北疆某输水工程渡槽混凝土裂缝原因分析及处理技术

韩 强

(新疆额尔齐斯河投资开发(集团)有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

混凝土结构在土木建筑工程占据主导地位，而混凝土结构由于内外各种因素的作用出现裂缝，造成混凝土结构劣化损伤，降低混凝土结构的耐久性，加剧混凝土内部钢筋的锈蚀，破坏结构的整体性和完整性[1- 2]。大型水利工程中混凝土渡槽结构尺寸较大，易产生各种裂缝，这些裂缝会使混凝土发生溶蚀破坏，加速混凝土碳化和钢筋的锈蚀，降低输水渠道的使用寿命，对输水工程的安全运行造成巨大威胁[3- 4]。因此对实际工程中遇到的各种裂缝进行统计、分析、处理具有重大研究意义。本文以北疆某输水工程为例，统计分析了现场渡槽混凝土裂缝情况，总结了渡槽混凝土裂缝的处理方案，以期为类似水利工程渡槽混凝土裂缝处理提供参考。

1 工程概况

北疆某输水工程由水利枢纽、拦河引水枢纽、输水干渠组成。其中输水干渠工程为Ⅱ等大(2)型工程，全长112.393km，设计流量为48～55m3/s，渠道主要采取明渠和局部渡槽、隧洞等输水形式。输水渠道线路长，跨越众多洪水冲沟、农渠、交通道路等交叉建筑物。布置4座渡槽，分别为阿拉哈克河渡槽、克木齐河渡槽、苏海提河渡槽和克兰河渡槽，均为2级建筑物。渡槽比降为1/800～1/1000，槽身采用预应力钢筋混凝土简支箱形梁槽身结构，单跨为20m。槽身采用矩形断面，净高3.5m，净宽5.5m，底板厚0.5m，侧墙厚0.5m，顶板厚0.4m，边墙与底板连接处设置500mm×500mm贴角，槽身两端采用盆式橡胶支座支承。槽身段混凝土采用C50F300W8钢筋混凝土，台帽及盖梁采用C40钢筋混凝土。

该地区气候条件恶劣，干旱多风少雨，昼夜温差较大，外部环境不利于混凝土浇筑施工。施工过程中混凝土结构力学特性、配合比、原材料、拌和、运输、振捣、养护、温控、拆模等因素都会造成混凝土结构出现裂缝、质量缺陷等质量问题。

2 渡槽混凝土裂缝原因分析

2.1 渡槽裂缝具体情况

渡槽主体工程施工完成后，建设单位组织施工、监理、设计单位对4座渡槽的裂缝分布情况进行调查统计，调查内容包括裂缝分布、裂缝宽度、裂缝长度、是否贯通等。渡槽裂缝内侧采用泼水检查法，外侧裂缝通过槽身注水(水深1.8m)法观测渗漏情况。

裂缝统计情况见表1，输水渡槽的部分槽身段出现裂缝，裂缝主要分布于槽身边墙，水平缝和竖向缝均有，底板无裂缝分布。除局部呈网状分布的裂缝没有贯穿外，其它裂缝均属于贯穿性(或深层)裂缝。

表1 裂缝统计情况

2.2 裂缝产生的原因分析

裂缝产生的原因主要有以下几种：荷载引起的裂缝、温度裂缝、混凝土收缩引起表面龟裂、地基变形引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝。结合渡槽结构、施工气候条件、配合比等因素，分析其产生裂缝的原因[5- 7]：

(1)从裂缝产生部位来看，裂缝只是分布在槽身两侧边墙上，底板未发现开裂现象，因此该裂缝不是施工过程中基础变形所致。基础变形或者受荷过大一般会导致底板开裂，裂缝位于渡槽中部，并且裂缝宽度较大。

(2)从裂缝形式来看，以竖向裂缝为主，裂缝间距相对均匀，并且缝宽都很小(不超过0.3mm)，结合国内大型渡槽温控仿真计算结论和施工管理经验，此种形式分布的裂缝均为温度裂缝。

