濟平干渠襯砌混凝土質量缺陷分析與處理

王自民，劉 巖

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109）

濟平干渠工程是南水北調東線首批開工的項目之一，渠道采用梯形明渠全斷面防滲襯砌型式，為薄板素混凝土結構。采用人工與機械化相結合施工，平陰段主要為人工襯砌，長清至小清河眭里莊跌水段主要為機械襯砌。由于機械化施工工藝尚不成熟，造成部分襯砌混凝土產生表面凍融及裂縫等缺陷。為此，原山東省南水北調工程建設指揮部組織有關技術人員成立了濟平干渠混凝土襯砌缺陷處理項目組，負責調查分析混凝土襯砌缺陷產生的原因，提出混凝土襯砌缺陷防治措施，并編制混凝土襯砌缺陷處理技術。

1 缺陷調查、檢測及成因分析

1.1 襯砌混凝土表面凍融調查及成因分析

經調查，長清段于2005年12月份進行襯砌施工，由于當時氣溫較低，冬季養護措施不到位，導致混凝土表面水分結冰，融化后形成麻面，嚴重影響混凝土耐久性和外觀的要求，其它非冬季施工的標段很少出現這種情況。

1.2 襯砌混凝土裂縫調查、檢測及成因分析

1）裂縫的調查、檢測。主要調查了混凝土裂縫寬度、長度及形狀、是否貫通、縫內有無異物及裂縫寬度的變化等情況。主要有以下幾種：（1）渠坡縱向裂縫。大部分出現在渠坡中間，裂縫長度長短不一，長的貫穿整個施工板塊，短的在1.0m以內，裂縫寬窄不一，寬的在0.5～3.0mm左右，窄的在0.5mm以下；（2）渠坡橫向裂縫。該裂縫出現在未切割的混凝土板上，約30m就有一道，寬度在1.0～3.0mm；（3）混凝土板表層裂縫。該裂縫寬度在0.2mm以下，在整塊板（3m×3m）上分布不規則，數量少者幾條，多者10～30條，該裂縫均集中出現在相鄰的幾塊板上，下游標段較多；（4）渠坡和渠底局部沉陷和空鼓造成的裂縫。

2）裂縫成因分析。濟平干渠下游標段的混凝土板主要采用機械化設備襯砌。《渠道混凝土襯砌機械化施工技術規程》（NSBD05-2006）中規定：切縫施工宜在襯砌混凝土抗壓強度為1～5MPa時進行，即在混凝土終凝時就應開始切割。而下游部分標段2005年12月澆筑混凝土，項目組2006年3月現場調查時局部伸縮縫尚未切割，因此產生了上述的第一種和第二種裂縫，屬于貫穿裂縫；機械化襯砌對混凝土拌和物的坍落度和養護均有嚴格的要求，第三種裂縫則是由于混凝土坍落度過大或初期養護不當造成的，屬于淺細裂縫；第四種裂縫中，渠坡和渠底局部沉陷是由于基礎不均勻沉降引起的，渠坡和渠底局部空鼓是由于渠道內外水壓差形成的揚壓力造成的。

2 缺陷處理

2.1 處理原則

濟平干渠混凝土襯砌缺陷處理主要遵循以下原則：1）表面凍融破壞的混凝土襯砌板修補后應滿足混凝土強度、抗凍、防滲和美觀的要求。2）裂縫修補后應滿足界面粘接強度要求，涂層和填充物彈性好，拉伸率大，能適應熱脹冷縮變形和外型美觀的要求。3）缺陷處理時，要考慮渠道混凝土結構的特點、環境條件、時間、空間等因素，選擇適當的處理方法、修補材料和工藝，以最低的工程費用達到預期的修復目標。4）選擇修補材料時，要考慮修補材料對水質的污染和修補材料在特定環境下的耐久性。

