U型節水渠道裂縫的危害及防治措施

童偉

（甘肅省民樂縣水務局 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，田間配套與高效節水工程相結合的水利建設格局。其中，洪水河灌區被國家計委和水利部批準為全國大型灌區，成為第一批續建配套與節水改造項目建設試點之一。2000年，民樂縣大型灌區改建項目正式啟動，在實施節水型工程改造后，中小型渠道襯砌中U型節水襯砌渠道被廣泛采用，田間地頭幾乎全部配套了U型節水渠道。

U型節水渠道簡稱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、抗凍脹、節省渠道占地等優點，是目前公認的節水灌溉設施。然而，在灌區渠道檢查中發現混凝土U形渠道普遍易產生裂縫，不但直接影響渠道的正常使用，而且增加了修復次數和工程費用。下面筆者結合自己工作實踐和同行經驗，就混凝土U型節水渠道裂縫的相關問題做簡單地探討。

2 U形渠道裂縫的表現及危害

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、柱及預制構件等部位。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部固有的一種裂縫，它是不連貫的，一般存在于混凝土結構內部，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部，也可存在于混凝土渠道表面。另外，根據渠道裂縫產生的原因，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，經過渠水沖刷，太陽暴曬，溫度變化，也可能使裂縫變化轉變為貫穿性裂縫或深層裂縫，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構強度和整體穩定性。輕則影響渠道的正常使用，嚴重時貫穿性裂縫則會影響渠道整體結構的承載能力，降低渠道整體結構的強度，導致渠道完全破壞。②裂縫導致U形渠道結構使用功能上不正常。當細微裂縫發展成較大裂縫時，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裂縫會影響渠道結構的耐久性和使用壽命。當微觀裂縫發展成破壞性裂縫時，鋼筋表面生銹體積膨脹，在膨脹壓力作用下縫裂增大，往往加速渠道結構或構件的徹底報廢，造成工程返工，材料浪費，延遲工期甚至更大的經濟損失。

3 U形渠道裂縫產生的原因分析

U形渠道裂縫產生的原因很多，也較復雜，往往是多種不利因素綜合作用的結果，包括自然環境因素、工程材料因素、施工不規范因素或是設計不當等等，但施工不規范往往是主要因素。

（1）自然環境因素形成的裂縫

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形渠道裂縫產生了較大影響。在渠道施工過程中，由于環境溫度急劇變化，表層混凝土急劇收縮，而內部混凝土仍處于高溫狀態，限制表面混凝土收縮，當收縮產生的拉應力大于混凝土極限拉應力后就會發生裂縫。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生。

（2）材料方面因素形成的裂縫

U形渠道主要以現澆混凝土為主。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脆性材料，受混凝土施工和本身結構、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出了一些非均質的特性。若砂、石含泥量過大，水泥受潮或過期，水不潔凈，骨料顆粒級配不當或采用不恰當的間斷級配，水灰比不當，坍落度過大等等都會引起混凝土出現裂縫。

（3）施工方面因素形成的裂縫

施工不當造成U形渠道產生裂縫是比較常見地，其主要表現為以下方面。其一，基面平整度不夠引發裂縫。渠道基面的表面平整度直接關系混凝土的約束力，過大的凹凸會造成局部應力集中，從而發生裂縫。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力而開裂。其二，不均勻沉陷引發裂縫。多因基礎面地基土質不勻或回填土不實，密度達不到設計要求的指標，襯砌面板產生的沉降過大或局部的沉降不均勻面引起沉陷裂縫。其三，伸縮縫質量不好引發裂縫。渠道伸縮縫填料嵌填粗糙，造成渠道滲漏量大，降低了土基強度而誘發裂縫。另外在施工中對縫內的雜質、污染物等清理不徹底，填料無法與襯砌面很好地結合，填充飽滿度不夠也會引發該類裂縫。

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件中常見的缺陷之一，是不可避免的，但是能夠通過設計手段、施工措施等最大程度地控制其危害程度，即在設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）設計方面的防治措施

在U形渠道設計中針對不同地質和地形特點，處理好柔性和剛性的關系。即設計結構中所有構件都是約束與被約束的關系，所受約束越強，產生足夠變形的余地就越小，越容易開裂，所以設計時要重視結構中相連構件的約束關系。同時，應針對施工地點盡量就地取材，對設計選用材料的特性、結構的施工程序和施工方案有所認識，有針對地設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，應根據結構的要求選擇符合規范要求的材料，嚴格按水泥、水、砂、石的配合比計量上料，規定正確攪拌時間。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避措施。首先，盡量避免在晝夜溫差較大，日照過強的季節施工，否則施工現場應采取相應的保溫和防曬措施，充分養護，注意按時澆水，使溫度的變化控制在規定的范圍內，避免升溫過高及或是材料過于干燥。對于凍脹裂縫，可以考慮通過優化斷面形式等措施增強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，渠基土容重必須達到1.6t/m3，并且回填土的含水量要在正常范圍以內。同時，還要正確處理施工縫，保證伸縮縫不漏水。

5 結語

U形渠道表面裂縫易發展成破壞性裂縫，影響渠道結構的強度和穩定性，甚至危及渠道的耐久性能和使用壽命。為盡量預防U形渠道裂縫，文中從渠道設計、施工原材料選擇、澆筑、養護和表面保護等多方面加以分析，總結了一些防止渠道裂縫發生的措施，以期達到對U形渠道裂縫的防治目的。陜西水利

[1]李學軍,費良軍,穆紅文，《U 形襯砌渠道凍脹機理與防滲技術研究》[J]，干旱地區農業研究,2006-5。

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

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