淺析南水北調中線干線鎮平三標工程渠道襯砌混凝土裂縫產生的原因和控制措施

李海東，保守林，倪 明

(中國水利水電第十工程局有限公司二分局，四川都江堰 611830)

1 工程概述

南水北調中線干線鎮平三標工程輸水渠道設計樁號76+100～87+925，全長11．825km。渠道76+100～85+750段(共9．65km)邊坡坡比為1∶2，成型后渠道底寬22m，邊坡坡長20．64～22．6m;渠道 85+800 ～87+925 段(共 2．125 km)邊坡坡比為1∶3，成型后渠道底寬17m，邊坡坡長29．25m;渠道85+750～85+800段﹙共50 m﹚為斷面漸變段;渠道邊坡襯砌厚度為10cm，底板襯砌厚度為8cm。渠道橫向16m設一道通縫，橫縱4m設一道半縫，通縫深度為襯砌板厚的90%，半縫深度為襯砌板厚的75%，縫寬均為1 cm，縫內填1cm厚閉孔泡沫板，迎水面采用2cm深聚硫密封膠嵌縫。襯砌混凝土標號等級為C20W6F150。渠道結構橫斷面見圖1。

圖1 渠道結構橫斷面圖

2 混凝土裂縫的種類及其產生原因

2．1裂縫的種類

(1)溫度裂縫。溫度裂縫多發生在混凝土表面。混凝土澆筑后，在其凝固過程中，水泥產生水化熱，使混凝土內部溫度升高，而混凝土表面因晝夜溫差較大，散熱較快，形成了內外較大溫差，造成混凝土內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生了一定的拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束就會產生裂縫。這種裂縫的走向通常無一定規律，混凝土襯砌面板上的溫度裂縫通常縱橫交錯，裂縫寬度大小不一。

(2)塑性收縮裂縫。收縮裂縫多在新澆筑混凝土表面出現，形狀很不規則，多呈中間寬，長短不一，互不連貫，較短的裂縫一般長30～50cm，較長的裂縫可達2～3m，縫寬2mm左右。大多數裂縫在混凝土初凝后，當外界氣溫高、風速大、氣候干燥的情況下出現。混凝土塑性收縮情況主要受水灰比、混凝土凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等因素的影響。混凝土初凝之前仍處于塑性狀態發生的收縮，在高溫或大風等外因影響下，混凝土表面失水過快，體積急劇收縮，當蒸發速率大于泌水速率時就會發生局部的塑性收縮裂縫。

(3)干縮裂縫。干縮裂縫多發生在混凝土澆筑后一周左右，主要是由毛細孔隙壓力造成。毛細孔隙在干燥過程中逐步失水，產生很大的毛細孔隙張力，混凝土體積產生收縮。由于混凝土周圍存在約束，內部又有拉應力，當拉應力超過混凝土材料抗拉強度時，便會出現干縮裂縫。干縮裂縫多為表面線狀淺細裂縫，寬度多為0．2mm左右。干縮裂縫的產生主要與混凝土的水灰比、水泥成分、材料性質、外加劑等用量有關。

(4)沉降裂縫。沉降裂縫多為貫穿性裂縫，其走向與沉降情況有關，一般與地面垂直或呈30°～45°角方向發展。沉降裂縫多是由于基礎面處理不當造成的，若基礎面雨淋溝或超挖部位回填土不密實，壓實度達不到設計要求的指標，則襯砌面板可能產生過大的沉降或局部的不均勻沉降，從而產生沉降裂縫。裂縫寬度受溫度的影響較小，與沉降量的大小成正比，當地基變形穩定之后，沉降裂縫亦基本趨于穩定。

2．2 裂縫產生的主要原因

(1)施工方法不規范。主要包括:①澆筑混凝土振搗時，漏振或過振;②澆筑混凝土時，風速過大、烈日暴曬，沒有采取相應的防范措施;③現場養護措施不到位，混凝土早期脫水;④切縫不及時;⑤墊層壓實不均勻。

