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    南水北調(diào)渠道襯砌混凝土裂縫及其防控

    2012-08-15 00:47:53李國(guó)彥河南省水利第二工程局
    河南水利與南水北調(diào) 2012年11期
    關(guān)鍵詞:抹面切縫基面

    □李國(guó)彥(河南省水利第二工程局)

    1.渠道襯砌設(shè)計(jì)的的概況

    南水北調(diào)中線工程渠道一般多采用明渠設(shè)計(jì),梯形斷面,典型型式為上口寬50~120m左右,渠道底寬13~23.5m,邊坡系數(shù) 1:2~1:3.5,渠道縱比降 1:28 000 左右,渠全斷面采用混凝土襯砌,邊坡襯砌厚度10 cm,底板厚8 cm,襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,抗凍標(biāo)號(hào)F150,抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6;渠深9.0 m左右,渠道坡面長(zhǎng)20~50m;正常水深7.0m,加大水深7.5m左右。渠道結(jié)構(gòu)型式自下而上為:開(kāi)挖基面、5~20 cm粗砂(或砂礫石)墊層、2~2.5cm厚的保溫板、防滲復(fù)合土工膜、8~10 cm厚混凝土面板,面板縱橫向皆設(shè)有半縫和通縫并交叉布置。

    2.渠道襯砌混凝土裂縫成因及其防控

    襯砌混凝土施工中導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的因素有多種,主要是環(huán)境溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性,以及原材料不合格(如堿骨料反應(yīng))、模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等引起的。

    2.1 基面變形引起的裂縫

    由于開(kāi)挖基面不平、回填材料不密實(shí)(尤其換填或回填的砂礫料局部不實(shí))引起局部不均勻沉降造成襯砌混凝土裂縫,或者膨脹巖土類(lèi)遇水膨脹引起基面隆起造成襯砌混凝土裂縫。防控辦法為加強(qiáng)對(duì)基面的驗(yàn)收(尤其對(duì)超欠挖面重點(diǎn)加強(qiáng)處理和控制),嚴(yán)格控制回填材料的質(zhì)量和壓實(shí)度,嚴(yán)格控制保溫板的鋪設(shè)質(zhì)量(尤其是平整度及防止翹起和懸空);針對(duì)膨脹巖土類(lèi)基面可采用粘性土換填1.5m以上予以消除。另外,渠道高填方不均勻沉降引起的襯砌混凝土裂縫,可延長(zhǎng)沉降期(延長(zhǎng)至6個(gè)月以上),待沉降趨穩(wěn)后再襯砌混凝土來(lái)予以消除。

    2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)或生產(chǎn)不當(dāng)引起的裂縫

    混凝土施工配合比不當(dāng),未經(jīng)嚴(yán)格試配、混凝土原材料質(zhì)量失控或者拌和時(shí)間不夠、運(yùn)輸能力跟不上等等引起的混凝土裂縫。普通硅酸鹽水泥出廠強(qiáng)度都很高,而襯砌混凝土多為F150、W6、C20,如只考慮混凝土強(qiáng)度而不考慮其和易性和塌落度等也易產(chǎn)生裂縫。處理措施是反復(fù)模擬試驗(yàn),優(yōu)化施工配合比,使用優(yōu)質(zhì)高效的外加劑,在保證混凝土和易性的前提下減少單位用水量和水泥用量,從而降低水化熱引起的溫度應(yīng)力和干縮變形。嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量,砂子應(yīng)采用級(jí)配良好的中砂,細(xì)度模數(shù)2.4~2.8,含泥量小于3%;碎石采用連續(xù)級(jí)配,針片狀顆粒含量不大于10%,含泥量小于1.0%,存放場(chǎng)地鋪設(shè)混凝土地坪,保證骨料清潔。

