南水北調(diào)工程輝縣段渠道襯砌裂縫處理

魏忠合

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司,天津 301700)

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南水北調(diào)工程輝縣段渠道襯砌裂縫處理

魏忠合

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司,天津 301700)

在大型渠道現(xiàn)澆混凝土襯砌施工過(guò)程中，襯砌裂縫是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)襯砌質(zhì)量造成了比較大的影響。本文以實(shí)際工程為例，對(duì)大型渠道現(xiàn)澆混凝土襯砌裂縫出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)混凝土襯砌裂縫的控制和處理措施進(jìn)行了探討。

大型渠道；現(xiàn)澆混凝土；襯砌裂縫；處理

1 工程概況

輝縣段是南水北調(diào)中線(xiàn)一期工程總干渠Ⅳ渠段(黃河北～羑河北)的組成部分，位于Ⅳ渠段的中部，地域上屬于河南省的輝縣市。渠道為梯形斷面，Ⅳ72+000～Ⅳ76+956段渠底寬度20 m，Ⅳ76+956.7～Ⅳ76+971.7段渠底寬度為20～17.5 m，Ⅳ76+971.7～Ⅳ78+300段渠底寬度為17.5 m，渠底高程95.559～95.334 m。渠道內(nèi)一級(jí)邊坡為1∶2～1∶2.5，二級(jí)邊坡為1∶1. 5～1∶2.5，一級(jí)馬道(堤頂)寬5.0 m，外坡1∶1.5，渠道縱比降為1/28 000。全渠段采用混凝土襯砌，渠坡厚度10 cm，渠底厚度8 cm?；炷烈r砌強(qiáng)度等級(jí)為C20，抗凍標(biāo)號(hào)F150，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6。全渠段采用復(fù)合土工膜防滲，在渠底及渠坡防滲復(fù)合土工膜下均鋪設(shè)保溫板防凍層。

2 渠道襯砌裂縫類(lèi)型以及造成的危害

現(xiàn)澆混凝土襯砌渠道橫斷面主要為“U”形斷面型式，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)的裂縫外形多不規(guī)則，并且襯砌裂縫多出現(xiàn)在深窄或者斷面比較大的渠道中，直線(xiàn)形式的斷面出現(xiàn)的裂縫比較少，曲線(xiàn)形式的斷面出現(xiàn)的裂縫比較多。裂縫多集中在距離渠道底部1/3高度的范圍中。當(dāng)渠道襯砌出現(xiàn)裂縫后，首先會(huì)造成水資源流失，加劇渠基的凍脹危害，縮短渠道使用年限[1]。其次，渠道襯砌裂縫會(huì)導(dǎo)致渠道經(jīng)過(guò)地區(qū)的地下水位升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)鹽堿化。

3 渠道襯砌裂縫出現(xiàn)的原因

3.1 干縮裂縫

干縮裂縫主要是因?yàn)榛炷潦┕み^(guò)程中風(fēng)速過(guò)大、溫度過(guò)高，致使混凝土中的水分流失過(guò)快，并在混凝土表面產(chǎn)生比較大的毛細(xì)孔隙張力。由于混凝土為薄壁混凝土，四周沒(méi)有約束力，當(dāng)內(nèi)部拉應(yīng)力超過(guò)混凝土材料早期抗拉強(qiáng)度后就會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫。

3.2 溫度因素

在混凝土施工過(guò)程中，溫度的控制至關(guān)重要。溫度過(guò)低，混凝土?xí)驗(yàn)閮雒浂霈F(xiàn)應(yīng)力裂縫，溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致混凝土中的水分蒸發(fā)過(guò)快，水化熱集中釋放過(guò)程中產(chǎn)生裂縫。在實(shí)際施工過(guò)程中，當(dāng)環(huán)境溫度小于5 ℃、高于30 ℃或者在日曬、多風(fēng)、干旱天氣進(jìn)行混凝土澆筑施工時(shí)，很容易導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

3.3 切縫因素

在進(jìn)行混凝土切縫作業(yè)時(shí)，由于施工組織情況、溫度情況、施工效率等對(duì)切縫的影響比較大，所以需要通過(guò)試驗(yàn)將最適合切縫的時(shí)間段確定出來(lái)，混凝土澆筑完成后需要在此段時(shí)間內(nèi)將切縫工作完成。但是實(shí)際施工過(guò)程中，常常因?yàn)楣ぷ魅藛T不重視導(dǎo)致切縫時(shí)間過(guò)早或者過(guò)晚，切縫誘導(dǎo)裂縫的作用無(wú)法發(fā)揮，致使混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

