U型節(jié)水渠道裂縫的危害及防治措施

童偉

（甘肅省民樂縣水務(wù)局 甘肅 張掖 734500）

1 前言

民樂縣地處河西走廊中段、祁連山北麓，多年來，經(jīng)全縣人民的艱苦努力，基本形成了以中小型水庫為骨干，井灌提灌為補充，田間配套與高效節(jié)水工程相結(jié)合的水利建設(shè)格局。其中，洪水河灌區(qū)被國家計委和水利部批準(zhǔn)為全國大型灌區(qū)，成為第一批續(xù)建配套與節(jié)水改造項目建設(shè)試點之一。2000年，民樂縣大型灌區(qū)改建項目正式啟動，在實施節(jié)水型工程改造后，中小型渠道襯砌中U型節(jié)水襯砌渠道被廣泛采用，田間地頭幾乎全部配套了U型節(jié)水渠道。

U型節(jié)水渠道簡稱U形渠道，是底部為圓弧而上部為矩形或梯形的組合斷面，其既具有圓形斷面濕周小的特點，又具有梯形斷面邊坡穩(wěn)定的特點。U形渠道襯砌材料主要為混凝土、瀝青混凝土、砌石等，具有防滲效果好、輸水能力強(qiáng)、抗凍脹、節(jié)省渠道占地等優(yōu)點，是目前公認(rèn)的節(jié)水灌溉設(shè)施。然而，在灌區(qū)渠道檢查中發(fā)現(xiàn)混凝土U形渠道普遍易產(chǎn)生裂縫，不但直接影響渠道的正常使用，而且增加了修復(fù)次數(shù)和工程費用。下面筆者結(jié)合自己工作實踐和同行經(jīng)驗，就混凝土U型節(jié)水渠道裂縫的相關(guān)問題做簡單地探討。

2 U形渠道裂縫的表現(xiàn)及危害

U形渠道裂縫主要存在于渠道主體部位，諸如渠底、渠坡、對接口以及采用了混凝土的渠道板、梁、柱及預(yù)制構(gòu)件等部位。按裂縫的尺寸大小，一般可分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩類。微觀裂縫是混凝土內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的，一般存在于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，尺寸較小，裂縫寬度通常情況下不超過0.5mm；宏觀裂縫則是指尺寸較大的裂縫，寬度通常情況下大于0.5mm，可存在于混凝土渠道內(nèi)部，也可存在于混凝土渠道表面。另外，根據(jù)渠道裂縫產(chǎn)生的原因，還可以分為干縮裂縫和溫度裂縫。部分U形渠道表面的微觀裂縫，經(jīng)過渠水沖刷，太陽暴曬，溫度變化，也可能使裂縫變化轉(zhuǎn)變?yōu)樨灤┬粤芽p或深層裂縫，具有破壞性。

U形渠道的裂縫主要有以下方面的危害。①裂縫直接影響渠道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。輕則影響渠道的正常使用，嚴(yán)重時貫穿性裂縫則會影響渠道整體結(jié)構(gòu)的承載能力，降低渠道整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，導(dǎo)致渠道完全破壞。②裂縫導(dǎo)致U形渠道結(jié)構(gòu)使用功能上不正常。當(dāng)細(xì)微裂縫發(fā)展成較大裂縫時，裂縫處滲水漏水必然會影響混凝土防滲渠道的正常使用，同時引起裸露鋼筋的銹蝕，使表面的混凝土保護(hù)層開裂脫落，影響渠道工程的正常行水。③裂縫會影響渠道結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。當(dāng)微觀裂縫發(fā)展成破壞性裂縫時，鋼筋表面生銹體積膨脹，在膨脹壓力作用下縫裂增大，往往加速渠道結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的徹底報廢，造成工程返工，材料浪費，延遲工期甚至更大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 U形渠道裂縫產(chǎn)生的原因分析

U形渠道裂縫產(chǎn)生的原因很多，也較復(fù)雜，往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果，包括自然環(huán)境因素、工程材料因素、施工不規(guī)范因素或是設(shè)計不當(dāng)?shù)鹊?，但施工不?guī)范往往是主要因素。

（1）自然環(huán)境因素形成的裂縫

民樂縣常年氣候干燥少雨，日照時間長，晝夜溫差大，尤其是寒冷的冬季，這種氣候特點，對U形渠道裂縫產(chǎn)生了較大影響。在渠道施工過程中，由于環(huán)境溫度急劇變化，表層混凝土急劇收縮，而內(nèi)部混凝土仍處于高溫狀態(tài)，限制表面混凝土收縮，當(dāng)收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限拉應(yīng)力后就會發(fā)生裂縫。如U形渠道常見的早期表面裂縫、干縮裂縫和溫度裂縫。另外由于冬季氣候寒冷，混凝土凍脹裂縫也較容易產(chǎn)生。

