南水北調(diào)渠道襯砌混凝土裂縫處理及預(yù)防

賈新勝，魏曉燕，劉俊明

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109；2.魯控水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250109）

1 大型渠道襯砌混凝土常見裂縫分析

1.1 塑性收縮裂縫

1）成因。混凝土在終凝前強(qiáng)度很小，受較大風(fēng)力或者高溫等的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大負(fù)壓而使混凝土體積在短時間內(nèi)急劇收縮，此時混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮而產(chǎn)生裂縫。

2）特點。裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長短不一，不連貫狀態(tài)。較短的裂縫一般長0.1～5 cm，較長的裂縫可達(dá)1.0 m，寬0.1～1.0 mm，深度為0.1～10 mm。出現(xiàn)較集中，且密集分布。

3）危害：塑性收縮裂縫是南水北調(diào)大型渠道邊坡襯砌混凝土中比較常見的裂縫，在施工期間發(fā)生，工程運維期較少出現(xiàn)，不影響使用功能，但是對混凝土的外觀質(zhì)量有所影響。在日常養(yǎng)護(hù)中對輕微的塑性收縮裂縫可以不做處理，也可以結(jié)合混凝土表面碳化或凍融一并處理。

1.2 沉降裂縫

1）成因。由于地基結(jié)構(gòu)土質(zhì)松軟、不勻、回填土不實而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致。

2）特點。此類裂縫多呈寬度均勻、斷面上寬下窄、兩端一直延伸，會出現(xiàn)多條平行分布。較短的裂縫一般長0.1～50 cm，較長的裂縫長達(dá)數(shù)米甚至覆蓋整個沉陷區(qū)域，寬1.0～50.0 mm，深度一般為貫穿，發(fā)生時間跨度較長，區(qū)域比較集中，呈現(xiàn)集中一條或數(shù)條分布時，對混凝土實體質(zhì)量影響較大。

3）危害。沉降裂縫由于發(fā)生時間跨度較大，在工程運行期時有發(fā)生，影響工程實體質(zhì)量及工程輸水安全，在日常養(yǎng)護(hù)中發(fā)現(xiàn)沉降裂縫需及時進(jìn)行處理。

1.3 揚壓力裂縫

1）成因。當(dāng)?shù)叵滤桓哂谇浪粫r，地下水的頂托力就會對混凝土襯砌產(chǎn)生揚壓頂托作用，造成襯砌混凝土出現(xiàn)裂縫。南水北調(diào)輸水渠道沿線地下水位變化范圍較大，揚壓力裂縫對混凝土破壞比較嚴(yán)重。

2）特點。揚壓力裂縫多為貫穿性裂縫，其走向與頂托作用中心有關(guān)，較大的揚壓力裂縫，往往有一定的隆起，并以隆起為中心，向四周呈放射性分布，裂縫寬度與揚壓力頂托作用成正比關(guān)系。斷面上寬下窄、裂縫寬度一端較寬呈放射性延伸、終止于頂托集中區(qū)。較短的裂縫一般長0.1～30.0 cm，較長的裂縫覆蓋整個頂托區(qū)域，寬1.0～50.0 mm，深度一般為貫穿，發(fā)生時間跨度較大，區(qū)域比較集中。

3）危害。揚壓力裂縫在工程運行期發(fā)現(xiàn)呈區(qū)間分布明顯，影響工程實體質(zhì)量及工程輸水安全，在日常維修養(yǎng)護(hù)中需及時進(jìn)行處理。

1.4 凍脹裂縫

1）成因。由于渠道沿線土質(zhì)為壤土、黏土、砂壤土或淤泥質(zhì)壤土等，且地下水位較高，土壤遇水吸水飽和，含水率較高。當(dāng)氣溫低于0℃時，渠道土體中的水分結(jié)冰，土壤體積膨脹，對渠道混凝土面板造成凍漲破壞，從而形成裂縫。

