渠道護坡混凝土裂縫成因與處理措施

□張國勝（商丘市水利科技推廣中心）

1 民商虞干渠護坡工程概況

商丘市位于豫東平原，與山東、江蘇、安徽三省接壤，本區域沒有大的河流經過。居民生活、農業灌溉和工業生產用水主要依靠地下水和引水渠引水提供。由于以前需水量小，引水工程主要為開挖后沒有防漏措施的土渠，而商丘市大部土壤為粉土，在輸水過程中，水量滲漏多達一半以上。經來水和雨水沖刷，渠坡土壤沖刷損壞嚴重，淤土堆積到河床內，致使河道淤積嚴重，過水量大大減小。因此，干旱季節輸水時，雖然上游放水量很大，但下游輸入的水量很小，不能滿足要求。隨著人們生活水平的提高，農業灌溉和工業生產用水量的快速增加，需要提高輸水效率。為了保證輸水量，減少在輸送過程中的損失，對渠道岸坡進行混凝土硬化成為引水工程的重要工作。

民商虞干渠（民權縣→商丘市→虞城縣→夏邑縣輸水干渠）輸水工程屬于商丘市三義寨引黃灌區續建配套與節水改造工程的一部分，該工程從吳屯水庫、鄭閣水庫引水，經民權縣向商丘市區、虞城縣和夏邑縣供水。2010年第二期工程主要由商丘市水利工程建筑勘測設計院設計，引水渠護底、邊坡下部為混凝土護砌，邊坡上半部分為草皮護坡。邊坡坡降比為1:2.2，現澆混凝土強度為C20的普通混凝土，厚度為100mm。渠道橫斷面結構見圖1所示。

圖1 民商虞干渠護坡、護底橫斷面結構圖

2 護坡混凝土出現裂縫

2010年年底施工單位按正常工序及施工方案進行施工，并用養護膜按正常要求對混凝土進行養護，但2012年春，發現渠道南側部分混凝土護坡沿水面出現裂縫，極少部分稍有下沉變形，見圖2所示。

圖2 護坡混凝土裂縫圖

建設單位隨即組織設計單位、主要施工單位、監理單位及檢測單位的技術人員對出現裂縫產生的原因進行了分析并采取了正確的處理措施。

3 裂縫成因分析

3.1 工序檢查

主要從施工單位場地整理、護坡基礎夯實、模板支護、混凝土拌和、土工膜鋪設、混凝土澆筑、振搗、混凝土澆筑、表面整平、沉降縫的設置等方面進行檢查。整個施工過程，施工單位都有記錄，旁站監理也有相應記錄，沒有發現違反施工規范與標準的施工工序行為，但少部分護坡施工時渠內有水，在抽干后接近渠底的部分土為水飽和土，且在施工時沒有將此土換填夯實。

3.2 對混凝土原材料及強度進行檢查

混凝土主要由水泥、粗骨料（碎石、卵石）、細骨料（河砂、海砂）及水等按一定比例混合后，通過化學反應而形成的人造石材。任何一種或幾種原材料如果不合格都可能影響其性能，如強度、耐久性等。經過檢查，護坡混凝土所用各種原材料，如水泥、砂、碎石都有出廠合格證，并經商丘市水利建筑工程質量檢測站（具有相應的水利資質）復檢合格，混凝土配合比也是由商丘水利建筑工程質量檢測站配制。混凝土在拌和過程中，采用攪拌站集中供應，自動上料，并且每班都留有試塊，試塊送檢后全部合格。

3.3 護坡養護

在冬季，如果環境溫度低于0℃后出現冰凍，則不應進行混凝土施工；如晝夜溫差過大，但沒有出現冰凍或出現少量冰凍的情況下，澆筑后的混凝土應做好防凍措施。施工隊根據以往的經驗，本次施工后主要做的防護措施為在澆筑好的混凝土表面用養護膜覆蓋。但澆筑后不久，天氣驟變，下起了雪，氣溫下降，開始結冰。養護沒到位應該是出現裂縫問題的原因之一。

3.4 混凝土強度

護坡混凝土設計強度為C20,，厚度為100 mm。不是大體積混凝土，因此，排除了由于混凝土內部產生的水化熱過大引起溫度變化導致變形裂縫的原因。在施工過程中所留混凝土試塊在標準養護條件下實測也達到設計C20的要求。在發現混凝土出現裂縫后，經鉆芯取樣實測混凝土強度值為15.86 MPa,不滿足設計要求。但在2012年4月份再次進行鉆芯取樣進行檢測時，強度達21.54 MPa，滿足設計要求。