2.2 混凝土表面凍融處理

項目組此次在混凝土表面凍融破壞面上試驗了水泥基滲透結晶型防水材料和丙乳砂漿兩種材料，并對丙乳砂漿進行了配合比及性能試驗。試驗表明：前者對于新澆筑的混凝土面效果明顯，后者對處理已形成凍融破壞的混凝土效果較好，并且從以往的工程實例來看，丙乳砂漿具有質量容易控制、施工簡便、造價較低的特點，因此本次缺陷采用丙乳砂漿對凍融破壞進行修補。

針對濟平干渠襯砌混凝土的主要性能指標，進行了2種丙乳砂漿配合比試驗，水泥和砂的配比分別為1∶1和1∶2。經實驗對比分析，當其配合比為1∶1，其彈性模量與原混凝土接近，強度較高，更易與原混凝土融合為一體。

2.3 裂縫處理

1）處理方法。裂縫修補方法主要有三大類：（1）充填法。適于修補較寬裂縫（δ≥0.2mm）。（2）注入法。分為壓力注入法（灌漿法）和真空吸入法。（3）表面覆蓋法。分涂覆裂縫部位及全部涂覆兩種方法，適于處理細微裂縫（δ＜0.2mm）。

2）裂縫處理試驗及方法選定。根據本工程的特點，針對第一種和第二種貫通裂縫，修補方法有充填法和注入法，本次修補兩種方法均現場做了試驗。充填法修補時，充填材料選用了雙組分聚硫膠和丙乳砂漿加鋼絲網片兩種材料，結果顯示：由于雙組分聚硫膠處理具有良好的彈性，與兩側混凝土結合緊密，較好地適應裂縫的變形，效果較好；而采用丙乳砂漿加鋼絲網片，由于丙乳砂漿的收縮，易在鋼絲網一側形成新的裂縫，效果較差，質量難以控制。試驗注入法修補時，因襯砌板較薄且為貫穿裂縫，漿材很容易滲入至板底，并且漿材凝固硬化后易形成新的裂縫，質量不易保證，表明注入法并不適于大面積薄板素混凝土結構。針對非貫通裂縫，縫寬大于0.2mm，采用局部表面覆蓋法（涂覆裂縫部分），材料采用HK-964環氧增厚涂料；縫寬小于0.2mm且裂縫集中的板塊，采用全板塊表面覆蓋法，材料采用丙乳砂漿，同前述混凝土表面凍融破壞修補方法一樣。

3 缺陷處理效果評價

濟平干渠機械化襯砌混凝土缺陷處理從2006年4月開始在部分標段進行試驗，2006年5月提出《濟平干渠襯砌缺陷處理技術要求》后大面積展開處理，至2006年8月結束，針對襯砌表面凍融破壞和表面淺細裂縫較多的混凝土板，采用表面覆蓋法（材料采用丙乳砂漿）共處理混凝土面積約30000m2，處理后的混凝土板經檢測：丙乳砂漿與基層結合緊密，砂漿表面平整密實、無空鼓現象。采用充填法（充填材料采用雙組分聚硫膠）處理的裂縫總長約20000m，處理后的裂縫與原混凝土結合緊密，無外溢、無脫膠、下垂等現象。采用表面覆蓋法（材料采用HK-964環氧增厚涂料）處理的裂縫總長約300m，處理后的裂縫與原混凝土結合緊密，表面平整，無脫膠現象。

需注意的問題是用丙乳砂漿和HK-964環氧增厚涂料處理混凝土缺陷時，與原混凝土顏色差別較大，需在丙乳砂漿中參入一定量的白水泥，在HK-964環氧增厚涂料中加入一定量的顏料，并根據原混凝土的顏色進行現場試配，才能取得較好的外觀效果。

4 缺陷預防措施

渠道機械化襯砌混凝土為薄板素混凝土結構，除應嚴格按照《渠道混凝土襯砌機械化施工技術規程》（NSBD05-2006）施工外，還應制定相應措施，盡量避免混凝土缺陷產生。由于襯砌板屬于大面積素混凝土薄板結構，混凝土凝結時易受外界氣象條件影響，應避免冬季施工，盡量避開夏季高溫時段和大風天氣；嚴格控制混凝土塌落度，加強初期養護，按照終凝時間點進行切縫等，均能預防缺陷產生。