2）特點。一般在冬季低溫期的土壤含水量較高、水位變動區(qū)發(fā)生，此類裂縫多為貫穿性裂縫，其走向與凍脹拉伸、頂托作用程度有關(guān)，較大的凍脹裂縫，往往呈現(xiàn)碎片狀并有一定的隆起，裂縫寬度往往與環(huán)境溫度和凍脹拉伸成正比關(guān)系。裂縫多呈現(xiàn)碎片放射性分布、斷面彎曲、裂縫呈區(qū)域分布。較短的裂縫一般長0.5～30.0 cm，較長的裂縫覆蓋整個凍脹區(qū)域，寬1.0～20.0 mm，深度一般為貫穿，區(qū)域比較集中，呈現(xiàn)碎片狀分布。

3）危害。凍脹裂縫對混凝土實體質(zhì)量影響較大，在日常維修養(yǎng)護(hù)中需及時進(jìn)行處理。

2 襯砌渠道混凝土裂縫的處理

根據(jù)渠道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和危害的分析，結(jié)合渠道襯砌混凝土工程運行維護(hù)近幾年的實施經(jīng)驗，總結(jié)渠道襯砌混凝土裂縫的處理方法和措施如下。

2.1 水泥基滲透結(jié)晶型防水劑裂縫處理方案

1）適用范圍。對于縫寬δ≤0.2 mm的裂縫，可采用水泥基滲透結(jié)晶型防水劑（DPS）進(jìn)行裂縫和表面處理，既可以保證混凝土的整體性，又可以利用防水材料的滲透作用填塞縫隙，達(dá)到防水的目的，適用于裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定區(qū)域。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料屬于剛性防水材料，安全無毒，防水具有永久性和自修復(fù)等能力。

2）處理流程。（1）基層清理。將裂縫周圍空鼓、起皮以及疙瘩等疏松部位鏟除，用清水沖洗干凈，浸潤防水基層。（2）材料制備。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料在使用前，將溶液桶搖動均勻。（3）修補(bǔ)。混凝土開裂及振搗不密實的部位，先用同強(qiáng)度等級水泥砂漿或砼進(jìn)行修復(fù)后再噴涂DPS。（4）噴涂。噴涂時應(yīng)自上而下，左右噴射，保證DPS均勻的浸透全部施工面。（5）養(yǎng)護(hù)。DPS涂刷滲透時間為1~2 h，處理區(qū)域周圍采取一定隔離措施。若天氣干燥可在噴涂完1 h后在混凝土表面輕噴水，以便溶液更好的滲入。

2.2 水泥基柔性防水材料裂縫處理方案

1）適用范圍。縫寬0.2 mm＜δ＜0.4 mm的裂縫，采用水泥基柔性防水材料具有一定的韌性和抗拉能力等特性，避免因裂縫微小變化就造成整個處理失效的情況出現(xiàn)，達(dá)到防水的目的，既適用于發(fā)現(xiàn)裂縫的防水處理，又適用于裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定的區(qū)域。該型防水材料屬于柔性防水材料，彌補(bǔ)了水泥基剛性防水材料抗拉強(qiáng)度過低、抗沖擊強(qiáng)度差的弱點。

2）處理流程。（1）基層清理。將裂縫周圍空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位鏟除，用清水沖洗干凈，晾曬基層面基本干燥即可施工。（2）材料制備。水泥基柔性防水材料將A組與B組的配置按重量比為1∶1混合，攪拌均勻后即可使用。（3）涂刷。將水泥基柔性防水材料直接涂刷在裂縫混凝土表面，裂縫處以漿液飽滿為準(zhǔn)，涂刷范圍為裂縫兩側(cè)各10.0 cm，厚度約2.0 mm，表面壓實、抹平。（4）養(yǎng)護(hù)。處理區(qū)域周圍采取一定隔離措施，防止雨水沖刷、動物踐踏，采用自然養(yǎng)護(hù)的辦法，施工和養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度以5～40℃為宜。

2.3 環(huán)氧砂漿處理方案

1）適用范圍。縫寬δ≥0.4 mm的裂縫，利用環(huán)氧砂漿高強(qiáng)度、高粘結(jié)力或聚硫密封膠高粘附性、柔軟性、抗拉和耐高溫老化的特點，達(dá)到防水的目的，適用于裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定區(qū)域。

