，又有适应拉伸变形和不均匀沉降能力差的突出特点，裂缝一旦形成，很难自身愈合，裂缝的出现极大的影响渠道防渗效果和结构耐久性。如何预防和减少裂缝的产生、并对已产生的裂缝采取有效处理措施是引江济汉工程渠道衬砌的重点研究课题。

2　工程概况

南水北调中线一期引江济汉工程全长67.23km。设计为1级干渠，渠道以通水为主，兼顾灌溉与通航两种功能。渠道过水断面为梯形断面，渠底宽56.16～60.0m。边坡坡比为1：2.0～1：3.0。衬砌坡长16.21～22.93m，渠道采用C20W6现浇混凝土衬砌，渠底衬砌厚8cm，边坡衬砌厚12cm，底部为15cm厚砂石垫层。渠道边坡坡脚设置混凝土脚槽，顶部设置混凝土锁口石。渠道底板及护坡上设φ5cm排水孔。渠道横向每隔12m设置宽2cm通缝，每隔4m设置一条半缝，渠坡纵向全部为半缝；半缝宽度为1cm，深度为3cm。

图1　渠道衬砌混凝土断面图

3　裂缝形态及分类

渠道衬砌裂缝的形态很多，有横向、纵向、斜向、环形、放射形，有贯穿裂缝、表面裂缝等，分布于渠道板面的位置不同，发生的时间不同，经详细调查和统计分析将衬砌裂缝分为以下几类：

（1）Ⅰ类裂缝

贯穿裂缝，形状规则、裂缝长度一般较长（0.5～12m）、缝宽多大于2mm，主要发生在混凝土浇筑完成后3～5d甚至更长时间，平面分布呈现两侧护坡及切缝和锁口石周边较多、底板较少且横向纵向均有的特点（如图2～3）。

（2）Ⅱ类裂缝

表面裂缝，形状不规则、裂缝宽度不均且裂缝长短和深浅不一，一般在混凝土浇筑完成后的1～3h内产生。横纵相接呈网状分布，护坡坡面较多（如图4）。

（3）Ⅲ类裂缝

表面裂缝，裂缝深度较浅、走向无规律，缝宽一般小于2mm，多发生在混凝土浇筑后一周左右，呈放射状、排骨状或网状，护坡坡面较多（如图5）。

图2　切缝位置横向贯穿裂缝

图3　锁口部位纵向贯穿裂缝

图4　Ⅱ类裂缝

图5　Ⅲ类裂缝

（4）Ⅳ类裂缝

此类裂缝多发生在低温季节，裂缝周边混凝土疏松、表面砂浆剥离、骨料裸露，多发生在底板伸缩缝和受潮部位。

图6　Ⅳ类裂缝

4　裂缝成因分析

渠道混凝土裂缝产生的主要原因和出现频次见表1。

表1　渠道衬砌混凝土裂缝分类统计表

通过对裂缝进行统计、描述和分析，渠道混凝土裂缝成因见图7。

图7　裂缝产生主要原因分析鱼刺图

影响混凝土裂缝产生的主要原因如下：

（1）基础不均匀沉降；

（2）施工工艺影响；

（3）混凝土养护不到位、切缝不及时；

（4）混凝土配合比影响；

（5）大风、高温等环境影响。

5　防止裂缝出现的预防措施

5.1严控渠道开挖成型或回填料压实度

严格控制渠道开挖成型质量，尤其是超欠挖及开挖平整度，对坡面局部出现的欠挖采取人工开挖平整，对局部出现的超挖引起的松软基础，人工挖除后在铺设垫层前对地基进行夯实和加固。严控渠堤回填料压实质量，确保压实度满足设计要求，对渠道与建筑物交叉部位机械无法碾压部位进行人工分层夯实。渠道填方段在达到沉降期后进行混凝土衬砌。