3.4 凍脹裂縫

由于冬季氣候比較寒冷，混凝土襯砌壁脆性比較大，無(wú)法適應(yīng)渠基土變形，導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)上抬、裂縫、滑塌等情況。襯砌出現(xiàn)裂縫后，水分會(huì)滲漏到基土中，使基土中水的含量增加，進(jìn)一步加劇了對(duì)襯砌造成的破壞[2]。另外冬季混凝土施工時(shí)，如果采取的保溫措施不到位，襯砌體中的游離水會(huì)凍結(jié)膨脹，解凍后會(huì)出現(xiàn)混凝土剝落或裂縫。

4 混凝土襯砌裂縫的控制和處理

4.1 混凝土襯砌裂縫的控制

4.1.1 原材料控制

(1)水泥。水泥按照設(shè)計(jì)圖紙中的要求進(jìn)行配置，每批水泥運(yùn)送到工地后都要由監(jiān)理人員進(jìn)行抽樣檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)庫(kù)存或到貨水泥不符合合同技術(shù)條款的要求時(shí)，將水泥材料運(yùn)出工區(qū)停止使用。到貨的水泥按不同品種、標(biāo)號(hào)、袋裝或散裝等，分別貯放在專(zhuān)用的倉(cāng)庫(kù)或儲(chǔ)罐中，防止因貯存不當(dāng)引起水泥變質(zhì)。

(2)細(xì)骨料控制。細(xì)骨料從指定的料場(chǎng)進(jìn)行采購(gòu)，細(xì)度模數(shù)控制在2.5～3.0范圍內(nèi)，砂料質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好。

4.1.2 混凝土配合比試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工工藝確定各部位混凝土最大骨料粒徑，以此測(cè)試粗骨料不同組合比例的容重、空隙率，選定最佳組合級(jí)配。通過(guò)試驗(yàn)確定外加劑和粉煤灰的摻入量，進(jìn)行水灰比和強(qiáng)度試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)砂率和用水量進(jìn)行調(diào)整，選取各部位混凝土施工配合比對(duì)混凝土性能進(jìn)行檢測(cè)，即進(jìn)行成型7 d、28 d抗壓、抗拉、彈模、抗?jié)B及抗凍試件指標(biāo)檢測(cè)。

4.1.3 施工過(guò)程中裂縫控制

在施工過(guò)程中，襯砌混凝土的坍落度初步確定為3～5 cm，氣溫高、日照強(qiáng)時(shí)選用大值。在施工中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)砂、石子的含水量進(jìn)一步調(diào)整。外加劑選用高性能引氣減水劑，此外加劑為有機(jī)合成的高分子離子表面活性劑，主要由緩凝成分、高效減水成分、黏聚成分、引氣成分、活性增強(qiáng)材料等復(fù)合而成，使用后可以提高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性及和易性?；炷翝仓戤吅?2～18 h內(nèi)進(jìn)行灑水或噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期時(shí)間不少于14 d。在干燥、炎熱氣候條件下，延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少28 d。

在混凝土澆筑出面完成后12～24 h即進(jìn)行混凝土切縫作業(yè)，同時(shí)根據(jù)切縫效果調(diào)整切縫時(shí)間，保證切縫質(zhì)量，防止切縫過(guò)晚導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。在低溫季節(jié)時(shí)，切縫施工在混凝土抗壓強(qiáng)度為1～5 MPa時(shí)進(jìn)行。

4.2 混凝土襯砌裂縫的處理

對(duì)于混凝土襯砌交付使用后出現(xiàn)的裂縫，可根據(jù)觀察結(jié)果將裂縫分為淺表性裂縫和貫通性裂縫。其中寬度低于0.2 mm的為淺表性裂縫，使用水泥基滲透結(jié)晶防水材料進(jìn)行處理。寬度大于0.2 mm、小于0.4 mm的裂縫為貫通裂縫，使用鑿槽嵌縫處理。

