渠道衬砌冻胀破坏性裂缝处理技术

洪 儒

（河南天地工程咨询有限公司，河南 信阳 464000）

赵口引黄灌区二期工程是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一，也是河南省实施“四水同治”开工建设的十大水利工程之一。赵口引黄灌区规划设计灌溉面积587万hm2，是全国第四、河南省第一大灌区，同时被确定为重点建设项目。赵口二期总投资38.88亿元，将在现有工程基础上，建设灌区灌排工程系统和配套工程， 解决灌区农业灌溉和农村生活工业用水要求。 工程位于豫东平原， 总工期32个月，共建设渠道31条，治理河道28条，设计灌溉面积220.500万hm2，年引水量2.37亿m3。 工程建成后，可改善灌溉面积56万hm2，新增灌溉面积79万hm2，全面提高粮食综合生产能力， 形成以引黄渠道和河流水系为骨架的输水网络，改善区域水生态环境，实现“一渠清水润豫东，四水同治泽中原”的美好愿景。

1 渠道衬砌冻胀破坏性裂缝成因

2020年12月28日至2021年1月9日，赵口引黄灌区二期工程通许县项目区日最低气温为-3℃～-14.10℃，开封市祥符区日最低气温为-1℃～-10℃，杞县日最低气温为-2℃～-13.60℃。工地现场出现连续低温，且日最低气温达到30年以来最低值，渠道混凝土衬砌板基土受渠坡土体含水量变大及渠坡地层黏性土透镜体夹层的影响，产生冻胀。 导致衬砌板混凝土达到龄期的时间延长，抗裂能力增长缓慢，且基土冻胀量变大，分布不均匀。 由于不均匀冻胀导致混凝土产生拉应力且超过原混凝土设计抗拉强度，最终在此拉力的作用下造成衬砌板混凝土裂缝。

2 渠道衬砌冻胀破坏性裂缝预防

2.1 衬砌板坡脚增设诱导缝

通过对现有渠道冻胀裂缝位置的量测及统计，结合地勘变异性黏性土透镜体夹层位置，对已施工渠段渠坡衬砌板坡脚设置一处纵向诱导缝，分缝位置距离渠底式齿墙顶部坡面以上50cm。 诱导缝为切割机切缝， 成型深度≥7cm， 成型宽度≥2cm。 成型后在缝内填设聚乙烯闭孔泡沫板。切缝应在衬砌板混凝土浇筑完成2～3d内完成，如遇昼夜温差大于10℃或寒潮天气出现时切缝时间应相应延迟。

2.2 渠道衬砌伸缩缝间距缩短

渠坡衬砌横向伸缩缝间距由原设计4m调整到3m， 纵向伸缩缝沿渠坡斜长间距一般由小于5m变为小于4m，伸缩缝宜采用立模浇筑预留通缝，若采用后切缝时，伸缩缝下部可设置木板等措施，切缝深度最大为混凝土板厚的0.90倍。 对于全断面衬砌渠段，缝内填塞闭孔泡沫塑料板。 对于后期施工的渠道混凝土衬砌， 施工过程中应采取有效措施，避免雨水、养护水等外水汇入渠坡排水体并进入板下土体，考虑到施工的复杂因素，为有效疏干渠坡衬砌板下土体积水，排水体水平设置，并适当下移至坡脚分缝位置，该排水体顺水流方向位于板块中间位置。 排水体采用无砂混凝土排水体，排水体下铺设土工布。

渠道衬砌伸缩缝间距缩短及衬砌板坡脚增设诱导缝都是为了有效适应衬砌板基土冻胀变形，从而对上述变形引起的破坏性裂缝做出有效预防。

3 渠道衬砌冻胀破坏裂缝分级及相应处理技术

根据裂缝宽度不同，采用不同的处理措施：对裂缝使用裂缝测宽仪进行量测， 缝宽≤0.50mm的裂缝，不再进行处理；对0.50mm＜缝宽≤lmm的裂缝进行开“U”形槽，采用聚氨酯密封胶嵌缝处理；缝宽＞lmm的裂缝，采用打磨混凝土凹槽，涂刷聚脲处理。

