济平干渠衬砌混凝土质量缺陷分析与处理

王自民，刘 岩

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109）

济平干渠工程是南水北调东线首批开工的项目之一，渠道采用梯形明渠全断面防渗衬砌型式，为薄板素混凝土结构。采用人工与机械化相结合施工，平阴段主要为人工衬砌，长清至小清河眭里庄跌水段主要为机械衬砌。由于机械化施工工艺尚不成熟，造成部分衬砌混凝土产生表面冻融及裂缝等缺陷。为此，原山东省南水北调工程建设指挥部组织有关技术人员成立了济平干渠混凝土衬砌缺陷处理项目组，负责调查分析混凝土衬砌缺陷产生的原因，提出混凝土衬砌缺陷防治措施，并编制混凝土衬砌缺陷处理技术。

1 缺陷调查、检测及成因分析

1.1 衬砌混凝土表面冻融调查及成因分析

经调查，长清段于2005年12月份进行衬砌施工，由于当时气温较低，冬季养护措施不到位，导致混凝土表面水分结冰，融化后形成麻面，严重影响混凝土耐久性和外观的要求，其它非冬季施工的标段很少出现这种情况。

1.2 衬砌混凝土裂缝调查、检测及成因分析

1）裂缝的调查、检测。主要调查了混凝土裂缝宽度、长度及形状、是否贯通、缝内有无异物及裂缝宽度的变化等情况。主要有以下几种：（1）渠坡纵向裂缝。大部分出现在渠坡中间，裂缝长度长短不一，长的贯穿整个施工板块，短的在1.0m以内，裂缝宽窄不一，宽的在0.5～3.0mm左右，窄的在0.5mm以下；（2）渠坡横向裂缝。该裂缝出现在未切割的混凝土板上，约30m就有一道，宽度在1.0～3.0mm；（3）混凝土板表层裂缝。该裂缝宽度在0.2mm以下，在整块板（3m×3m）上分布不规则，数量少者几条，多者10～30条，该裂缝均集中出现在相邻的几块板上，下游标段较多；（4）渠坡和渠底局部沉陷和空鼓造成的裂缝。

2）裂缝成因分析。济平干渠下游标段的混凝土板主要采用机械化设备衬砌。《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（NSBD05-2006）中规定：切缝施工宜在衬砌混凝土抗压强度为1～5MPa时进行，即在混凝土终凝时就应开始切割。而下游部分标段2005年12月浇筑混凝土，项目组2006年3月现场调查时局部伸缩缝尚未切割，因此产生了上述的第一种和第二种裂缝，属于贯穿裂缝；机械化衬砌对混凝土拌和物的坍落度和养护均有严格的要求，第三种裂缝则是由于混凝土坍落度过大或初期养护不当造成的，属于浅细裂缝；第四种裂缝中，渠坡和渠底局部沉陷是由于基础不均匀沉降引起的，渠坡和渠底局部空鼓是由于渠道内外水压差形成的扬压力造成的。

2 缺陷处理

2.1 处理原则

济平干渠混凝土衬砌缺陷处理主要遵循以下原则：1）表面冻融破坏的混凝土衬砌板修补后应满足混凝土强度、抗冻、防渗和美观的要求。2）裂缝修补后应满足界面粘接强度要求，涂层和填充物弹性好，拉伸率大，能适应热胀冷缩变形和外型美观的要求。3）缺陷处理时，要考虑渠道混凝土结构的特点、环境条件、时间、空间等因素，选择适当的处理方法、修补材料和工艺，以最低的工程费用达到预期的修复目标。4）选择修补材料时，要考虑修补材料对水质的污染和修补材料在特定环境下的耐久性。