2）處理流程。（1）基層清理。將裂縫周圍空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位鏟除，沿裂縫方向鑿成一個寬25.0 mm、深40.0 mm的“U”型槽溝，晾曬基層面保持干燥。（2）材料制備。按照重量配置環(huán)氧基液，按照重量配置環(huán)氧砂漿，將環(huán)氧樹脂加熱至60℃，加入丙酮、二丁脂拌勻后，再加入乙二胺拌勻，再將預(yù)熱至30℃的填充料加入拌勻。（3）涂抹。為增加環(huán)氧砂漿與原混凝土的黏接力，先在槽內(nèi)涂刷一層環(huán)氧基液，厚度約1.0 mm，槽兩側(cè)涂刷2.0 cm；涂刷基液30 min熟化后，用配置好的環(huán)氧砂漿填充槽溝，密實后表面壓實、抹平。（4）養(yǎng)護(hù)。處理區(qū)域周圍采取一定隔離措施，防止雨水沖刷、動物踐踏，施工和養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度以15～40℃為宜。

2.4 格瑞特柔性修補(bǔ)劑裂縫處理方案

1）適用范圍。適應(yīng)所有縫寬的裂縫，格瑞特柔性修補(bǔ)劑（RMO）與適量的水泥和砂子混合，會產(chǎn)生特別高的黏接強(qiáng)度以及柔性，用于混凝土防碳化理、修補(bǔ)裂縫、表面重修，可完成厚度僅為0.4 mm表面修補(bǔ)應(yīng)用。

2）處理流程。（1）基層清理。混凝土裂縫區(qū)域周圍剔鑿松散混凝土，沿縫隙剔成上口≤25.0 mm、下口≤40.0 mm，深度≥50.0 mm梯形口，并清理干凈，最后用高壓水槍對裂縫區(qū)域周圍進(jìn)行沖洗。（2）材料配置。RMO與水按1∶2進(jìn)行調(diào)配作為底涂加強(qiáng)層。RMO∶水∶P·O42.5R∶砂＝1∶2∶2∶6 進(jìn)行配置作為填縫材料。如縫隙過大，可加石屑摻入配比。（3）修補(bǔ)裂縫。待裂縫區(qū)域周圍無明顯水珠時，用高壓噴壺噴涂RMO底涂層，底涂層微濕時用美國原裝高壓注漿機(jī)進(jìn)行基層第一步噴刷20 mm，用設(shè)備的高強(qiáng)壓力將基層壓實；第二步進(jìn)行中間層20 mm涂刷；第三步封口面層處理涂抹壓實上光。（4）養(yǎng)護(hù)。施工完成12 h后噴霧養(yǎng)護(hù)保持表面濕潤，養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)禁上人上車。

3 混凝土裂縫的預(yù)防措施

3.1 工程措施

1）對支流口、排澇口等處采取混凝土、漿砌石等邊坡防護(hù)措施給予加強(qiáng)。

2）加強(qiáng)工程維修養(yǎng)護(hù)綠化，種植假儉草、狗牙根等植物加固輸水渠道堤防，防止水土流失。

3）疏通工程沿線排水溝、渠，及時排除輸水渠道堤防雨水、客水，防止對堤防沖刷或浸蝕。

4）對于巡查發(fā)現(xiàn)的沉陷、管涌、洞穴、裂縫等危害堤防和基礎(chǔ)的情況及時進(jìn)行處理。

3.2 非工程措施

1）編制渠道襯砌工程巡視、巡查制度，明確渠道襯砌面板、壓頂、伸縮縫、渠道堤防、植被、基礎(chǔ)、排水管、沉陷區(qū)、凍漲區(qū)和揚壓力頻發(fā)區(qū)域等內(nèi)容的巡查內(nèi)容和頻次。

2）積極開展渠道襯砌工程調(diào)水期、汛期和強(qiáng)降雨時期的工程專項檢查。

3）保持渠道調(diào)度運行期間水位穩(wěn)定，泵站開關(guān)機(jī)、水閘開關(guān)閘等調(diào)水活動按照有關(guān)規(guī)程科學(xué)進(jìn)行水位調(diào)度。