(3)对于预应力渡槽而言，边墙出现的细微温度裂缝，不会破坏渡槽的整体结构，也不会对渡槽近期安全运行产生不利影响。但是槽身漏水不仅影响外观，也会使钢筋产生锈蚀，进而影响渡槽混凝土耐久性。

(4)产生温度裂缝的主要原因：

①气候条件恶劣；②水泥用量较高；③浇筑温度过高；④薄壁结构；⑤施工工序安排

2.3 渡槽混凝土裂缝危害及预防分析

发生在渡槽边墙的微细温度裂缝，对渡槽本身结构安全没有大的影响，其主要危害有2点[8- 9]：

(1)裂缝会造成钢筋锈蚀，影响钢筋混凝土耐久性，进而影响远期运行安全性，缩短结构物使用年限。

(2)贯穿性裂缝会使渡槽边墙漏水，影响整体美观。

混凝土温控设计渡槽所在地区气候条件比较恶劣，对混凝土的浇筑客观上存在着“冷”“热”“风”“干”等4大不利因素。渡槽槽身厚度为0.5m，对外界气温和水温的变化比较敏感，槽身温度变化比较大。理论计算和实践均表明，温度应力是导致结构裂缝的主要因素，其它荷载所引起的应力与温度应力相比相对较小，温度应力起着控制作用。混凝土的温差是控制温度应力的关键。