    另外,還必須嚴(yán)格控制混凝土生產(chǎn)過(guò)程和混凝土入倉(cāng)及澆筑的質(zhì)量。應(yīng)定期對(duì)混凝土骨料含水率、細(xì)度模數(shù)、超遜徑進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整混凝土施工配合比,每4h檢測(cè)一次骨料含水率,雨后加密檢測(cè),在保證水膠比不變的情況下,根據(jù)含水率變化對(duì)施工配合比進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,嚴(yán)格按照試驗(yàn)室出具的施工配合比進(jìn)行配料拌和,控制混凝土拌和時(shí)間;還應(yīng)定期對(duì)稱(chēng)量系統(tǒng)經(jīng)常進(jìn)行校核,定期檢定,確保原材料稱(chēng)量精度;對(duì)拌和機(jī)葉片磨損情況應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查,確保拌和機(jī)工作正常,避免夾帶生料;定期在出機(jī)口取樣檢測(cè)混凝土坍落度、泌水性、黏聚性、溫度、含氣量等指標(biāo),及時(shí)掌握混凝土拌和物質(zhì)量,對(duì)混凝土拌和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制,對(duì)入倉(cāng)的不合格混凝土材料必須及時(shí)清理。一般情況下,渠坡為1:2時(shí)混凝土坍落度宜控制在6.0~7.0cm之間,渠坡為1:2.5~3.0混凝土坍落度宜控制在 6.5~7.5cm之間。

    2.3 人為因素產(chǎn)生的裂縫

    人為因素很復(fù)雜,一般表現(xiàn)在施工人員未進(jìn)行崗前培訓(xùn),質(zhì)量意識(shí)差,粗心大意,振搗不到位,不合格的料未及時(shí)清除,澆筑振搗和抹面不及時(shí);混凝土在終凝后未達(dá)到一定強(qiáng)度之前受到擾動(dòng)(如承重受力、切縫等擾動(dòng)),此類(lèi)情況很容易引起裂縫的產(chǎn)生,出現(xiàn)的裂縫也最多。處理辦法是通過(guò)多加強(qiáng)崗前培訓(xùn),提高思想認(rèn)識(shí),規(guī)范施工操作行為,做好施工細(xì)節(jié),在襯砌前先進(jìn)行一段非正式模擬襯砌試驗(yàn),待人機(jī)配合熟練后再開(kāi)始渠道襯砌混凝土施工。盡可能減少混凝土終凝后未達(dá)到一定強(qiáng)度之前受到的承重、切縫等擾動(dòng),例如:可以采取跳倉(cāng)澆筑來(lái)保證新澆混凝土不受相鄰倉(cāng)位切縫的影響而產(chǎn)生裂縫。

    2.4 施工中環(huán)境溫度引起的裂縫

    當(dāng)白天氣溫高于25℃時(shí),由于混凝土面板太薄表面失水過(guò)快,混凝土易干縮,抹面時(shí)機(jī)不好掌握,易產(chǎn)生裂縫。一般可利用夜晚進(jìn)行襯砌混凝土澆筑,采取加冰水拌和混凝土,從骨料內(nèi)部取料等方式降低混凝土出機(jī)口溫度;或采取遮陽(yáng)措施,縮短運(yùn)輸時(shí)間等措施降低混凝土入倉(cāng)溫度,避免混凝土溫度過(guò)高出現(xiàn)假凝現(xiàn)象。混凝土澆筑完成后,及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù),采用表面覆蓋養(yǎng)護(hù)棉氈,灑水保濕養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期間保證混凝土表面濕潤(rùn)。

    當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)襯砌面板也易凍裂,所以做好冬季保溫工作也很關(guān)鍵。當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)最好停止襯砌混凝土澆筑施工;如果必須施工,必須采取加熱拌和水,改變投料順序,先將水與骨料拌和,再加水泥拌和的攪拌順序,避免水泥超過(guò)28℃出現(xiàn)假凝現(xiàn)象?;炷寥雮}(cāng)前避免在空氣中長(zhǎng)時(shí)間暴露,以免混凝土入倉(cāng)溫度下降。在混凝土澆筑完成后,要及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù),采取密閉材料封閉面板,并其內(nèi)部采用煤爐加熱的方法保證混凝土硬化的適宜溫度,并防止混凝土遭受凍害。

