南水北調工程輝縣段渠道襯砌裂縫處理

魏忠合

(中國水電基礎局有限公司,天津 301700)

?

南水北調工程輝縣段渠道襯砌裂縫處理

魏忠合

(中國水電基礎局有限公司,天津 301700)

在大型渠道現澆混凝土襯砌施工過程中，襯砌裂縫是一個常見問題，對襯砌質量造成了比較大的影響。本文以實際工程為例，對大型渠道現澆混凝土襯砌裂縫出現的原因進行了分析，并對混凝土襯砌裂縫的控制和處理措施進行了探討。

大型渠道；現澆混凝土；襯砌裂縫；處理

1 工程概況

輝縣段是南水北調中線一期工程總干渠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。渠道內一級邊坡為1∶2～1∶2.5，二級邊坡為1∶1. 5～1∶2.5，一級馬道(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。混凝土襯砌強度等級為C20，抗凍標號F150，抗滲標號W6。全渠段采用復合土工膜防滲，在渠底及渠坡防滲復合土工膜下均鋪設保溫板防凍層。

2 渠道襯砌裂縫類型以及造成的危害

現澆混凝土襯砌渠道橫斷面主要為“U”形斷面型式，通過調查發現，出現的裂縫外形多不規則，并且襯砌裂縫多出現在深窄或者斷面比較大的渠道中，直線形式的斷面出現的裂縫比較少，曲線形式的斷面出現的裂縫比較多。裂縫多集中在距離渠道底部1/3高度的范圍中。當渠道襯砌出現裂縫后，首先會造成水資源流失，加劇渠基的凍脹危害，縮短渠道使用年限[1]。其次，渠道襯砌裂縫會導致渠道經過地區的地下水位升高，嚴重時會導致土壤出現鹽堿化。

3 渠道襯砌裂縫出現的原因

3.1 干縮裂縫

干縮裂縫主要是因為混凝土施工過程中風速過大、溫度過高，致使混凝土中的水分流失過快，并在混凝土表面產生比較大的毛細孔隙張力。由于混凝土為薄壁混凝土，四周沒有約束力，當內部拉應力超過混凝土材料早期抗拉強度后就會出現干縮裂縫。

3.2 溫度因素

在混凝土施工過程中，溫度的控制至關重要。溫度過低，混凝土會因為凍脹而出現應力裂縫，溫度過高，會導致混凝土中的水分蒸發過快，水化熱集中釋放過程中產生裂縫。在實際施工過程中，當環境溫度小于5 ℃、高于30 ℃或者在日曬、多風、干旱天氣進行混凝土澆筑施工時，很容易導致混凝土表面出現裂縫。

3.3 切縫因素

在進行混凝土切縫作業時，由于施工組織情況、溫度情況、施工效率等對切縫的影響比較大，所以需要通過試驗將最適合切縫的時間段確定出來，混凝土澆筑完成后需要在此段時間內將切縫工作完成。但是實際施工過程中，常常因為工作人員不重視導致切縫時間過早或者過晚，切縫誘導裂縫的作用無法發揮，致使混凝土表面出現不規則裂縫。

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，無法適應渠基土變形，導致襯砌出現上抬、裂縫、滑塌等情況。襯砌出現裂縫后，水分會滲漏到基土中，使基土中水的含量增加，進一步加劇了對襯砌造成的破壞[2]。另外冬季混凝土施工時，如果采取的保溫措施不到位，襯砌體中的游離水會凍結膨脹，解凍后會出現混凝土剝落或裂縫。

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。水泥按照設計圖紙中的要求進行配置，每批水泥運送到工地后都要由監理人員進行抽樣檢查，當發現庫存或到貨水泥不符合合同技術條款的要求時，將水泥材料運出工區停止使用。到貨的水泥按不同品種、標號、袋裝或散裝等，分別貯放在專用的倉庫或儲罐中，防止因貯存不當引起水泥變質。