4.2.1 表面涂抹處理措施

本工程選擇由硅砂、波特蘭水泥以及多種特殊活性的化學(xué)物質(zhì)組成的粉末狀材料作為表面涂抹材料，該材料和水產(chǎn)生作用后，材料中的活性化學(xué)物質(zhì)會(huì)通過(guò)載體滲透到混凝土內(nèi)部，并在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一種不溶于水的結(jié)晶物，產(chǎn)生的結(jié)晶物會(huì)對(duì)混凝土毛細(xì)孔道進(jìn)行填塞，提升混凝土的密度[3]。材料性能如表1所示。

表1 水泥基滲透結(jié)晶防水材料性能

在對(duì)裂縫進(jìn)行處理時(shí)，首先使用鋼絲刷將出現(xiàn)裂縫的位置拉毛，然后使用高壓水槍對(duì)混凝土基面進(jìn)行沖洗，保持混凝土結(jié)構(gòu)表面完全濕潤(rùn)且無(wú)明水，將拌制好的材料直接在出現(xiàn)裂縫的混凝土表面進(jìn)行涂刷，在裂縫的兩側(cè)各涂刷一次，涂刷厚度為1 mm,第一層涂料固化1～2 h后進(jìn)行第2層涂刷，在涂刷前先使用噴霧對(duì)第一道涂層表面進(jìn)行濕潤(rùn)，以免第一層涂料表面過(guò)于干燥影響第二層的施工質(zhì)量。第二層涂料涂刷后終凝3～4 h后，使用噴霧式灑水養(yǎng)護(hù)，每天使用水噴灑3～5次，持續(xù)養(yǎng)護(hù)3 d，施工過(guò)程做好防雨措施，防止雨水將涂層破壞。

4.2.2 鑿槽嵌縫處理措施

嵌縫材料使用液態(tài)聚硫橡膠作為主基料，并加入由多種化學(xué)助劑制成的高分子材料，對(duì)混凝土和金屬材質(zhì)有比較高的粘結(jié)性，可以在振動(dòng)、連續(xù)伸縮、溫度變化等因素的影響下仍然保持良好的黏結(jié)性和氣密性。密封膠的具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 密封膠具體參數(shù)

在處理裂縫時(shí)，首先使用開(kāi)鑿工具順著裂縫方向鑿出一個(gè)深度38 mm、寬度25 mm的“U”槽溝(具體施工時(shí)可以根據(jù)情況作出相應(yīng)的調(diào)整)。然后將縫內(nèi)的雜質(zhì)和浮塵清理干凈，保持縫內(nèi)干燥，并在縫隙兩邊10 mm處各粘貼寬度為30 mm的防護(hù)膠帶。然后使用小板刷在被粘表層上涂刷底涂液，干燥成膜后使用灰刀在縫槽中將配置好的聚硫密封膠嵌入，并用灰刀刮平、 壓實(shí)。處理效果如圖1所示。施工完成后檢查接縫，對(duì)于出現(xiàn)的下垂、不平、漏刮等情況要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。密封

膠沒(méi)有完全固化之前要做好保護(hù)措施，24 h內(nèi)避免雨水沖淋，施工7 d后進(jìn)行閉水試驗(yàn)。

圖1 混凝土襯砌板裂縫經(jīng)過(guò)處理后的外觀效果

5 結(jié) 論

綜上所述，混凝土襯砌裂縫是渠道常見(jiàn)的一種病害，裂縫成因比較復(fù)雜，需要工作人員充分結(jié)合工程的具體情況進(jìn)行分析和探索，找出裂縫出現(xiàn)的原因，判斷裂縫的性質(zhì)，并提出相應(yīng)的防控措施。本工程通過(guò)施工控制，有效降低了襯砌裂縫的數(shù)量，對(duì)于混凝土襯砌投入使用后出現(xiàn)的少量裂縫使用表面處理措施和鑿縫處理措施基本解決了襯砌裂縫的問(wèn)題，為類(lèi)似工程提供了借鑒和參考。

[1] 楊少謀.混凝土的自身收縮及其控制措施[J].西北水力發(fā)電,2004,20(8):94-96.

[2] 王曉勇．水工地下隧洞襯砌混凝土滲水裂縫處理[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2011(10):131-133.

[3] 周靈.水泥混凝土路面裂縫修補(bǔ)新材料研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2010.

魏忠合(1963-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程施工與管理工作。

TV672.9;TU755

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2096-0506(2016)11-0071-03