    2.5 大風(fēng)等特殊天氣引起的裂縫

    由于襯砌混凝土板太薄、面積較大,當(dāng)襯砌混凝土施工當(dāng)天風(fēng)力超過(guò)3級(jí)時(shí),很容易引起混凝土面板表面失水過(guò)快,來(lái)不及收面已產(chǎn)生裂縫??刹扇〉拇胧┦?,計(jì)劃澆筑混凝土前,注意觀察天氣預(yù)報(bào)和氣象規(guī)律,盡量避開(kāi)大風(fēng)天氣來(lái)進(jìn)行襯砌混凝土澆筑;如果在澆筑過(guò)程中剛好出現(xiàn)了大風(fēng)天氣,要提前增加抹面人員及時(shí)抹面,抹面完成后及時(shí)噴灑養(yǎng)護(hù)劑(或養(yǎng)護(hù)膜),并注意及時(shí)采用不透風(fēng)的塑料膜(布)予以覆蓋,一般覆蓋到5MPa以上(如切縫的時(shí)間)即可。

    2.6 基礎(chǔ)進(jìn)水凍脹引起的裂縫

    北方冬季氣溫較低,往往因?yàn)楸E采w不到位,再加上襯砌面板下面進(jìn)水凍脹也容易產(chǎn)生裂縫。冬季平均氣溫多低于0℃,施工中混凝土面板切縫用水和養(yǎng)護(hù)用水很容易在坡腳匯集,且局部的坡肩保護(hù)不當(dāng)或者排水系與土工膜之間粘接不緊密,也易使面板下進(jìn)水,由于冬季水分蒸發(fā)緩慢,積水難以消除,當(dāng)寒潮來(lái)襲時(shí),飽和水很容易產(chǎn)生冰凍,很容易使面板或齒墻產(chǎn)生裂縫。因此,冬季盡可能減少用水量,渠肩加強(qiáng)防護(hù),渠底明水也要及時(shí)排除。當(dāng)不能及時(shí)進(jìn)行渠底襯砌時(shí),要用干土或草袋覆蓋保暖,以防凍融破壞。

    2.7 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷引起的裂縫

    由于在渠腳處渠坡與齒墻剛性連接,且無(wú)鋼筋連接,當(dāng)齒墻基礎(chǔ)沉降,或者切縫水和養(yǎng)護(hù)用水長(zhǎng)時(shí)間浸泡齒墻使其地基變軟,齒墻也會(huì)下沉,進(jìn)而在齒墻上部坡面距離坡腳30~50cm處產(chǎn)生水平裂縫。此類(lèi)結(jié)構(gòu)缺陷引起的裂縫通常采用設(shè)計(jì)方式將剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接,或者在易裂縫處設(shè)計(jì)并切割一條誘導(dǎo)縫,將無(wú)組織的裂縫變成一條規(guī)則的沉降縫,并采用填塞聚硫密封膠封閉的方式徹底予以解決。

    總之,襯砌混凝土施工中影響并造成混凝土出現(xiàn)裂縫的因素很多,施工中一定要遵循自然規(guī)律,科學(xué)合理地安排施工,并對(duì)出現(xiàn)的混凝土裂縫問(wèn)題認(rèn)真分析總結(jié),及時(shí)采取有效的預(yù)防措施,方能有效地減少襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生,確保襯砌施工質(zhì)量,順利通過(guò)竣工驗(yàn)收。同時(shí),作為現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員要嚴(yán)把襯砌中的每一道工序的質(zhì)量關(guān),從混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、原材料質(zhì)量控制、拌和站投料拌和、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)入倉(cāng)振搗到后期混凝土切縫和養(yǎng)護(hù)等等,皆應(yīng)做到人盡其責(zé),層層把關(guān),嚴(yán)格落實(shí)三檢制。實(shí)踐證明,只要施工中高度重視,嚴(yán)把襯砌施工各道工序關(guān),注重施工細(xì)節(jié),渠道襯砌混凝土裂縫是可以有效預(yù)防的。

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