2.2 混凝土表面冻融处理

项目组此次在混凝土表面冻融破坏面上试验了水泥基渗透结晶型防水材料和丙乳砂浆两种材料，并对丙乳砂浆进行了配合比及性能试验。试验表明：前者对于新浇筑的混凝土面效果明显，后者对处理已形成冻融破坏的混凝土效果较好，并且从以往的工程实例来看，丙乳砂浆具有质量容易控制、施工简便、造价较低的特点，因此本次缺陷采用丙乳砂浆对冻融破坏进行修补。

针对济平干渠衬砌混凝土的主要性能指标，进行了2种丙乳砂浆配合比试验，水泥和砂的配比分别为1∶1和1∶2。经实验对比分析，当其配合比为1∶1，其弹性模量与原混凝土接近，强度较高，更易与原混凝土融合为一体。

2.3 裂缝处理

1）处理方法。裂缝修补方法主要有三大类：（1）充填法。适于修补较宽裂缝（δ≥0.2mm）。（2）注入法。分为压力注入法（灌浆法）和真空吸入法。（3）表面覆盖法。分涂覆裂缝部位及全部涂覆两种方法，适于处理细微裂缝（δ＜0.2mm）。

2）裂缝处理试验及方法选定。根据本工程的特点，针对第一种和第二种贯通裂缝，修补方法有充填法和注入法，本次修补两种方法均现场做了试验。充填法修补时，充填材料选用了双组分聚硫胶和丙乳砂浆加钢丝网片两种材料，结果显示：由于双组分聚硫胶处理具有良好的弹性，与两侧混凝土结合紧密，较好地适应裂缝的变形，效果较好；而采用丙乳砂浆加钢丝网片，由于丙乳砂浆的收缩，易在钢丝网一侧形成新的裂缝，效果较差，质量难以控制。试验注入法修补时，因衬砌板较薄且为贯穿裂缝，浆材很容易渗入至板底，并且浆材凝固硬化后易形成新的裂缝，质量不易保证，表明注入法并不适于大面积薄板素混凝土结构。针对非贯通裂缝，缝宽大于0.2mm，采用局部表面覆盖法（涂覆裂缝部分），材料采用HK-964环氧增厚涂料；缝宽小于0.2mm且裂缝集中的板块，采用全板块表面覆盖法，材料采用丙乳砂浆，同前述混凝土表面冻融破坏修补方法一样。

3 缺陷处理效果评价

济平干渠机械化衬砌混凝土缺陷处理从2006年4月开始在部分标段进行试验，2006年5月提出《济平干渠衬砌缺陷处理技术要求》后大面积展开处理，至2006年8月结束，针对衬砌表面冻融破坏和表面浅细裂缝较多的混凝土板，采用表面覆盖法（材料采用丙乳砂浆）共处理混凝土面积约30000m2，处理后的混凝土板经检测：丙乳砂浆与基层结合紧密，砂浆表面平整密实、无空鼓现象。采用充填法（充填材料采用双组分聚硫胶）处理的裂缝总长约20000m，处理后的裂缝与原混凝土结合紧密，无外溢、无脱胶、下垂等现象。采用表面覆盖法（材料采用HK-964环氧增厚涂料）处理的裂缝总长约300m，处理后的裂缝与原混凝土结合紧密，表面平整，无脱胶现象。

需注意的问题是用丙乳砂浆和HK-964环氧增厚涂料处理混凝土缺陷时，与原混凝土颜色差别较大，需在丙乳砂浆中参入一定量的白水泥，在HK-964环氧增厚涂料中加入一定量的颜料，并根据原混凝土的颜色进行现场试配，才能取得较好的外观效果。

4 缺陷预防措施

渠道机械化衬砌混凝土为薄板素混凝土结构，除应严格按照《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（NSBD05-2006）施工外，还应制定相应措施，尽量避免混凝土缺陷产生。由于衬砌板属于大面积素混凝土薄板结构，混凝土凝结时易受外界气象条件影响，应避免冬季施工，尽量避开夏季高温时段和大风天气；严格控制混凝土塌落度，加强初期养护，按照终凝时间点进行切缝等，均能预防缺陷产生。