南水北調(diào)工程主干渠裂縫及凍融剝蝕缺陷處理技術(shù)

摘要：南水北調(diào)主干渠渠道為大面積薄板襯砌，且與渠道交叉的建筑物多，在澆筑過程中容易出現(xiàn)裂縫及凍融剝蝕等缺陷。為了防止裂縫及表面剝蝕對后期輸水質(zhì)量帶來危害，需采取措施加強防控。對于施工過程中出現(xiàn)的混凝土裂縫和表面剝蝕，采用了涂抹和嵌填水泥基柔性防水材料（SK手刮聚脲）、丙乳砂漿施工等處理方法。結(jié)果表明，處理后的渠道襯砌面板及建筑物質(zhì)量滿足結(jié)構(gòu)安全要求。研究成果可為同類型混凝土缺陷處理提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：渠道襯砌; 混凝土裂縫; 表面剝蝕; 缺陷處理; 南水北調(diào)工程

中圖法分類號：TV523 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.012

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0040 - 03

1 工程概述

南水北調(diào)工程邢臺市區(qū)段工程主要包含渠道工程和建筑物工程，渠道全長15.898 km，土渠渠坡襯砌板厚10 cm，渠底襯砌板厚8 cm，為C20W6F150素混凝土，主要包含了逆止閥、反濾料、保溫層、復(fù)合土工膜。該段主要采用機械化襯砌，部分區(qū)段人工襯砌。其中，小建筑物包含張東村溝排水渡槽工程和趙古莊溝排水渡槽工程，且與主干渠正交。

2 裂縫產(chǎn)生原因分析

2.1 溫度裂縫

該段溫度裂縫主要發(fā)生在渠道襯砌底部，沿線1 km范圍內(nèi)普遍存在表面不規(guī)則的裂紋[1]，長度在0.5～3.0 m內(nèi)，縫寬普遍為0.1 mm。裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土襯砌板薄，在硬化流程中，混凝土水化形成巨大水化熱，使內(nèi)部溫度迅速上升。但由于日夜溫差較大引起混凝土內(nèi)部和外界的熱脹冷縮，使混凝土表面形成了相應(yīng)拉應(yīng)力。在達(dá)到最高抗拉強度極限時，向表面快速收縮的混凝土受到了內(nèi)層約束，形成了裂紋[2]。這些裂縫的方向無特定規(guī)則，在襯砌面層上的高溫裂紋綜合交織，裂紋長度大小不等。

2.2 塑性收縮裂縫

該段塑性收縮裂縫主要發(fā)生在趙古莊溝排水渡槽建筑物上，與主干渠正交樁號為112+238，槽身采用預(yù)應(yīng)力混凝土縱梁與現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形槽身疊合結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為2個邊墩和2個中墩。缺陷發(fā)生在右邊墩上，共6條裂縫，長度為3.5～7.0 m不等，縫寬為0.16 mm。裂縫產(chǎn)生的主要原因是澆筑時間為夏季高溫時段，風(fēng)力較大。在高熱或強風(fēng)等外因影響下，由于混凝土結(jié)構(gòu)表層失水速度過快，混凝土急劇收縮，當(dāng)水分蒸發(fā)速度超過泌水速度時，就會出現(xiàn)局部的塑性壓縮破裂[3]。

2.3 施工冷縫

該段施工冷縫主要發(fā)生在張東村溝排水渡槽建筑物上。該建筑物與渠道主干渠正交樁號為111+077，槽身采用現(xiàn)澆混凝土多側(cè)墻矩形槽結(jié)構(gòu)（3槽1聯(lián)）。裂縫位于右跨槽身，靠近出口一側(cè)兩道中梁梁端，位置在兩期混凝土澆筑施工縫處至靠近T梁梁端20 cm，與波紋管大致平行。裂縫長度為1.07 m和1.43 m，縫寬均為0.2 mm。T梁分2次澆筑：① 第一次澆筑槽身至T梁下八字以上約20 cm處;② 第二次澆筑T梁剩余部分。第一次澆筑時間為2010年12月27日，第二次澆筑時間為2011年3月2日。結(jié)合裂縫產(chǎn)狀分析可知，裂縫產(chǎn)生的主要原因為接縫面處理不到位，新老混凝土約束造成。

3 凍融剝蝕產(chǎn)生原因分析

該段凍融剝蝕缺陷主要發(fā)生在渠道襯砌底部，集中在渠道樁號109+500附近，面積約100 m²。產(chǎn)生的原因主要為該部位澆筑時間在12月份，在冬季施工條件下，未嚴(yán)格做好混凝土的保溫工作，致使混凝土表面經(jīng)受凍融[4]，產(chǎn)生剝蝕現(xiàn)象。此外，在施工過程中，拌和時間過短或振搗不到位，骨料出現(xiàn)離析或泌水，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生麻面剝蝕現(xiàn)象。

