小議渠道襯砌工程裂縫產(chǎn)生原因與分析

閆顯鵬

摘 要：南水北調(diào)中線引江濟漢工程渠道機械襯砌已經(jīng)進入運行期兩年多了，目前運行狀況良好。渠道襯砌為大面積薄板混凝土結(jié)構(gòu)，在硬化過程和硬化后都會因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫。而混凝土面板的結(jié)構(gòu)型式、邊界條件等比其它混凝土結(jié)構(gòu)存在有較大的差異，這種差異使面板裂縫受混凝土風(fēng)縮、干縮、溫度變化及地基沉降的影響更大，容易產(chǎn)生裂縫，從施工過程上講，裂縫的產(chǎn)生與混凝土襯砌時的施工環(huán)境、削坡的質(zhì)量、切縫時間的掌握及混凝土養(yǎng)護等幾個因素有關(guān)。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)；渠道襯砌；裂縫

一、工程概況

引江濟漢作為南水北調(diào)中線水源區(qū)工程之一，是從長江上荊江河段附近引水至漢江興隆河段、補濟漢江下游流量的一項大型輸水工程。工程的主要任務(wù)是向漢江興隆以下河段（含東荊河）補充因南水北調(diào)中線調(diào)水而減少的水量，同時改善該河段的生態(tài)、灌溉、供水和航運用水條件。引水干渠的引水口位于荊州市龍洲垸、出水口為潛江市高石碑，線路地跨荊州、荊門兩地級市所轄的荊州區(qū)和沙洋縣，以及省直管市潛江市和仙桃市，干渠全長67.23km。

工程區(qū)位于江漢平原的腹地，樁號為13+756～18+947，地形平坦開闊，地面高差起伏不大，渠道的兩側(cè)均為農(nóng)田、魚塘及村莊，地面高程在32～34m之間。

渠道3標(biāo)長度為5.191km，沿線共布置各類建筑物4座，3座排水倒虹吸，一座分水閘。引水干渠設(shè)計引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s。

引水干渠按1級建筑物設(shè)計，干渠上的跨渠倒虹吸等主要建筑物按1級建筑物設(shè)計，倒虹吸的進出口連接建筑物、消能防沖設(shè)施、廟湖分水閘后的輸水管、出口連接建筑物、消能防沖設(shè)施等次要建筑物按3級建筑物設(shè)計?；匦蚪ㄖ燃夘悇e為三類，但水工建筑物按1級設(shè)計，其它建筑物按3級設(shè)計。

二、渠道襯砌概述

工程區(qū)位于江漢平原的腹地，樁號為13+756～18+947，地面高程在32～34m之間。渠道3標(biāo)長度為5.191km，沿線共布置各類建筑物4座，3座排水倒虹吸，1座分水閘。引水干渠設(shè)計引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s，渠道糙率取0.016。

渠道采用明渠輸水方案，梯形過水?dāng)嗝?，渠底高?6.2m，設(shè)計底寬為60～150m，渠道內(nèi)過水?dāng)嗝孢吰缕露葹?：2～1：3，外坡為1：3，渠道經(jīng)變更后無縱坡，渠道過水?dāng)嗝娌捎萌珨嗝婊炷烈r砌。

過水?dāng)嗝娴倪吰潞颓撞捎矛F(xiàn)澆混凝土全斷面襯砌，變更后現(xiàn)澆混凝土襯砌邊坡厚15cm、渠底厚8cm，混凝土等級為C20。襯砌縱、橫縫間距均取4m，渠坡縱伸縮縫全部為半縫，橫伸縮縫每隔12米設(shè)置一通縫，其余為半縫，渠底兩坡腳縱縫及中間部位縱縫為通縫，渠底其余縱縫為半縫。渠道襯砌分縫均采用矩形縫，縫寬2cm，半縫為切縫；通縫縫深貫通襯砌板厚下部采用閉孔塑料上部采用瀝青灌縫。

三、渠道工程襯砌裂縫產(chǎn)生的原因

現(xiàn)澆混凝土襯砌渠道裂縫具有混凝土工程裂縫的共性。經(jīng)過在工作中的觀察和查閱資料，得出造成裂縫產(chǎn)生的根本原因在于：混凝土由于受自身及外部介質(zhì)環(huán)境的影響，在溫度、濕度變化和周邊、基礎(chǔ)約束的作用下，會產(chǎn)生很大的約束應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂縫；在現(xiàn)澆混凝土渠道襯砌中，混凝土屬于薄壁輕型鋼性結(jié)構(gòu)，具有較高的抗壓強度，但抗拉強度較低，適應(yīng)拉伸變形和不均勻變形的能力較差。在工程地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)，基礎(chǔ)滑移、沉陷，在填方地區(qū)和渠基換填地區(qū)，由于回填土預(yù)沉降時間不夠等也是導(dǎo)致渠道混凝土板裂縫的重要原因。渠道施工季節(jié)跨越了春、夏、秋、冬四季，結(jié)合渠道工程施工，容易產(chǎn)生以下幾種形式的裂縫。