3.1 针对0.50mm＜缝宽≤1mm的裂缝处理

首先使用开凿工具，沿裂缝方向开“U”形槽（宽5mm，深5mm），成槽后沿着裂缝两侧各2.50cm、裂缝端部各5cm，总宽5cm划线，对表面打磨整平，清理表面及缝内杂物及杂质， 用清洁的压力水彻底冲洗、湿润，确保施工面干净、潮湿。 如果有油污、孔洞等要进行清洗、修补处理。 作业期间为避免对工作面外造成污染，保持混凝土面的整洁，沿着裂缝两侧各2.50cm、裂缝端部各5cm，总宽5cm边缘黏贴遮蔽保护膜，应黏接牢靠，且严禁侵占工作区域。 后两侧贴胶带（表面处理宽度以外，防止污染混凝土表面）。

上述工序就绪后，涂刷界面剂（底涂）和配制涂料，在槽内回填聚氨酯密封胶（2次，间隔时间根据材料固化时间具体确定） 直至材料与两侧混凝土表面平齐，最后在表面涂刷聚氨酯密封胶封闭，裂缝两侧各2.50cm，总宽5cm，裂缝端部各5cm，厚度≥1mm，待聚氨酯固化后进行检验及验收。 由于聚氨酯密封胶特性要求施工环境温度不宜低于5℃，不宜高于40℃。且雨天不得施工，四级以上风力不宜施工。 同时，在材料固化前，应采用有效措施（如薄膜覆盖等）防止尘土、沙砾、垃圾等污物吸附、粘连到聚氨酯密封胶表面。应对未固化成型的聚氨酯密封胶进行保护，保证其整体性及均匀性，防止对其挫伤、磨损，且避免人为踩踏。

3.2 针对缝宽＞1mm的裂缝处理

首先沿裂缝画线（裂缝两侧各2.50cm、裂缝末端各5cm，总宽度≥5cm），再使用打磨工具，对裂缝两侧各2.50cm、裂缝末端各5cm范围内的混凝土打磨，形成深度1mm、总宽度为5cm的凹槽。

成槽之后，对裂缝两侧各2.50cm、裂缝端部各5cm范围内进行打磨整平，清除范围内表面和缝内的污物及杂质，用清洁的压力水彻底冲洗、湿润，确保施工面干净、潮湿。如果有油污、孔洞等要进行清洗、修补处理。作业期间为避免对工作面外造成污染，保持混凝土面的整洁， 沿着处理范围边缘粘贴遮蔽保护膜，应粘接牢靠，且严禁侵占工作区域。

上述工序完成后， 在槽内涂刷涂刷单组份聚脲（待底涂干燥后进行），根据实际需要确定次数，至槽内满平、与两侧混凝土表面平为止（间隔时间根据材料固化时间具体确定， 涂刷厚度≥1mm， 宽度为5cm），待聚脲固化后进行检验及验收。

涂刷过程中保持对材料的均匀搅拌。 涂刷后检验聚脲涂层是否存在漏喷、鼓包等缺陷，如有立即对缺陷部位进行修补。 由于聚脲材料特性要求施工环境温度不宜低于5℃， 不宜高于40℃， 且雨天不得施工、四级以上风力不宜施工。同时，在材料固化前，用有效措施（如薄膜覆盖等）防止尘土、沙砾、垃圾等污物吸附、粘连到聚脲材料表面。未固化的聚脲材料应注意保护，不得使其挫伤、损坏，不得上人踩踏。施工过程中操作人员需佩戴目镜、手套、防毒面具等劳保用品，穿着工作服，确保施工现场安全用电，杜绝火源并配备好相应的消防器材，作业面保持通风良好。对废弃材料，施工垃圾进行收集，防止对周围环境造成污染。

通过上述技术对已产生的冻胀破坏性裂缝进行缺陷处理后，虽对渠道工程局部外观有一定影响，对混凝土衬砌面板的强度、抗冻性、抗渗性等耐久性能基本无影响；对渠道的糙率基本无影响，不影响渠道输水能力。

4 结语

通过对赵口引黄灌区二期工程冻胀破坏性裂缝成因分析及采取相应施工技术措施进行预防与处理，有效使渠道衬砌混凝土板适应其基土冻胀变形。且避免了渠道通水后， 水从裂缝的渗入及裂缝的继续发展造成衬砌版面整体断裂， 对本工程渠道衬砌的质量进行了有效控制， 同时对其他工程项目由于相同因素引起的冻胀破坏性裂缝的处理具有一定的借鉴意义。