3.5 天氣

商丘市居黃河以南，屬淮河流域，冬季出現冰凍的時間一般在十一月至次年三月以前，并且冰凍時間短，深度淺。此護坡在施工時溫度在5～10℃左右，當時晚上沒有結冰，但施工后不到一周就降了一場雪，河面開始冰凍，此后將近一個月的時間，由于溫度低，護坡南岸一直沒有解凍。在天晴時，由于陽光的照射，護坡北面的冰雪消融的快，而渠道南邊的冰凍在一月下旬才融化。在此期間，渠面水位由于下滲和蒸發的作用，下降有3 cm左右。

通過以上分析，得出護坡混凝土出現裂縫的原因如下：護坡在施工后，對冬季天氣變化考慮不足，使用了在正常溫度、正常環境下（不是在水飽和的土壤的情況下）使用的養護膜養護方法，在環境溫度驟然下降（低于0℃）的情況下，沒有采取合適的養護措施。在低溫下，混凝土強度增長緩慢，特別是溫度降到0℃以下開始結冰時，接近冰面的混凝土強度增長基本停止。當長時間冰凍時，接近冰面的混凝土由于冰凍作用，出現松化，而接近下部土壤的混凝土則由于溫度在0℃以上，強度還在緩慢增長，從而形成下部混凝土強度較高，上部較低的現象。而混凝土厚度較薄，只有100 mm，部分護坡塊體下部粉土層在澆筑時處于水飽和狀態，在水位下降時，上部的混凝土層下部由于水位下降而處于懸空狀態，在重力作用下，上部就逐漸出現開裂，形成裂縫。

4 對裂縫的處理

經過對以上各個環節的分析，找到了混凝土出現裂縫問題的原因，針對具體情況，采取了如下措施：

第一，對混凝土裂縫比較嚴重的少部分護坡進行拆除，將該段渠內的水全部抽干，把接近渠底基礎中的飽和土換掉重新按設計要求回填、夯實，然后再嚴格按設計要求澆筑混凝土。在混凝土養護時，上部要蓋上草苫子，保持7天以上，每天澆兩次水，保持草苫子始終處于潮濕狀態，在第8天到第15天，每天仍要進行一次澆水。

第二，對于少量出現小裂縫且整塊沒有變形的混凝土護坡塊，經設計單位核定，在滿足要求的前提下，本著節約的原則，要求施工單位用聚氨酯樹脂對裂縫進行處理。

5 后續觀察

在重新澆筑混凝土護坡時，已經是4月份，環境氣溫在10℃以上，原材料嚴格按照要求進行試驗，施工工序嚴格按要求進行，養護到位，對重新澆筑的混凝土取樣進行試塊檢測，達到了設計要求。在后續一年的觀測中，無論是渠道輸水，還是處于干涸狀態，重澆的混凝土護坡沒有再出現裂縫，狀態良好。

用聚氨酯樹脂涂刷的少量微小裂縫的混凝土護坡，裂縫寬度及裂縫數量也沒有增加，效果較好。

6 對護坡混凝土出現裂縫的思考

混凝土護坡施工與其它正常混凝土施工不同，一是護坡坡度比較陡，新土坡面整平后在實際施工中不易夯實，如不采取一定措施，容易給混凝土下面造成一定的懸空，因此，在比較陡的護坡（坡降比>1:2.0時），如果是用回填土進行地基處理，在可能的情況下，建議采用挖土機機斗反向對基礎進行初步夯實，效果比較好；二是對于比較陡的坡面，混凝土不易振實，用普通的振實設備無法施工，施工時必須采用護坡振實專用設備。護坡混凝土的流動度一定要比普通混凝土大，易取4 cm～5 cm，但流動度也不易過大，否則可能不能澆筑，振搗時間不易過長；三是某些區段接近水面部分，由于混凝土施工前后會有水存在，特別是在冬季施工，邊坡部分可能會由于凍結不宜施工，須視情況選擇施工時間。在施工時，接近于渠底的飽和土，最好換填，并且按要求夯實。無論是冬季溫度過低（低于0℃如果沒有采取特殊措施不應施工）還是夏季溫度過高（高于30℃），都要在施工后對混凝土做好養護工作，從而保證施工質量。