（一）塑性收縮裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)前，因表面失水較快導(dǎo)致混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫。此類裂縫常出現(xiàn)在混凝土表面，形狀規(guī)則長短不一，互不連貫，裂縫較淺，一般在混凝土澆筑后（2-3）h左右出現(xiàn)。特別是當(dāng)外界氣溫高，風(fēng)速大，氣候干燥時容易出現(xiàn)。由于我部邊坡采用襯砌機施工，在施工過程中部分漿液流失，導(dǎo)致混凝土中水泥漿過少，也是產(chǎn)生塑性裂縫的一個原因。

（二）干縮裂縫

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護結(jié)束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的半月左右。此類裂縫表現(xiàn)為表面性，縱橫交錯、無規(guī)律、分布不均，表面為多沿短邊方向分布。主要原因是混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受天氣條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成份、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)?；炷恋摹叭笠恍　?，即水泥用量大、水用量大、砂率大、石子用量小，和“三高一低”，即高水化熱、高氣溫、高風(fēng)速、相對濕度低等特點，混凝土容易產(chǎn)生干縮裂縫，已成為一項質(zhì)量通病，尤其是板類或較薄的平面混凝土結(jié)構(gòu)。

（三）沉陷裂縫

沉陷裂縫常見于渠基換填處，填方渠道和工程地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)，呈較大的貫穿性沉陷裂縫，往往上下或左右有一定的錯距。本工程砂石墊層無碾壓要求，由于砂石墊層密實度不均勻，局部有松軟土基的部位，夯實不夠，渠道填方預(yù)沉降不夠也是產(chǎn)生沉降裂縫的原因。

四、渠道襯砌混凝土裂縫的預(yù)防

主要預(yù)防措施：

（1）在現(xiàn)場準備充足的塑料薄膜，對收光完成的混凝土及時覆蓋，減少混凝土表面水分的蒸發(fā)，安排專人加強對已澆筑混凝土的養(yǎng)護工作，保證養(yǎng)護時間不少于28天；

（2）避開高溫時段施工，以減少高溫天氣對襯砌施工的影響；

（3）對襯砌機進行加工，盡量減少水泥漿液的流失；

（4）在澆筑前對砂石墊層進行噴水，以免砂石墊層吸取混凝土中的水分；

（5）采用干縮較小的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；

（6）嚴格控制水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量；

（7）底板混凝土施工時，混凝土由振動梁振搗后，采用滾筒對混凝土進行提漿處理，在混凝土初凝前后采用人工配合抹光機進行兩次收光；

（8）及時對混凝土進行切縫、打排水孔；

（9）采用小型振動碾對砂石墊層進行碾壓，并保證砂石墊層的平整度；

（10）松軟土基進行換填，夯實后方可進行混凝土澆筑。

五、渠道襯砌混凝土裂縫處理

（一）表面涂抹處理

對于縫寬δ≤0.2mm裂縫涂抹水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進行表面處理；對于縫寬0.2mm<δ<0.4mm的裂縫涂抹水泥基柔性防水材料進行表面處理。

水泥基滲透結(jié)晶防水材料是一種剛性防水材料，與水作用后，材料中含有的活性化學(xué)物質(zhì)通過載體向混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土中形成不溶于水的結(jié)晶體，填塞毛細孔道，從而使混凝土致密防水。水泥基柔性防水材料含聚合物液，具有良好的延伸性能，能抵抗建筑物的沉降、熱脹、冷縮等造成的位移變化；通過自然蒸發(fā)和水化反應(yīng)干燥成為粘結(jié)性良好、柔韌、致密的防水涂膜，達到防水的目的。

施工方法：先對防水基面即裂縫處進行預(yù)處理，配置料漿在裂縫表面直接涂刷，涂刷范圍為裂縫兩側(cè)各10cm，涂刷1遍，厚度約1mm，并進行養(yǎng)護。

（二）鑿槽嵌縫處理

對于縫寬δ≥0.4 mm的裂縫進行鑿槽嵌縫處理，嵌縫材料為水泥基柔性防水材料或聚硫密封膠。施工方法使用開鑿工具，沿裂縫方向鑿成1 個寬25mm、深38mm的“U”槽溝，應(yīng)滿足槽深為槽寬的1.5倍，不能將槽溝鑿成“V”型；將拌制好的防水砂漿填入槽內(nèi)壓實，在初凝具有一定強度后應(yīng)立即進行找平處理，或填充聚硫密封膠處理。

（三）拆除重新澆筑混凝土

對于單塊混凝土板抬動達1cm，且有多處裂縫的應(yīng)考慮拆除，拆除后對基礎(chǔ)的凍脹層清除，更換與原介質(zhì)相同的材料，壓實達到設(shè)計標(biāo)準后重新澆筑混凝土。

六、結(jié)束語

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)物中普遍存在的問題，尤其在渠道混凝土襯砌中，它不僅會降低渠道襯砌的抗?jié)B、抗凍能力，影響渠道襯砌的使用功能，而且會降低混凝土的耐久性，所以在施工過程中必須結(jié)合實際，采用合理的方法對裂縫進行處理，并對裂縫產(chǎn)生裂縫的原因進行分析，采取有效的措施預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，以確保工程的應(yīng)用效果和耐久性。