（2）材料方面因素形成的裂縫

U形渠道主要以現(xiàn)澆混凝土為主。由于混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料，受混凝土施工和本身結(jié)構(gòu)、變形、約束等影響，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微小孔隙、氣穴和微裂縫，這些初始“孔洞”的存在使混凝土呈現(xiàn)出了一些非均質(zhì)的特性。若砂、石含泥量過大，水泥受潮或過期，水不潔凈，骨料顆粒級配不當(dāng)或采用不恰當(dāng)?shù)拈g斷級配，水灰比不當(dāng)，坍落度過大等等都會引起混凝土出現(xiàn)裂縫。

（3）施工方面因素形成的裂縫

施工不當(dāng)造成U形渠道產(chǎn)生裂縫是比較常見地，其主要表現(xiàn)為以下方面。其一，基面平整度不夠引發(fā)裂縫。渠道基面的表面平整度直接關(guān)系混凝土的約束力，過大的凹凸會造成局部應(yīng)力集中，從而發(fā)生裂縫。另外，基層厚度不一致，過薄處或厚薄交界處也將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時因難以承受拉應(yīng)力而開裂。其二，不均勻沉陷引發(fā)裂縫。多因基礎(chǔ)面地基土質(zhì)不勻或回填土不實，密度達(dá)不到設(shè)計要求的指標(biāo)，襯砌面板產(chǎn)生的沉降過大或局部的沉降不均勻面引起沉陷裂縫。其三，伸縮縫質(zhì)量不好引發(fā)裂縫。渠道伸縮縫填料嵌填粗糙，造成渠道滲漏量大，降低了土基強(qiáng)度而誘發(fā)裂縫。另外在施工中對縫內(nèi)的雜質(zhì)、污染物等清理不徹底，填料無法與襯砌面很好地結(jié)合，填充飽滿度不夠也會引發(fā)該類裂縫。

4 U形渠道裂縫的防治措施

U形渠道裂縫是水利工程混凝土構(gòu)件中常見的缺陷之一，是不可避免的，但是能夠通過設(shè)計手段、施工措施等最大程度地控制其危害程度，即在設(shè)計和施工階段著手安排可行的裂縫防治措施，做到防患于未然。

（1）設(shè)計方面的防治措施

在U形渠道設(shè)計中針對不同地質(zhì)和地形特點，處理好柔性和剛性的關(guān)系。即設(shè)計結(jié)構(gòu)中所有構(gòu)件都是約束與被約束的關(guān)系，所受約束越強(qiáng)，產(chǎn)生足夠變形的余地就越小，越容易開裂，所以設(shè)計時要重視結(jié)構(gòu)中相連構(gòu)件的約束關(guān)系。同時，應(yīng)針對施工地點盡量就地取材，對設(shè)計選用材料的特性、結(jié)構(gòu)的施工程序和施工方案有所認(rèn)識，有針對地設(shè)計選擇施工方案和所使用材料。

（2）材料方面的防治措施

在選擇材料時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求選擇符合規(guī)范要求的材料，嚴(yán)格按水泥、水、砂、石的配合比計量上料，規(guī)定正確攪拌時間。選用水化熱量小、鋁酸鈣含量較低的水泥，這樣可降低水泥、水化熱帶來的內(nèi)部溫度，降低水化熱峰值。此外，在混凝土中加入一定量的膨脹劑來補償混凝土的收縮，也是解決混凝土由于收縮而產(chǎn)生裂縫的一種有效措施。

（3）施工方面的防治措施

在U形渠道施工過程中也可采取的有效的規(guī)避措施。首先，盡量避免在晝夜溫差較大，日照過強(qiáng)的季節(jié)施工，否則施工現(xiàn)場應(yīng)采取相應(yīng)的保溫和防曬措施，充分養(yǎng)護(hù)，注意按時澆水，使溫度的變化控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，避免升溫過高及或是材料過于干燥。對于凍脹裂縫，可以考慮通過優(yōu)化斷面形式等措施增強(qiáng)混凝土渠道抗凍脹能力。另外，注意控制渠道地基的沉陷，確保渠基均勻、密實，渠基土容重必須達(dá)到1.6t/m3，并且回填土的含水量要在正常范圍以內(nèi)。同時，還要正確處理施工縫，保證伸縮縫不漏水。

5 結(jié)語

U形渠道表面裂縫易發(fā)展成破壞性裂縫，影響渠道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，甚至危及渠道的耐久性能和使用壽命。為盡量預(yù)防U形渠道裂縫，文中從渠道設(shè)計、施工原材料選擇、澆筑、養(yǎng)護(hù)和表面保護(hù)等多方面加以分析，總結(jié)了一些防止渠道裂縫發(fā)生的措施，以期達(dá)到對U形渠道裂縫的防治目的。陜西水利

[1]李學(xué)軍,費良軍,穆紅文，《U 形襯砌渠道凍脹機(jī)理與防滲技術(shù)研究》[J]，干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2006-5。

[2]中華人民共和國水利部，《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL18－2004）[S]。

[3]李安國等編著，《渠道防滲工程技術(shù)》，北京中國水利水電出版社，1998-6。