(2)高填方渠段土方回填完成后，沉降時間不夠。

(3)施工環境。施工溫度超過30℃，低于5℃和久晴、多風、日曬的天氣施工時，混凝土由于內外溫差超過20℃或表面失水過快而不同程度地形成表面裂縫。

3 混凝土裂縫的主要控制措施

3．1 渠坡削坡控制

削坡機在精削前，挖掘機先進行粗削坡。渠道填筑成型后，測放出坡腳線和坡肩線，每隔10 m用尼龍繩作為基準，施工人員指揮挖掘機粗削。粗削后的坡面應預留8～10cm采用削坡機精削，為保證削出的坡面平整，將挖掘機的斗齒改造成平板狀。基礎面準備完成后，當下道工序不能及時跟進施工時，采用塑料布對新削坡面進行覆蓋，以達到坡面不開裂、不變形、不出現雨淋溝的目的。基礎面平整度誤差不大于2cm/2m。

3．2 渠底粗砂墊層鋪設控制

渠底粗砂墊層厚10cm，采用裝載機進行粗砂的攤鋪，人工配合平地機進行粗砂的整平，采用16t平板振動碾碾壓。兩側坡腳和渠底中齒槽內粗砂回填均采用人工蛙式打夯機壓實。墊層料鋪設后，壓實過程中應適當灑水濕潤，但要防止灑水過量造成施工作業面積水，合格的墊層相對密度不小于0．7。墊層表面輪廓尺寸應滿足設計文件要求，表面平整度誤差不大于1cm/2m。

3．3 混凝土施工控制

3．3．1 混凝土澆筑

(1)布料及攤鋪。混凝土運至施工現場后，由專人指揮布料。坡面上的鋪料從下向上連續進行，襯砌速度控制在10m/h以內，渠坡襯砌機行走時，振動設施及時打開，確保混凝土不過振或漏振并達到表面出漿，不出現露石、蜂窩、麻面等;襯砌機行走過程中，當出現局部欠料或露石現象時，人工及時補料;出現明顯隆起時，人工及時平整。

(2)邊角處的人工填補及振搗。渠坡襯砌機襯砌渠坡的頂部及底部時易出現缺料現象。對于襯砌機布料到不了的地方，人工及時補料，并采用插入式振搗器輔助振搗。襯砌機開出倉面時，采用插入式振搗器自下而上沿端頭模板邊界振搗一遍，確保端頭處混凝土的密實性。

(3)機械抹面。機械抹面由下而上進行，抹光機每次移動距離為2/3抹盤直徑，對于坡頂及坡底抹面機不能到達的位置，全部由人工進行抹面和收光，做到不漏抹、表面平整、均勻一致。

(4)人工收光。混凝土初凝前用手輕壓，混凝土表面發硬但稍有痕印時，便可及時進行壓光處理，消除混凝土表面氣泡、浮漿、麻面、坑凹之處，使混凝土表面平整、光滑無抹痕。

3．3．2 混凝土養護

(1)春夏秋三季:混凝土終凝前，先噴灑養護劑，然后采用一布一膜進行遮蓋養護(布在下，膜在上)，而后每天灑水5～6次，以布濕透為宜，避免坡腳部位被水浸泡。

(2)低溫季節:混凝土養護的主要任務是保溫防凍。混凝土終凝前，先噴灑養護劑，然后采用一布一膜進行遮蓋養護(膜在下，布在上)，上面覆蓋1～2層草簾或保溫被，遮蓋要嚴實，必要時搭設暖棚養護。

(3)渠道襯砌混凝土宜分時段采取不同的養護措施。①收面完成后、混凝土終凝前應采用噴霧養護并及時噴涂養護液。②混凝土終凝后、切縫前宜采用一布一膜灑水養護。③切縫期間，應對混凝土進行灑水養護，做好切縫與養護的協調工作。④切縫完成后立即進行一布一膜灑水養護。⑤每個襯砌作業面必須安排專人負責灑水養護工作。⑥混凝土養護的遮蓋材料務必壓實，避免被風吹開。