(2)細骨料控制。細骨料從指定的料場進行采購，細度模數控制在2.5～3.0范圍內，砂料質地堅硬、清潔、級配良好。

4.1.2 混凝土配合比試驗

根據設計要求及施工工藝確定各部位混凝土最大骨料粒徑，以此測試粗骨料不同組合比例的容重、空隙率，選定最佳組合級配。通過試驗確定外加劑和粉煤灰的摻入量，進行水灰比和強度試驗，并對試驗成果進行分析，根據分析結果對砂率和用水量進行調整，選取各部位混凝土施工配合比對混凝土性能進行檢測，即進行成型7 d、28 d抗壓、抗拉、彈模、抗滲及抗凍試件指標檢測。

4.1.3 施工過程中裂縫控制

在施工過程中，襯砌混凝土的坍落度初步確定為3～5 cm，氣溫高、日照強時選用大值。在施工中根據實際情況對砂、石子的含水量進一步調整。外加劑選用高性能引氣減水劑，此外加劑為有機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、活性增強材料等復合而成，使用后可以提高混凝土的抗凍性、抗滲性及和易性。混凝土澆筑完畢后12～18 h內進行灑水或噴水養護，養護期時間不少于14 d。在干燥、炎熱氣候條件下，延長養護時間至少28 d。

在混凝土澆筑出面完成后12～24 h即進行混凝土切縫作業，同時根據切縫效果調整切縫時間，保證切縫質量，防止切縫過晚導致混凝土出現裂縫。在低溫季節時，切縫施工在混凝土抗壓強度為1～5 MPa時進行。

4.2 混凝土襯砌裂縫的處理

對于混凝土襯砌交付使用后出現的裂縫，可根據觀察結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，使用水泥基滲透結晶防水材料進行處理。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物質組成的粉末狀材料作為表面涂抹材料，該材料和水產生作用后，材料中的活性化學物質會通過載體滲透到混凝土內部，并在混凝土內部產生一種不溶于水的結晶物，產生的結晶物會對混凝土毛細孔道進行填塞，提升混凝土的密度[3]。材料性能如表1所示。

表1 水泥基滲透結晶防水材料性能

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

4.2.2 鑿槽嵌縫處理措施

嵌縫材料使用液態聚硫橡膠作為主基料，并加入由多種化學助劑制成的高分子材料，對混凝土和金屬材質有比較高的粘結性，可以在振動、連續伸縮、溫度變化等因素的影響下仍然保持良好的黏結性和氣密性。密封膠的具體參數見表2。

表2 密封膠具體參數

在處理裂縫時，首先使用開鑿工具順著裂縫方向鑿出一個深度38 mm、寬度25 mm的“U”槽溝(具體施工時可以根據情況作出相應的調整)。然后將縫內的雜質和浮塵清理干凈，保持縫內干燥，并在縫隙兩邊10 mm處各粘貼寬度為30 mm的防護膠帶。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。處理效果如圖1所示。施工完成后檢查接縫，對于出現的下垂、不平、漏刮等情況要及時進行修補。密封

膠沒有完全固化之前要做好保護措施，24 h內避免雨水沖淋，施工7 d后進行閉水試驗。

圖1 混凝土襯砌板裂縫經過處理后的外觀效果

5 結 論

綜上所述，混凝土襯砌裂縫是渠道常見的一種病害，裂縫成因比較復雜，需要工作人員充分結合工程的具體情況進行分析和探索，找出裂縫出現的原因，判斷裂縫的性質，并提出相應的防控措施。本工程通過施工控制，有效降低了襯砌裂縫的數量，對于混凝土襯砌投入使用后出現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題，為類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].中國水運(下半月)，2011(10):131-133.

[3] 周靈.水泥混凝土路面裂縫修補新材料研究[D].西安:長安大學,2010.

魏忠合(1963-)，男，高級工程師，主要從事水利水電工程施工與管理工作。

TV672.9;TU755

A

2096-0506(2016)11-0071-03