施工过程中实施的温控措施如下：

(1)在满足混凝土设计强度前提下，优化混凝土配合比，减少发热量，降低绝热温升。

(2)在满足施工进度的前提下，尽可能充分利用低温季节浇筑槽身混凝土。

(3)在槽身混凝土内埋设冷却水管，采用天然河水进行冷却降温。

(4)加强养护，全面实现流水养护。

(5)采用2层棉被进行全断面临时保温。

3 渡槽混凝土裂缝处理方案

根据裂缝可能带来的危害，借鉴南水北调类似渡槽裂缝处理办法[10- 17]，提出本工程渡槽裂缝处理办法：

(1)对竖向和水平贯穿性裂缝进行补强防渗处理，即对竖向和水平贯穿裂缝采用环氧类化学灌浆处理，恢复渡槽整体性。

(2)贯穿性裂缝化学灌浆完成后，对渡槽边墙内侧竖向裂缝进行骑缝粘贴碳纤维布补强处理，粘贴2层。

(3)上述工序完成后，对槽身内壁进行全面防渗处理，即对槽身边墙和底板涂刷2mm厚单组份聚脲防渗。

3.1 渡槽槽身裂缝处理措施及技术要求

渡槽槽身裂缝的存在会造成渗漏，长此以往会降低结构的耐久性，因此需进行化学灌浆及加固防渗处理，以恢复混凝土结构的整体性。灌浆操作如图1所示。

图1 渡槽槽身裂缝灌浆

施工工艺：清理裂缝表面→粘贴灌浆嘴→封闭裂缝→配制浆液→灌浆→去除灌浆嘴→打磨清理裂缝表面→碳纤维补强

技术要求：

(1)由于渡槽槽身为预应力混凝土且厚度较薄，因此裂缝灌浆采用骑缝贴嘴灌浆方式，灌浆材料使用环氧类灌浆料。

(2)灌浆嘴的间距为15～20cm。

(3)使用环氧腻子对裂缝进行封闭，涂抹宽度为20～30mm，并检查裂缝封闭效果。

(4)裂缝表面粘贴3层碳纤维布，碳纤维布宽度为50cm。

3.2 渡槽槽身防渗防护施工工艺、方法及技术要求

对渡槽槽身内壁混凝土进行防渗防护，可提高其使用耐久性。

施工工艺：混凝土基面处理→涂刷界面剂→涂刷单组分聚脲涂层→养护

技术要求：

(1)混凝土表面需要清理干净，不能有污渍和脱空层。

(2)涂刷界面剂时，要求不流淌、不漏涂。

(3)涂刮单组分聚脲涂层厚度不小于2mm，且不能有流挂和皱皮。

渡槽槽身内聚脲涂层涂刷后的情况如图2所示。

图2 渡槽内壁及连接段涂刷聚脲涂层

3.3 渡槽伸缩缝止水处理方法及技术要求

施工工艺：基面处理→填充高压聚乙烯闭孔泡沫板→涂刷界面剂→涂刮单组分聚脲并复合胎基布→涂刷单组分聚脲→养护

技术要求：

(1)基面要求处理干净，高压聚乙烯闭孔泡沫板要与伸缩缝底部钢板粘结牢固，不能脱空。

(2)单组分聚脲涂层厚度为4mm，且伸缩缝中间要求复合胎基布，聚脲涂层表面不能有流挂和皱皮。

(3)沿伸缩缝中心左右各外延30cm。

3.4 扭面裂缝防渗防护处理方法工艺及技术要求

由于当地干燥、风大且冬季寒冷，渡槽扭面段混凝土表面存在一些裂缝，为防止裂缝出现渗漏及降低结构的耐久性，因此需进行化学灌浆及表面聚脲涂层封闭防渗处理。

施工工艺：清理裂缝表面→粘贴灌浆嘴→封闭裂缝→配制浆液→灌浆→去除灌浆嘴→打磨清理裂缝表面→涂刮单组分聚脲涂层→粘贴胎基布→最终涂层厚度为2mm

技术要求：

(1)裂缝灌浆采用骑缝贴嘴灌浆方式，灌浆材料使用环氧类灌浆料。

(2)灌浆嘴的间距为15～20cm。

(3)使用环氧腻子对裂缝进行封闭，涂抹宽度为20～30mm。

(4)裂缝表面涂刮单组分聚脲涂层，并粘贴胎基布，最终聚脲涂层涂刮厚。

底板裂缝处理后的情况如图3所示。

图3 底板裂缝涂刮聚脲涂层

4 裂缝处理效果检测

本次施工槽身内裂缝全部进行处理，按照技术要求对各工序环节进行检测，化学灌浆完成后进行现场检验，渡槽槽身采用压水法检测灌浆情况。粘贴碳纤维布及伸缩缝粘贴胎基布施工监理工程师都到现场进行了旁站，最终对聚脲涂层进行了粘结强度和厚度的检测，检测结果见表2。

表2 聚脲涂层粘结强度和厚度检测结果

聚脲涂层粘结强度检测，粘贴的拉拔头均从混凝土处断裂，说明聚脲涂层与混凝土粘结牢固，粘结强度满足设计标准要求。施工人员对粘结强度进行检测，如图4所示。

图4 涂层粘结强度检测

渡槽裂缝全部处理完成后，建设单位、监理工程师、设计及施工单位对阿拉哈克渡槽、克木齐渡槽、苏海提渡槽、克兰河渡槽工程的完工情况和工程实体质量进行现场验收，质量评定合格。

经过对整个施工过程质量严格控制，中间过程质量检查、检验，以及最终聚脲防渗防护涂层粘结强度和厚度检验，各项检测指标满足设计及规范要求，施工质量达到了工程要求。

5 结语

(1)渡槽裂缝会导致局部渗漏，如不处理混凝土钢筋会加速锈蚀，导致结构耐久性降低。在实际工程中，根据裂缝的位置、走向、长度等具体参数，需对不同裂缝进行针对性的处理，处理不当会对工程造成不良影响。

(2)加强输水工程全过程安全监测，根据实际工程进展制定监测频率，及时对监测数据进行定量评价，发现问题及时反馈。

(3)本文使用的裂缝处理方案是针对特殊的气候条件和施工环境设计，对类似的渡槽结构有一定的参考意义，但对于不同的施工条件不能完全适用，还需要进行相关的研究。