4 裂縫處理方法

4.1 溫度裂縫處理方法

4.1.1 底材處理

先在裂縫15 cm范圍內(nèi)打磨，要求混凝土表面平整、堅固、無孔洞。

4.1.2 界面劑施工

清掃干凈后在15 cm范圍內(nèi)涂刷BE14專用潮濕面界面劑。界面劑配比按比例配置，一次少量配置，用完后再配置。界面劑涂刷厚度要求薄而均勻，無漏涂現(xiàn)象，保證SK手刮聚脲與混凝土之間的黏結(jié)強度大于2.5 MPa。

4.1.3 涂刷SK手刮聚脲

（1） 界面劑表干后（粘手不拉絲），在裂縫兩側(cè)12 cm范圍內(nèi)涂刷厚1 mm的SK手刮聚脲，粘貼10 cm寬胎基布，表干后再涂刷聚脲。裂縫中部聚脲厚度大于2.5 mm，兩側(cè)厚度大于2.0 mm[3]。

（2） SK手刮聚脲涂層厚度要均勻，涂刷一次成型，避免來回涂刷出現(xiàn)小包;使SK手刷聚脲各層之間很好地粘接，見圖1。

4.2 塑性收縮裂縫處理方法

4.2.1 施工程序

化學(xué)灌漿的施工步驟為：施工準(zhǔn)備→切槽封縫→鉆孔→埋設(shè)灌漿嘴→灌漿→質(zhì)量檢測→封孔。

4.2.2 施工準(zhǔn)備

化學(xué)灌漿采用LW水溶性聚氨酯類灌漿材料。灌漿設(shè)備選用單液電動化學(xué)灌漿泵，功率為90 W，灌漿壓力為0～2.5 MPa。

4.2.3 切槽封縫

沿裂縫切V型槽，寬4 cm、深3 cm，要求切槽必須跨縫準(zhǔn)確，用壓力水將切槽沖洗干凈。切槽經(jīng)監(jiān)理驗收后，使用M35預(yù)縮砂漿封縫，若裂縫處存在滲水，封縫時在滲水點埋設(shè)水管引出滲水。

4.2.4 鉆 孔

根據(jù)方便漿液滲透的原則，使用手鉆在裂縫單側(cè)鉆騎縫灌漿孔。灌漿孔孔徑14 mm;間距20 cm;孔深一般為20 cm，以鉆穿裂縫為宜。鉆孔完成后，使用壓力空氣或壓力水將孔內(nèi)的浮渣清理干凈。

4.2.5 埋設(shè)灌漿嘴

所有灌漿孔均埋入灌漿嘴，灌漿嘴與灌漿孔壁必須連接緊密，防止灌漿時沿灌漿孔漏漿。

灌漿嘴埋設(shè)完畢后，使用壓縮空氣檢查裂縫與灌漿嘴之間的暢通性、封縫的密封性以及灌漿嘴的牢固性、可靠性，確保灌漿順利進行。壓縮空氣壓力不得大于0.2 MPa。

4.2.6 灌 漿

灌漿設(shè)備采用容量為2 L的電動灌漿泵，單液法灌漿。灌漿順序為豎縫自下而上逐孔灌漿，水平縫（或接近水平縫）由一端向另一端逐孔灌漿。灌漿開始壓力為0.20 MPa，以0.05 MPa的梯度逐級加壓至0.40 MPa。

首先進行第一孔灌漿，灌漿時必須保證足夠的壓力、注漿時間和充分的穩(wěn)壓閉漿時間（裂縫越長，時間越長）。觀察灌漿泵上的注漿量顯示器，根據(jù)注漿量逐級調(diào)整灌漿壓力至0.4 MPa，當(dāng)吸漿率小于1 mL/min時，保持壓力持續(xù)20 min，然后進行下一孔灌漿，直到全部灌漿孔完成后停止灌漿。

4.2.7 封 孔

檢驗合格后，拆除灌漿管，使用預(yù)縮砂漿封堵灌漿孔。處理結(jié)果見圖2。

4.3 施工冷縫處理方法

采用改性環(huán)氧樹脂對裂縫進行灌漿，然后沿裂縫表面30 cm范圍粘貼碳纖維布，使用丙乳砂漿表面防護。

4.3.1 粘貼纖維布

沿裂縫30 cm范圍內(nèi)用砂布將表面打磨干凈平整，涂刷“愛牢達(dá)”粘結(jié)劑，然后垂直于裂縫方向粘貼臺灣重億碳纖維布。

4.3.2 丙乳砂漿防護

先用丙乳凈漿打底層，使用凈漿比例為1 kg的丙烯酸脂共聚乳劑再加2 kg水泥混合而成漿液。凈漿涂抹后隨即涂刷攪拌均勻的丙乳砂漿，朝一個方向抹平，不需要二次收光。處理結(jié)果見圖3。

