南水北调渠道衬砌混凝土裂缝处理及预防

贾新胜，魏晓燕，刘俊明

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.鲁控水务集团有限公司，山东 济南 250109）

1 大型渠道衬砌混凝土常见裂缝分析

1.1 塑性收缩裂缝

1）成因。混凝土在终凝前强度很小，受较大风力或者高温等的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大负压而使混凝土体积在短时间内急剧收缩，此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩而产生裂缝。

2）特点。裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，不连贯状态。较短的裂缝一般长0.1～5 cm，较长的裂缝可达1.0 m，宽0.1～1.0 mm，深度为0.1～10 mm。出现较集中，且密集分布。

3）危害：塑性收缩裂缝是南水北调大型渠道边坡衬砌混凝土中比较常见的裂缝，在施工期间发生，工程运维期较少出现，不影响使用功能，但是对混凝土的外观质量有所影响。在日常养护中对轻微的塑性收缩裂缝可以不做处理，也可以结合混凝土表面碳化或冻融一并处理。

1.2 沉降裂缝

1）成因。由于地基结构土质松软、不匀、回填土不实而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致。

2）特点。此类裂缝多呈宽度均匀、断面上宽下窄、两端一直延伸，会出现多条平行分布。较短的裂缝一般长0.1～50 cm，较长的裂缝长达数米甚至覆盖整个沉陷区域，宽1.0～50.0 mm，深度一般为贯穿，发生时间跨度较长，区域比较集中，呈现集中一条或数条分布时，对混凝土实体质量影响较大。

3）危害。沉降裂缝由于发生时间跨度较大，在工程运行期时有发生，影响工程实体质量及工程输水安全，在日常养护中发现沉降裂缝需及时进行处理。

1.3 扬压力裂缝

1）成因。当地下水位高于渠道水位时，地下水的顶托力就会对混凝土衬砌产生扬压顶托作用，造成衬砌混凝土出现裂缝。南水北调输水渠道沿线地下水位变化范围较大，扬压力裂缝对混凝土破坏比较严重。

2）特点。扬压力裂缝多为贯穿性裂缝，其走向与顶托作用中心有关，较大的扬压力裂缝，往往有一定的隆起，并以隆起为中心，向四周呈放射性分布，裂缝宽度与扬压力顶托作用成正比关系。断面上宽下窄、裂缝宽度一端较宽呈放射性延伸、终止于顶托集中区。较短的裂缝一般长0.1～30.0 cm，较长的裂缝覆盖整个顶托区域，宽1.0～50.0 mm，深度一般为贯穿，发生时间跨度较大，区域比较集中。

3）危害。扬压力裂缝在工程运行期发现呈区间分布明显，影响工程实体质量及工程输水安全，在日常维修养护中需及时进行处理。

1.4 冻胀裂缝

1）成因。由于渠道沿线土质为壤土、黏土、砂壤土或淤泥质壤土等，且地下水位较高，土壤遇水吸水饱和，含水率较高。当气温低于0℃时，渠道土体中的水分结冰，土壤体积膨胀，对渠道混凝土面板造成冻涨破坏，从而形成裂缝。

2）特点。一般在冬季低温期的土壤含水量较高、水位变动区发生，此类裂缝多为贯穿性裂缝，其走向与冻胀拉伸、顶托作用程度有关，较大的冻胀裂缝，往往呈现碎片状并有一定的隆起，裂缝宽度往往与环境温度和冻胀拉伸成正比关系。裂缝多呈现碎片放射性分布、断面弯曲、裂缝呈区域分布。较短的裂缝一般长0.5～30.0 cm，较长的裂缝覆盖整个冻胀区域，宽1.0～20.0 mm，深度一般为贯穿，区域比较集中，呈现碎片状分布。

3）危害。冻胀裂缝对混凝土实体质量影响较大，在日常维修养护中需及时进行处理。

2 衬砌渠道混凝土裂缝的处理

根据渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因和危害的分析，结合渠道衬砌混凝土工程运行维护近几年的实施经验，总结渠道衬砌混凝土裂缝的处理方法和措施如下。

2.1 水泥基渗透结晶型防水剂裂缝处理方案

1）适用范围。对于缝宽δ≤0.2 mm的裂缝，可采用水泥基渗透结晶型防水剂（DPS）进行裂缝和表面处理，既可以保证混凝土的整体性，又可以利用防水材料的渗透作用填塞缝隙，达到防水的目的，适用于裂缝发展基本稳定区域。水泥基渗透结晶型防水材料属于刚性防水材料，安全无毒，防水具有永久性和自修复等能力。

2）处理流程。（1）基层清理。将裂缝周围空鼓、起皮以及疙瘩等疏松部位铲除，用清水冲洗干净，浸润防水基层。（2）材料制备。水泥基渗透结晶型防水材料在使用前，将溶液桶摇动均匀。（3）修补。混凝土开裂及振捣不密实的部位，先用同强度等级水泥砂浆或砼进行修复后再喷涂DPS。（4）喷涂。喷涂时应自上而下，左右喷射，保证DPS均匀的浸透全部施工面。（5）养护。DPS涂刷渗透时间为1~2 h，处理区域周围采取一定隔离措施。若天气干燥可在喷涂完1 h后在混凝土表面轻喷水，以便溶液更好的渗入。

