U型节水渠道裂缝的危害及防治措施

2010-08-15童伟

陕西水利 2010年2期

童伟

（甘肃省民乐县水务局甘肃张掖 734500）

1 前言

民乐县地处河西走廊中段、祁连山北麓，多年来，经全县人民的艰苦努力，基本形成了以中小型水库为骨干，井灌提灌为补充，田间配套与高效节水工程相结合的水利建设格局。其中，洪水河灌区被国家计委和水利部批准为全国大型灌区，成为第一批续建配套与节水改造项目建设试点之一。2000年，民乐县大型灌区改建项目正式启动，在实施节水型工程改造后，中小型渠道衬砌中U型节水衬砌渠道被广泛采用，田间地头几乎全部配套了U型节水渠道。

U型节水渠道简称U形渠道，是底部为圆弧而上部为矩形或梯形的组合断面，其既具有圆形断面湿周小的特点，又具有梯形断面边坡稳定的特点。U形渠道衬砌材料主要为混凝土、沥青混凝土、砌石等，具有防渗效果好、输水能力强、抗冻胀、节省渠道占地等优点，是目前公认的节水灌溉设施。然而，在灌区渠道检查中发现混凝土U形渠道普遍易产生裂缝，不但直接影响渠道的正常使用，而且增加了修复次数和工程费用。下面笔者结合自己工作实践和同行经验，就混凝土U型节水渠道裂缝的相关问题做简单地探讨。

2 U形渠道裂缝的表现及危害

U形渠道裂缝主要存在于渠道主体部位，诸如渠底、渠坡、对接口以及采用了混凝土的渠道板、梁、柱及预制构件等部位。按裂缝的尺寸大小，一般可分为微观裂缝和宏观裂缝两类。微观裂缝是混凝土内部固有的一种裂缝，它是不连贯的，一般存在于混凝土结构内部，尺寸较小，裂缝宽度通常情况下不超过0.5mm；宏观裂缝则是指尺寸较大的裂缝，宽度通常情况下大于0.5mm，可存在于混凝土渠道内部，也可存在于混凝土渠道表面。另外，根据渠道裂缝产生的原因，还可以分为干缩裂缝和温度裂缝。部分U形渠道表面的微观裂缝，经过渠水冲刷，太阳暴晒，温度变化，也可能使裂缝变化转变为贯穿性裂缝或深层裂缝，具有破坏性。

U形渠道的裂缝主要有以下方面的危害。①裂缝直接影响渠道的结构强度和整体稳定性。轻则影响渠道的正常使用，严重时贯穿性裂缝则会影响渠道整体结构的承载能力，降低渠道整体结构的强度，导致渠道完全破坏。②裂缝导致U形渠道结构使用功能上不正常。当细微裂缝发展成较大裂缝时，裂缝处渗水漏水必然会影响混凝土防渗渠道的正常使用，同时引起裸露钢筋的锈蚀，使表面的混凝土保护层开裂脱落，影响渠道工程的正常行水。③裂缝会影响渠道结构的耐久性和使用寿命。当微观裂缝发展成破坏性裂缝时，钢筋表面生锈体积膨胀，在膨胀压力作用下缝裂增大，往往加速渠道结构或构件的彻底报废，造成工程返工，材料浪费，延迟工期甚至更大的经济损失。

3 U形渠道裂缝产生的原因分析

U形渠道裂缝产生的原因很多，也较复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果，包括自然环境因素、工程材料因素、施工不规范因素或是设计不当等等，但施工不规范往往是主要因素。

（1）自然环境因素形成的裂缝

民乐县常年气候干燥少雨，日照时间长，昼夜温差大，尤其是寒冷的冬季，这种气候特点，对U形渠道裂缝产生了较大影响。在渠道施工过程中，由于环境温度急剧变化，表层混凝土急剧收缩，而内部混凝土仍处于高温状态，限制表面混凝土收缩，当收缩产生的拉应力大于混凝土极限拉应力后就会发生裂缝。如U形渠道常见的早期表面裂缝、干缩裂缝和温度裂缝。另外由于冬季气候寒冷，混凝土冻胀裂缝也较容易产生。

（2）材料方面因素形成的裂缝

U形渠道主要以现浇混凝土为主。由于混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料，受混凝土施工和本身结构、变形、约束等影响，硬化成型的混凝土中存在着众多的微小孔隙、气穴和微裂缝，这些初始“孔洞”的存在使混凝土呈现出了一些非均质的特性。若砂、石含泥量过大，水泥受潮或过期，水不洁净，骨料颗粒级配不当或采用不恰当的间断级配，水灰比不当，坍落度过大等等都会引起混凝土出现裂缝。

（3）施工方面因素形成的裂缝

施工不当造成U形渠道产生裂缝是比较常见地，其主要表现为以下方面。其一，基面平整度不够引发裂缝。渠道基面的表面平整度直接关系混凝土的约束力，过大的凹凸会造成局部应力集中，从而发生裂缝。另外，基层厚度不一致，过薄处或厚薄交界处也将成为薄弱断面，在混凝土收缩时因难以承受拉应力而开裂。其二，不均匀沉陷引发裂缝。多因基础面地基土质不匀或回填土不实，密度达不到设计要求的指标，衬砌面板产生的沉降过大或局部的沉降不均匀面引起沉陷裂缝。其三，伸缩缝质量不好引发裂缝。渠道伸缩缝填料嵌填粗糙，造成渠道渗漏量大，降低了土基强度而诱发裂缝。另外在施工中对缝内的杂质、污染物等清理不彻底，填料无法与衬砌面很好地结合，填充饱满度不够也会引发该类裂缝。

4 U形渠道裂缝的防治措施

U形渠道裂缝是水利工程混凝土构件中常见的缺陷之一，是不可避免的，但是能够通过设计手段、施工措施等最大程度地控制其危害程度，即在设计和施工阶段着手安排可行的裂缝防治措施，做到防患于未然。

（1）设计方面的防治措施

在U形渠道设计中针对不同地质和地形特点，处理好柔性和刚性的关系。即设计结构中所有构件都是约束与被约束的关系，所受约束越强，产生足够变形的余地就越小，越容易开裂，所以设计时要重视结构中相连构件的约束关系。同时，应针对施工地点尽量就地取材，对设计选用材料的特性、结构的施工程序和施工方案有所认识，有针对地设计选择施工方案和所使用材料。

（2）材料方面的防治措施

在选择材料时，应根据结构的要求选择符合规范要求的材料，严格按水泥、水、砂、石的配合比计量上料，规定正确搅拌时间。选用水化热量小、铝酸钙含量较低的水泥，这样可降低水泥、水化热带来的内部温度，降低水化热峰值。此外，在混凝土中加入一定量的膨胀剂来补偿混凝土的收缩，也是解决混凝土由于收缩而产生裂缝的一种有效措施。

（3）施工方面的防治措施

在U形渠道施工过程中也可采取的有效的规避措施。首先，尽量避免在昼夜温差较大，日照过强的季节施工，否则施工现场应采取相应的保温和防晒措施，充分养护，注意按时浇水，使温度的变化控制在规定的范围内，避免升温过高及或是材料过于干燥。对于冻胀裂缝，可以考虑通过优化断面形式等措施增强混凝土渠道抗冻胀能力。另外，注意控制渠道地基的沉陷，确保渠基均匀、密实，渠基土容重必须达到1.6t/m3，并且回填土的含水量要在正常范围以内。同时，还要正确处理施工缝，保证伸缩缝不漏水。