5.2完善施工工艺对砂石垫层进行压实

渠道衬砌混凝土下设15cm厚砂石垫层，由于砂石垫层设计无压实度要求，松铺砂石垫层在混凝土浇筑时产生一定的沉降量，松铺垫层施工工艺易发生不均匀沉降，进而造成混凝土浇筑后极易产生裂缝。为解决此问题，现场采取改善砂石垫层施工工艺，增加垫层压实工序，采用平板振捣器对砂石垫层进行压实，可极大程度的减少松铺砂石垫层对混凝土面板质量的影响。

5.3改善混凝土养护方法、加强养护

混凝土初凝前采用喷洒养护剂的方式对未达到初凝的混凝土进行养护，初凝后的养护调整为铺设土工布洒水养护，确保混凝土养护到位，从而降低混凝土水化热升温，以减少裂缝产生。低温施工季节，采取铺盖保温膜及养护毯进行保温养护。

5.4及时切缝

切缝在衬砌板初凝后、混凝土表面具备切缝机操作条件时及时进行，在当日平均气温达到28℃时，切缝时间由混凝土浇筑完成后18h调整为13h开始切缝，当日平均气温在20℃时，切缝时间由混凝土浇筑后30h调整为23h开始切缝，并根据现场条件进行适当调整。

5.5改变混凝土配合比

对衬砌混凝土配合比进行优化调整，掺加适量减水剂，适当提高混凝土塌落度和砂率，在确保混凝土质量的同时提高和易性，以有利于现场施工和现场质量控制（如表2）。

表2　渠道衬砌混凝土设计配合比优化前后对比表

5.6合理调整施工时段

高温季节衬砌混凝土尽量选择早晚或者夜间浇筑，白天气温较高、日照较强时段进行仓面准备工作。同时，采取骨料降温、设防雨遮阳棚等措施，以降低混凝土入仓温度。

大风天气施工时，适当调整混凝土用水量，增加混凝土出机口的坍落度1～2cm。正在衬砌的作业面及时收面并立即养护，对已经衬砌完成段及时覆盖养护。

6　裂缝处理措施

缝宽≤0.4mm的裂缝，进行表面涂抹法处理，采用水泥基渗透结晶型防水材料或水泥基柔性防水材料对裂缝表面进行涂抹处理。

缝宽≥0.4mm的裂缝，由于裂缝较宽，进行凿槽嵌缝处理。嵌缝材料有水泥砂浆、水泥基柔性防水材料或聚硫密封胶等。

对于贯穿性裂缝，或裂缝较多的混凝土板，根据裂缝走向，垂直于伸缩缝划线，对直线范围内的混凝土板切割拆除。并对基础进行清理后，重新浇筑混凝土。

7　取得效果

通过采取以上预防措施，混凝土裂缝得到了有效的控制，尤其对Ⅰ类和Ⅱ类裂缝改善效果显著。经观察新浇筑的混凝土Ⅰ类裂缝已基本消除，Ⅱ类裂缝明显减少，Ⅲ、Ⅳ类裂缝有所减少，裂缝预防取得了良好的效果。

针对不同裂缝采取有针对性的处理措施，裂缝处理后均达到设计要求。

8　结语

混凝土裂缝产生的原因很多，且裂缝也是混凝土浇筑施工中普遍存在的一种现象，尤以渠道薄壁混凝土为突出。裂缝不能完全避免但通过采取一系列的措施可以在很大程度上减少裂缝的发生，南水北调引江济汉工程通过对裂缝成因的调查分析，提出有针对性的预防措施和裂缝处理措施，并对现场施工工艺、施工程序及混凝土配合比等进行优化调整和完善，取得了较好的效果，可为类似工程提供的值得参考和借鉴的经验。

［1］胡长明，高承恩.南水北调渠道衬砌裂缝的成因与处理的探讨［J］.四川水利，2011（14）.

［2］《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（DSBD5-2006）［S］.

［3］曹为民，刘世煌，曹雪玲.混凝土结构质量缺陷及裂缝处理技术规定（试行）［S.南水北调中线工程建设管理局，2007.

［4］张跃松.南水北调渠道混凝土衬砌施工技术［N］.华北水利水电学报，2010（10）.

王金凤（1985-），女，工程师，本科，主要从事水利水电工程方面工作。

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2016-4-2