2.2 水泥基柔性防水材料裂缝处理方案

1）适用范围。缝宽0.2 mm＜δ＜0.4 mm的裂缝，采用水泥基柔性防水材料具有一定的韧性和抗拉能力等特性，避免因裂缝微小变化就造成整个处理失效的情况出现，达到防水的目的，既适用于发现裂缝的防水处理，又适用于裂缝发展基本稳定的区域。该型防水材料属于柔性防水材料，弥补了水泥基刚性防水材料抗拉强度过低、抗冲击强度差的弱点。

2）处理流程。（1）基层清理。将裂缝周围空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位铲除，用清水冲洗干净，晾晒基层面基本干燥即可施工。（2）材料制备。水泥基柔性防水材料将A组与B组的配置按重量比为1∶1混合，搅拌均匀后即可使用。（3）涂刷。将水泥基柔性防水材料直接涂刷在裂缝混凝土表面，裂缝处以浆液饱满为准，涂刷范围为裂缝两侧各10.0 cm，厚度约2.0 mm，表面压实、抹平。（4）养护。处理区域周围采取一定隔离措施，防止雨水冲刷、动物践踏，采用自然养护的办法，施工和养护环境温度以5～40℃为宜。

2.3 环氧砂浆处理方案

1）适用范围。缝宽δ≥0.4 mm的裂缝，利用环氧砂浆高强度、高粘结力或聚硫密封胶高粘附性、柔软性、抗拉和耐高温老化的特点，达到防水的目的，适用于裂缝发展基本稳定区域。

2）处理流程。（1）基层清理。将裂缝周围空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位铲除，沿裂缝方向凿成一个宽25.0 mm、深40.0 mm的“U”型槽沟，晾晒基层面保持干燥。（2）材料制备。按照重量配置环氧基液，按照重量配置环氧砂浆，将环氧树脂加热至60℃，加入丙酮、二丁脂拌匀后，再加入乙二胺拌匀，再将预热至30℃的填充料加入拌匀。（3）涂抹。为增加环氧砂浆与原混凝土的黏接力，先在槽内涂刷一层环氧基液，厚度约1.0 mm，槽两侧涂刷2.0 cm；涂刷基液30 min熟化后，用配置好的环氧砂浆填充槽沟，密实后表面压实、抹平。（4）养护。处理区域周围采取一定隔离措施，防止雨水冲刷、动物践踏，施工和养护环境温度以15～40℃为宜。

2.4 格瑞特柔性修补剂裂缝处理方案

1）适用范围。适应所有缝宽的裂缝，格瑞特柔性修补剂（RMO）与适量的水泥和砂子混合，会产生特别高的黏接强度以及柔性，用于混凝土防碳化理、修补裂缝、表面重修，可完成厚度仅为0.4 mm表面修补应用。

2）处理流程。（1）基层清理。混凝土裂缝区域周围剔凿松散混凝土，沿缝隙剔成上口≤25.0 mm、下口≤40.0 mm，深度≥50.0 mm梯形口，并清理干净，最后用高压水枪对裂缝区域周围进行冲洗。（2）材料配置。RMO与水按1∶2进行调配作为底涂加强层。RMO∶水∶P·O42.5R∶砂＝1∶2∶2∶6 进行配置作为填缝材料。如缝隙过大，可加石屑掺入配比。（3）修补裂缝。待裂缝区域周围无明显水珠时，用高压喷壶喷涂RMO底涂层，底涂层微湿时用美国原装高压注浆机进行基层第一步喷刷20 mm，用设备的高强压力将基层压实；第二步进行中间层20 mm涂刷；第三步封口面层处理涂抹压实上光。（4）养护。施工完成12 h后喷雾养护保持表面湿润，养护期间严禁上人上车。

3 混凝土裂缝的预防措施

3.1 工程措施

1）对支流口、排涝口等处采取混凝土、浆砌石等边坡防护措施给予加强。

2）加强工程维修养护绿化，种植假俭草、狗牙根等植物加固输水渠道堤防，防止水土流失。

3）疏通工程沿线排水沟、渠，及时排除输水渠道堤防雨水、客水，防止对堤防冲刷或浸蚀。

4）对于巡查发现的沉陷、管涌、洞穴、裂缝等危害堤防和基础的情况及时进行处理。

3.2 非工程措施

1）编制渠道衬砌工程巡视、巡查制度，明确渠道衬砌面板、压顶、伸缩缝、渠道堤防、植被、基础、排水管、沉陷区、冻涨区和扬压力频发区域等内容的巡查内容和频次。

2）积极开展渠道衬砌工程调水期、汛期和强降雨时期的工程专项检查。

3）保持渠道调度运行期间水位稳定，泵站开关机、水闸开关闸等调水活动按照有关规程科学进行水位调度。