渠道混凝土襯砌產生裂縫的原因及質量控制

吳金輝　徐偉杰　劉海斌

摘要：文章結合南水北調中京石段應急供水工程渠道項目施工S7標段的實際情況，對機械化混凝土施工過程中裂縫產生的原因作了簡單的分析，并提出了如何預防裂縫的幾個具體措施。

關鍵詞：襯砌裂縫；混凝土襯砌；質量控制；渠道襯砌

中圖分類號：TV554文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0148-02

南水北調中線京石段應急供水工程渠道項目施工S7標段，該施工標段樁號范圍為255+200～261+800，渠道長度6600m，位于河北省正定縣境內的許固村和吳興村附近，工程區為華北沖積平原，地形總體平坦，地面高程66.0m～79.0m，本標段渠道為土渠段，全段設計縱坡1/25000，過水斷面采用梯形斷面，斷面分為挖方及半挖半填兩種型式。渠道的設計流量為165m3/s，加大流量為190m3/s，過水斷面邊坡系數為2.0～3.0，渠內設計水深5.0m，渠道過水斷面采用現澆混凝土襯砌，襯砌高度至一級馬道，土渠襯砌厚度邊坡10cm，底板8cm，襯砌板下鋪復合土工膜加強防滲，防滲層下面鋪設保溫板防凍，渠道襯砌混凝土3.9147萬立方米，占了該工程混凝土總工程量的66.88%。

渠道混凝土襯砌在農田灌溉節水中發揮了很大的作用，其是進行防滲節水、提高輸水流速、提高渠水利用率、增加耐久性的有效方法之一。干渠明渠采用混凝土襯砌機械化施工，其重點是要保證渠道混凝土襯砌工程的質量，但由于施工原因和運行管理不當，渠道襯砌將產生裂縫、錯臺、滑坡現象，其成為了輸水滲漏最大的原因，因此只有分析出渠道裂縫產生的原因，提出解決的辦法，才能達到節水的目的，發揮出其最大的作用。本文結合南水北調中京石段應急供水工程渠道項目施工S7標段的實際情況，對機械化混凝土施工過程中裂縫產生的原因作了簡單的分析，并提出了如何預防裂縫的幾個具體措施。

一、混凝土襯砌板裂縫產生的主要原因及類型

裂縫是混凝土結構物中普遍存在的問題，混凝土裂縫產生的原因很多，也較復雜，往往是多種不利因素綜合作用的結果，有施工不規范造成的，也有設計不當造成的，但施工不規范為主要因素。渠道襯砌工藝如圖1所示，干渠明渠采用混凝土襯砌機械化施工，渠道混凝土襯砌的重點是要保證渠道混凝土襯砌工程的質量，因此控制裂縫的出現顯得更為重要，裂縫的預防和控制是一個復雜的問題。

產生混凝土裂縫的原因有三方面：一是混凝土的組成成分和原材料的檢測、試驗；二是選用襯砌形式，合理地分縫分塊，避免襯砌面基礎過大；三是施工的季節、氣候及所處地理位置的土質狀況，因此在施工過程中要特別從原材料、混凝土配合比、施工工藝、建基面處理及混凝土養護等方面加強控制，盡量減少裂縫的出現，以確保工程的應用效果和耐久性。其根據不同的成因可以分為以下幾種類型：

1．溫度裂縫。其是由于混凝土結構在硬化期間表面和內部溫差較大，此時其表面將受到很大的拉應力而出現裂縫，表現為：走向無一定規律，一般薄板類和長度較大的構件，進深和貫穿的溫度裂縫與短邊平行或接近平行，沿長度方向分段出現，寬度不一，一般出現在施工期間，但進深裂縫或貫穿裂縫一般出現在澆筑后2～3個月，溫度影響系數受多種因素影響，其中溫度、濕度、散熱界面、初凝時間、風速、溫差等影響較大，特別是風速和溫差較大時，溫度影響系數較大。

2．干縮裂縫。其多出現在混凝土終凝后的養護階段，主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而造成的，較大的表面干縮變形受到混凝土內部的約束，產生較大的拉應力而導致裂縫，干縮裂縫通常會影響混凝土的抗滲性、耐久性，引起鋼筋的銹蝕，在水壓力作用下會產生水力劈裂影響混凝土的承載力等等，混凝土干縮主要和水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量及現場養護等有關。

3．外力荷載作用產生的裂縫。常見的是局部位置堆放材料超過承重能力，造成受力結構進深、貫穿裂縫，還有就是在混凝土強度未達到規范要求的情況下，就拆除支撐和模板，致使混凝土結構遭到破壞，導致裂縫。

4．化學反應引起的裂縫?；炷涟韬秃蠊橇?、水泥的堿活性反應使其體積增大，造成結構酥松、膨脹開裂，此裂縫一旦出現就很難補救。另外由于澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄，致使鋼筋產生銹蝕，體積膨脹，也會導致混凝土脹裂，此種裂縫多為縱向沿鋼筋的位置出現。

5．伸縮縫質量不好引發裂縫。渠道伸縮縫填料嵌填粗糙，造成渠道滲漏量大，降低了土基強度而誘發裂縫。主要原因為：對縫內的雜質、污染物等清理不徹底；填料嵌填因縫小而有一定難度，造成填料不能與襯砌面很好地結合；填充飽滿度不夠。

6．基面平整度引發裂縫。渠道基面的表面平整度將影響混凝土的約束力，過大的凹凸會造成局部應力集中，產生裂縫，基層厚度不一致，過薄處或厚薄交界處將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時將難以承受拉應力而開裂。

