浅谈渠道薄壁混凝土衬砌裂缝控制技术

，

(中国水利水电第十工程局有限公司二分局，四川 都江堰，611830)

1　工程概况

南水北调中线干线镇平三标渠道衬砌设计桩号为K76+100～K87+925，全长11.825km，渠道采用梯形断面，混凝土设计标号为C20W6F150，设计衬砌边坡坡比为1∶2～1∶3，边坡坡长20.64m～29.25m，成型后渠底宽度为17m～22m，渠坡混凝土板厚10cm，渠底混凝土板厚8cm，混凝土板纵横向以4m设一道分缝，渠道薄壁混凝土施工面积约78.55万m2。渠道衬砌薄壁混凝土结构能有效地防止渗漏，降低渠道糙率，若裂缝较多会影响混凝土的质量和使用寿命，甚至遭到破坏达不到防渗效果。渠道衬砌结构见图1。

图1　渠道衬砌结构断面

2　渠道薄壁混凝土裂缝产生的原因

渠道薄壁混凝土容易产生裂缝的原因主要有材料性质和配合比、施工环境和工艺、地基变形、荷载等因素。

(1)与材料性质和配合比有关的因素：混凝土的水泥用量大、骨料含泥量过大、级配不良等引起混凝土表面裂缝。

(2)与施工工艺有关的因素：混凝土下的改性土填筑、排水板和复合土工膜等工序施工未达到设计要求时，出现不均匀沉降，薄壁混凝土承受荷载后会产生变形造成荷载裂缝；混凝土过度振捣、切缝时间不当、养护不当等产生裂缝。

(3)与环境条件有关的因素：施工温度超过30℃，低于5℃和干旱、多风、日晒的天气施工时，薄壁混凝土由于内外温差超过20℃和表面失水过快均会不同程度地形成表面裂缝。

3　渠道薄壁混凝土裂缝的控制

3.1　衬砌前工序质量的控制

3.1.1改性土填筑质量控制

本标段渠道改性土换填厚度为1m，改性土设计填筑压实度不小于0.98，换填施工时改性土的含水率应控制在最优含水率附近，其上、下限偏离最优含水率不超过-2%～+3%。作业面应分层统一铺土、碾压，采用平土机具进行整平作业，严禁出现界沟。碾压过程中若发现局部“弹簧土”、松土层或剪切破坏等质量问题时，应及时进行处理。

渠道改性土填筑与刚性建筑物相接时，填筑前应清除建筑物表面的乳皮、粉尘及油污等。填筑时，必须先将建筑物表面湿润，边涂泥浆、边铺土、边夯实，涂浆高度应略高于铺土厚度，涂层厚宜为3mm～5mm，并应与下部涂层衔接。

渠堤严格按照设计要求填筑碾压，填筑完成后的沉降量才会比较小，堤身也能在较短时间沉降到稳定状态，在渠道混凝土衬砌时因渠堤土方沉降而产生的裂缝也能降到最低。

3.1.2衬砌基面处理

(1)压实后的改性土渠坡宜采用削坡机削坡整平，条件不具备时可采用反铲粗削并预留一定厚度保护层，采用人工精削至设计层面；

(2)排水板铺设前应按设计要求对材料进行检查，不得使用尺寸不够、局部凹陷的排水板。排水板槽采用人工切槽、开挖和安装，安装过程中要避免出现架空现象；

(3)复合土工膜铺设应自然松弛，与基面贴实，不应出现褶皱现象。

混凝土衬砌面板下基础平整密实，混凝土在浇筑过程中则不会产生混凝土振捣不密实或局部凹陷，保证了衬砌混凝土的质量，降低衬砌混凝土自身沉降产生裂缝的可能性。

3.2　原材料的控制

3.2.1水泥

水泥采用河南市天泰水泥有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，该水泥供应商提供的普通硅酸盐水泥符合《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)中P.O42.5普通硅酸盐水泥的相关要求。

3.2.2集料

粗集料采用南阳牡丹垛石料场生产的5mm～20mm、20mm～40mm碎石，经检测该粗集料含泥量、泥块含量、吸水率、坚固性、有机质含量、表观密度、硫化物及硫酸盐含量指标符合《水工混凝土施工规范》(SDJ207-82)对粗集料的品质要求。

细集料采用竹园寺砂场生产的天然中砂，经对细集料进行颗粒级配、含泥量、泥块含量、坚固性、表观密度、饱和面干表观密度、吸水率、硫酸盐及硫化物含量、有机质含量、云母含量检验，满足《水工混凝土施工规范》(SDJ207-82)对细集料的品质要求。

3.2.3粉煤灰

粉煤灰采用南阳鸭河口发电有限公司生产的I级F类粉煤灰，根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)对I级F类粉煤灰的技术要求，对粉煤灰的细度、需水量、烧失量、SO3含量和含水量、密度进行检验，满足要求。

3.2.4外加剂

根据《混凝土外加剂》(GB8076-2008)的要求，对山西凯迪建材有限公司生产的KDSP-1聚羧酸高性能减水剂(液体)、KDSF引气剂(膏状)进行减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差、抗压强度比等项目检测，满足规范要求。