3．3．3 混凝土切縫

混凝土面板切縫時機是切縫施工的重中之重。切縫過早，縫壁兩側容易破損，對后期清縫造成嚴重影響;切縫過晚，切縫的效率降低且混凝土面板容易出現裂縫。切縫施工宜在混凝土抗壓強度為1～5MPa時進行，在施工中可以預留同條件養護試件用于確定不同邊界條件下的襯砌面板切縫時間。

為防止混凝土面板在切縫期間產生裂縫，切縫宜先切割通縫和渠底齒槽與邊坡結合部的引導縫，后切割半縫。切縫時，每條縫必須切到頭，否則容易出現裂縫。切縫時，混凝土正處于養護的關鍵階段，應在切縫的同時保證混凝土養護到位。遮蓋養護時，切縫不宜大面積的掀開，應隨切隨掀。切縫完成后，應盡快進行遮蓋養護。

3．4 高、低溫季節的施工控制

3．4．1 高溫季節施工

日最高氣溫超過30℃時，應采取相應措施保證入倉混凝土溫度不超過28℃。加強混凝土出機口和入倉混凝土的溫度檢測頻率，并應有專門記錄。

高溫季節施工，應做好以下工作:

(1)增加骨料堆高、骨料場搭設防曬遮陽棚、骨料表面灑水降溫等措施降低原材料的溫度。骨料表面灑水降溫宜采用深井水(約16℃)，并在混凝土澆筑前2h實施。對于砂子一般不宜進行灑水降溫，可在澆筑前將表層部分清除。混凝土澆筑前，務必檢測砂石骨料的含水率并調整配合比;

(2)采用加冰或者冰水、冷卻水拌和;加冰時，拌和時間應延長15～20s，宜采用冰水或深井水;

(3)澆筑時間一般安排在下午5點以后至次日10點之間。在此時間段內，應完成收面工作并及時遮蓋養護;

(4)對混凝土運輸罐車、水泥粉煤灰存儲罐采取防曬措施，一般采用穿“棉襖”的方式、混凝土輸送帶搭建防曬棚等措施降低入倉溫度;

(5)澆筑過程中，可采用噴霧的方式降低局部環境溫度，混凝土收面完成后，及時對混凝土進行遮蓋養護，防止水分散失過快;

(6)安排專人負責灑水養護工作并做好養護記錄，混凝土的遮蓋保溫養護材料必須壓實，避免被風吹開。

3．4．2 低溫季節施工

日最低溫度低于0℃時，施工中應避開每天氣溫低于0℃的時間段，并在混凝土澆筑完成后及時遮蓋保溫保護，保證混凝土表面溫度不低于5℃。

低溫季節施工，應做好以下工作:

(1)砂石骨料盡量堆高并保溫。最低氣溫低于0℃時，集料斗的粗砂在每天澆筑完成后，宜清空;

(2)在混凝土拌和前，用熱水沖洗攪拌筒，并將積水或冰水排除，使攪拌筒處于正溫狀態。混凝土拌和時間比常溫季節適當延長20%～25%;

(3)對混凝土運輸車、水泥粉煤灰儲存罐采取保溫措施，一般采用穿“棉襖”的方式;

(4)采用熱水拌和，拌和水溫不超過60℃;

(5)機械襯砌施工時，不宜開大倉并安排在每天氣溫相對較高的時段實施，同時收面時間應避開氣溫低于0℃的時段;

(6)施工中應加大混凝土拌和物的溫度測量工作。

4 結語

渠道襯砌混凝土裂縫產生的原因很多，且裂縫也是渠道大面積薄壁混凝土澆筑施工中普遍存在的一種現象。在施工中，應對不同原因產生的混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采取各種有效的預防控制措施，預防裂縫的出現和發展，保證渠道襯砌混凝土的施工質量。南水北調中線干線鎮平三標工程在渠道混凝土襯砌施工過程中，通過采取上述混凝土裂縫控制措施，使混凝土裂縫現象得到了較好的控制，渠道襯砌取得了較好的成果。