7．沉陷裂縫。由于地基土質不均、回填不實或浸水造成的不均勻沉降所致，此類裂縫多為進深或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，一般沿與地面垂直或呈30～45度角方向發展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位；挖渠時對坡基原狀土的擾動致使坡基土密實度達不到要求，且回填難度大，均勻性差，難以承受混凝土的壓力，造成混凝土板沉陷扭曲、移位甚至坍塌。

8．塑性收縮裂縫。其是混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮，一般在于熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細、長短不一且互不連貫狀態，其產生的原因主要為：混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使體積急劇收縮，而此時混凝土本身的強度又無法抵抗這種收縮，因此產生龜裂。主要影響因素有水灰比、凝結時間、環境溫度、風速和相對濕度等。

9．沉縮裂縫。其是混凝土硬化前沒有沉實、沉實不足或不勻而產生的，此時混凝土尚處于塑性階段，產生的主要原因為：骨料級配不好，用水量大等；振搗不密實、骨料下沉過多或表層浮漿過多；沒有及時抹壓，且表面

覆蓋不及時，水份散失快，產生干縮。

二、渠道襯砌混凝土質量控制

為防止上述裂縫的出現，因此必須控制渠道襯砌混凝土質量，具體步驟如下：

1．渠道坡面為1：2～1：2．5，混凝土襯砌采用襯砌機械施工，由皮帶輸送，根據試驗段得出的結論，混凝土坍落度控制在6cm左右最好，過小不易提漿，過大在渠坡上難以成型。

2．渠道機械化襯砌混凝土施工應先進行一段試驗段施工，試驗段長度不小于100m。通過試驗段的施工，可以了解襯砌機械化施工系統的機械性能和生產能力，確定襯砌機的適宜工作參數，如襯砌機工作速度為6m/h～8m/h為宜，同時確定了施工生產組織形式和人員編制，制定切實可行的施工組織方案和施工工藝流程。

3．渠道坡面基礎驗收后，及時鋪設聚苯乙烯泡沫板，基面不平整的地方用細砂填平，使泡沫板緊貼基礎面，無架空等現象，在襯砌混凝土振搗時，泡沫板不會有回彈，保證了混凝土振搗的密實性。

4．在聚苯乙烯泡沫保溫板上鋪設復合土工膜加強防滲，關鍵在于膜與膜之間的焊接，要控制好焊接速度和溫度，焊接完成后要進行充氣加壓檢測，如有漏氣現象，則必須用手槍焊補焊，鋪設好的土工膜應當平整，無皺褶。

5．安排專人負責指揮布料，布料前試驗員對混凝土進行坍落度檢測，由襯砌機械的皮帶輸送機布料，布料合理，混凝土卸料入倉的下落高度不超過1.5 m，同時控制布料厚度，根據生產性試驗確定，當混凝土的坍落度在6 cm時，松鋪系數宜在1.1～1.5之間。布料與振動碾壓速度相適應，布料后及時振搗。襯砌機工作時宜勻速連續，控制好振動碾壓時間，使混凝土不過振、漏振或欠振，達到表面泛漿，振動碾壓的小車上下行走速度為2 m/min～4 m/min。襯砌后的板面上如果出現漏石、蜂窩等現象，應及時人工補原漿混凝土，并重新振動碾壓。當襯砌機行走移動時，混凝土表面出現隆起或凹面時，說明振動碾壓小車高度設置有誤，應及時調整，并重新碾壓振搗。

6．渠道工程對混凝土襯砌表面的平整度要求非常高；當渠道混凝土襯砌成型后，應用專門的工作臺車進行抹面，在混凝土初凝前及時壓光處理，消除表面氣泡，混凝土表面平整、光滑、無抹痕，加強抹面的質量控制，使混凝土表面平整度嚴格地控制在5mm/2m以內。

7．將水源接入施工場地，采用草簾或土工布覆蓋，灑水養護，養護時間不少于28 d，避免產生溫度裂縫。大風時，可在草簾上再覆蓋一層塑料布，減少水分揮發。低溫時，可在塑料布上再覆蓋棉氈等保溫材料。

8．襯砌混凝土伸縮縫的施工，渠道襯砌混凝土分別采取通縫和半縫來滿足溫脹和沉降的要求，采用切割機切縫施工，在襯砌混凝土抗壓強度為1MPa～5MPa時切縫最好，可根據天氣變化情況適當調整。通縫寬2cm，深10cm；半縫寬1cm，深7cm。及時按要求切縫，可有效阻止渠道襯砌混凝土板產生裂縫的可能。切縫結束后應立即清除縫內浮漿、碎渣，清洗干凈后及時按規范用明渠專用聚硫密封膠進行填充。

三、結語

要使渠道襯砌長期發揮效益和減少灌區水資源浪費現象，如何預防渠道襯砌裂縫的出現，這是一項十分復雜和艱巨的任務。因此只有不斷積累經驗，完善和提高大型渠道襯砌施工技術水平，才能更好地服務于南水北調等大型水利工程建設，造福于人民。

參考文獻

[1]水利工程施工質量檢驗評定標準（DGJ08－1990－2000）[S]．

[2]水工混凝土施工規范（DL/T5l44－2001）[S]．

[3]渠道防滲工程技術規范（SL18－2004）[S]．

作者簡介：吳金輝（1969－），男，福建安溪人，中國華水水電開發總公司工程師，研究方向：工程施工管理；徐偉杰（1983－），男，福建仙游人，中國華水水電開發總公司助理工程師，研究方向：工程施工管理；劉海斌（1977－），男，河南輝縣人，中國華水水電開發總公司工程師，研究方向：工程施工管理。