3.3　配合比设计

3.3.1配合比设计基本要求

(1)衬砌混凝土配合比应满足耐久性、强度和经济性等基本要求，并适应机械化施工的工作性要求；

(2)混凝土宜掺用外加剂和掺合料，以降低水胶比减少用水量，防止混凝土施工过程中水分蒸发产生收缩裂缝；

(3)混凝土拌和物的坍落度宜为7cm～9cm，便于衬砌机布料作业。

3.3.2配合比调整试验

依据JGJ55-2000《普通混凝土设计规程》，本次衬砌混凝土配合比设计中，选择0.45、0.50、0.55三个水灰比进行试验。试验结果见表1。

表1渠道衬砌混凝土配合比调整成果汇总

3.3.3施工配合比

根据对试验结果进行综合分析，建议施工用混凝土配合比见表2。

3.4　混凝土浇筑过程中的控制

3.4.1布料及摊铺

为减少混凝土发生骨料分离，坡面上布料应从下向上连续进行，及时清除混凝土中过度集中的粗骨料。

衬砌机行走时应及时将振动打开，振动碾压过程中，使混凝土不过振、漏振或欠振，达到表面出浆。

3.4.2边角处的人工填补及振捣

渠坡衬砌的顶部、底部及模板周边易出现缺料、振动碾压机振捣不到位的地方，应人工及时补料，并用插入式振捣器进行辅助振捣，充分保证边角处不出现蜂窝、麻面，保证混凝土的密实性。

3.4.3机械抹面

混凝土摊铺机后面的摊铺宽度约有4m以上时，便可用抹光机进行抹面、收平、进一步提浆，首次抹面时，混凝土表面还比较稀软，尽量从下而上进行，抹光机每次移动间距为2/3圆盘直径，在连续作业时能保证不发生漏抹、表面大面平整均匀一致。

坡顶及坡底抹光机不能到的位置全部由人工进行抹面和收光，两侧有边模的位置机械抹面后，因有边模及施工分缝板的影响，为保证其抹面效果，应用人工及时进行修理。当混凝土开始初凝时，由人工连续抹面压光3遍，以表面平整、提出的浆面均匀为宜。

3.4.4人工收光

用抹面磨盘对混凝土表面进行磨平后，过早不易压光，会有划痕，过迟会因局部的不平，出现有抹不到的地方，并且表面发白，整体显示为花斑面。当表面有些硬化，初凝前用手轻压，表面发硬、但稍有痕印时，便可及时进行压光处理，消除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑无抺痕。

3.4.5混凝土伸缩缝施工

在混凝土衬砌施工过程中，当一次性衬砌面积过大或衬砌时气温较高时应预留衬砌缝，每32m预留一道横缝，防止混凝土面板过大而产生温度裂缝。衬砌完成后应及时切割伸缩缝，切割伸缩缝应在衬砌混凝土抗压强度为1MPa～5MPa时进行，不同气温条件下最佳切缝时间可参考表3。

3.5　施工环境的控制

3.5.1高温施工

薄壁混凝土施工温度不宜大于28℃，日最高气温超过30℃时，宜选择在早晨、傍晚或夜间施工，并采取骨料降温、加深井水降温等措施控制混凝土入仓温度≤28℃；当现场气温超过35℃时，停止施工。

骨料的温度控制主要通过搭盖凉棚和洒水降温来进行。搭盖凉棚可避免太阳光直射，减少骨料吸热，浇筑前2h～3h再用洒水车运深井水(约16℃左右)对粗、细骨料进行充分的洒水降温。采取以上方法降温后，浇筑前粗骨料内部温度约为24℃，细骨料内部温度约为26℃，降温效果相对较明显。

白天气温较高，即使采用多种降温措施也很难保证混凝土的入仓温度，而夜间浇筑，特别是后半夜浇筑，气温相对较低，采取温控措施后，比较容易控制混凝土的入仓温度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天进行，而把混凝土浇筑安排在夜间进行。

通过温控措施，使夏季混凝土出机口温度控制在18℃以内，入仓温度控制在28℃以下，能有效地控制温度裂缝的产生。

3.5.2风天施工

根据天气情况，适当调整混凝土外加剂的掺量和用水量，确保混凝土入仓时塌落度满足施工要求。当风速小于4级时，边衬砌边覆盖土工布进行施工，同时初凝前混凝土表面用洒水车喷头进行喷雾养护，当风速超过4级时停止施工。

3.5.3低温施工

当日平均气温连续5d稳定在5℃以下或现场最低气温在0℃以下时，本工程采取调节拌和水温度、增加骨料搅拌时间的措施，以保证拌和物的入仓温度不低于5℃，当日平均气温低于0℃时停止施工。

3.6　混凝土养护

3.6.1养护方式

本工程由于采用普通硅酸盐水泥，混凝土早期水化热较大，主要采取薄膜或土工膜进行覆盖，能有效地保湿，气温较高时，水分蒸发比较快，需经常揭开查看，必要时局部有必要进行补水。

3.6.2保温养护

冬季施工温度低于0℃，对刚完成抹面收光的混凝土采取土工膜进行保温养护，使内外温差不大于20℃，达到防裂要求。

4　结语

混凝土产生裂缝会影响整个衬砌混凝土的外观质量和渠道安全，而处理裂缝需要大量人力物力，造成很大的经济损失。因此，在渠道混凝土衬砌施工过程中，对原材料、施工工序严格控制，将这些因素导致衬砌混凝土产生裂缝的可能性降到最低，只有这样，才能减少衬砌混凝土产生裂缝，从而取得好的施工质量和经济效益。