5 凍融剝蝕處理方法

5.1 施工方法

根據(jù)嚴(yán)重程度對水泥表層的剝蝕部位鑿毛，直到露出新鮮完好的水泥表面后，再采取人工涂壓丙乳砂漿解決[4]。

5.2 丙乳砂漿的拌制

（1） 灰砂比為1∶2（重量比），丙烯酸脂和聚乳液摻雜度約為總砂漿用量的23%～27%，在施工前根據(jù)現(xiàn)場混凝土質(zhì)量和砂子數(shù)量及施工條件和易度，通過試拌確定水灰比。

（2） 用丙烯酸脂共聚乳液砂漿攪拌時，首先要把混凝土與砂漿干攪拌均衡，然后加入經(jīng)試拌確定的水和丙烯酸脂共聚乳液，并完全攪拌均衡。材料必須稱量精確，特別是對水和丙烯酸脂共聚的乳液，在攪拌流程中不可任意增加水灰比，使用人工方法攪拌要求拌制完全均衡。

（3） 通過人工抹壓施工，每次拌和的丙乳砂漿要求在30～45 min內(nèi)全部用完。

5.3 丙乳砂漿施工

（1） 澆筑之前用鋼絲刷除水泥表層的油污、灰塵和疏松軟弱部分，或?qū)嫒斯よ徝S即用清水沖刷一遍，不得有積水。為了提高修復(fù)面和老混凝土的粘結(jié)能力，在修復(fù)區(qū)的外緣挖一條3 cm深齒槽，如遇分縫則在距分縫處10 cm的位置開槽。

（2） 為保證質(zhì)量，先用丙乳凈漿打底層，凈漿是由1 kg的丙烯酸脂共聚乳劑再加2 kg水泥混合而成漿液，且凈漿時要涂灰一致，并無漏涂現(xiàn)象。凈漿涂抹后隨即攤鋪混合適當(dāng)?shù)谋樯皾{。當(dāng)水泥攤鋪完畢后，先使勁擠壓，然后再涂抹至表面，不可來回反復(fù)涂抹，也不需二次收光。

（3） 清理總厚度超過1 cm時，要分級抹上丙乳砂漿，下第一層為總平層，最上第一層為罩面層，各層都用木抹子拍實抹平。當(dāng)上層丙烯酸脂共聚乳液砂漿完全硬化后，再涂刷下一層丙烯酸脂共聚乳液凈漿，然后攤鋪下工作層丙烯酸脂共聚乳液砂漿。罩面處理層則用鐵抹子壓實抹光，將各層攤鋪厚度限制在7 mm以內(nèi)。

（4） 丙乳砂漿抹壓4 h（表面略干）后，用噴霧器進行噴灑保養(yǎng)或用膜覆蓋保護。讓水泥表面始終保持在潮濕狀態(tài)7 d以上，在太陽直射處或風(fēng)口部位注意進行科學(xué)合理的防曬與保濕養(yǎng)護。

6 結(jié) 語

南水北調(diào)邢臺市段混凝土施工采取了有效的防控措施，使主渠道和建筑物的工程質(zhì)量滿足了結(jié)構(gòu)安全和使用功能要求，并對薄板襯砌和建筑物混凝土裂縫和表面剝蝕等常見缺陷采用相應(yīng)的材料進行了處理，使其滿足使用性的要求，同時美觀、無毒。

參考文獻：

[1] 賈新勝，魏曉燕，劉俊明.南水北調(diào)渠道襯砌混凝土裂縫處理及預(yù)防[J]. 山東水利，2020（2）：5-6，9.

[2] 張萬新.混凝土渠道施工中常見的質(zhì)量問題及預(yù)控措施[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息，2016（19）：151，155.

[3] 陳國林.淺析混凝土渠道裂縫的預(yù)防與處理[J]. 中國水運（下半月），2008（6）：201-202.

[4] 王永杰，雷金鋒，李文暉，等.SPC聚合物水泥砂漿在南水北調(diào)中線干線工程渠道襯砌混凝土凍融剝蝕處理中的應(yīng)用[C]// 2019學(xué)術(shù)年會論文集第四分冊，北京：中國水利學(xué)會，2019.

（編輯：李 慧）