渠道护坡混凝土裂缝成因与处理措施

□张国胜（商丘市水利科技推广中心）

1 民商虞干渠护坡工程概况

商丘市位于豫东平原，与山东、江苏、安徽三省接壤，本区域没有大的河流经过。居民生活、农业灌溉和工业生产用水主要依靠地下水和引水渠引水提供。由于以前需水量小，引水工程主要为开挖后没有防漏措施的土渠，而商丘市大部土壤为粉土，在输水过程中，水量渗漏多达一半以上。经来水和雨水冲刷，渠坡土壤冲刷损坏严重，淤土堆积到河床内，致使河道淤积严重，过水量大大减小。因此，干旱季节输水时，虽然上游放水量很大，但下游输入的水量很小，不能满足要求。随着人们生活水平的提高，农业灌溉和工业生产用水量的快速增加，需要提高输水效率。为了保证输水量，减少在输送过程中的损失，对渠道岸坡进行混凝土硬化成为引水工程的重要工作。

民商虞干渠（民权县→商丘市→虞城县→夏邑县输水干渠）输水工程属于商丘市三义寨引黄灌区续建配套与节水改造工程的一部分，该工程从吴屯水库、郑阁水库引水，经民权县向商丘市区、虞城县和夏邑县供水。2010年第二期工程主要由商丘市水利工程建筑勘测设计院设计，引水渠护底、边坡下部为混凝土护砌，边坡上半部分为草皮护坡。边坡坡降比为1:2.2，现浇混凝土强度为C20的普通混凝土，厚度为100mm。渠道横断面结构见图1所示。

图1 民商虞干渠护坡、护底横断面结构图

2 护坡混凝土出现裂缝

2010年年底施工单位按正常工序及施工方案进行施工，并用养护膜按正常要求对混凝土进行养护，但2012年春，发现渠道南侧部分混凝土护坡沿水面出现裂缝，极少部分稍有下沉变形，见图2所示。

图2 护坡混凝土裂缝图

建设单位随即组织设计单位、主要施工单位、监理单位及检测单位的技术人员对出现裂缝产生的原因进行了分析并采取了正确的处理措施。

3 裂缝成因分析

3.1 工序检查

主要从施工单位场地整理、护坡基础夯实、模板支护、混凝土拌和、土工膜铺设、混凝土浇筑、振捣、混凝土浇筑、表面整平、沉降缝的设置等方面进行检查。整个施工过程，施工单位都有记录，旁站监理也有相应记录，没有发现违反施工规范与标准的施工工序行为，但少部分护坡施工时渠内有水，在抽干后接近渠底的部分土为水饱和土，且在施工时没有将此土换填夯实。

3.2 对混凝土原材料及强度进行检查

混凝土主要由水泥、粗骨料（碎石、卵石）、细骨料（河砂、海砂）及水等按一定比例混合后，通过化学反应而形成的人造石材。任何一种或几种原材料如果不合格都可能影响其性能，如强度、耐久性等。经过检查，护坡混凝土所用各种原材料，如水泥、砂、碎石都有出厂合格证，并经商丘市水利建筑工程质量检测站（具有相应的水利资质）复检合格，混凝土配合比也是由商丘水利建筑工程质量检测站配制。混凝土在拌和过程中，采用搅拌站集中供应，自动上料，并且每班都留有试块，试块送检后全部合格。

3.3 护坡养护

在冬季，如果环境温度低于0℃后出现冰冻，则不应进行混凝土施工；如昼夜温差过大，但没有出现冰冻或出现少量冰冻的情况下，浇筑后的混凝土应做好防冻措施。施工队根据以往的经验，本次施工后主要做的防护措施为在浇筑好的混凝土表面用养护膜覆盖。但浇筑后不久，天气骤变，下起了雪，气温下降，开始结冰。养护没到位应该是出现裂缝问题的原因之一。

3.4 混凝土强度

护坡混凝土设计强度为C20,，厚度为100 mm。不是大体积混凝土，因此，排除了由于混凝土内部产生的水化热过大引起温度变化导致变形裂缝的原因。在施工过程中所留混凝土试块在标准养护条件下实测也达到设计C20的要求。在发现混凝土出现裂缝后，经钻芯取样实测混凝土强度值为15.86 MPa,不满足设计要求。但在2012年4月份再次进行钻芯取样进行检测时，强度达21.54 MPa，满足设计要求。

3.5 天气

商丘市居黄河以南，属淮河流域，冬季出现冰冻的时间一般在十一月至次年三月以前，并且冰冻时间短，深度浅。此护坡在施工时温度在5～10℃左右，当时晚上没有结冰，但施工后不到一周就降了一场雪，河面开始冰冻，此后将近一个月的时间，由于温度低，护坡南岸一直没有解冻。在天晴时，由于阳光的照射，护坡北面的冰雪消融的快，而渠道南边的冰冻在一月下旬才融化。在此期间，渠面水位由于下渗和蒸发的作用，下降有3 cm左右。

通过以上分析，得出护坡混凝土出现裂缝的原因如下：护坡在施工后，对冬季天气变化考虑不足，使用了在正常温度、正常环境下（不是在水饱和的土壤的情况下）使用的养护膜养护方法，在环境温度骤然下降（低于0℃）的情况下，没有采取合适的养护措施。在低温下，混凝土强度增长缓慢，特别是温度降到0℃以下开始结冰时，接近冰面的混凝土强度增长基本停止。当长时间冰冻时，接近冰面的混凝土由于冰冻作用，出现松化，而接近下部土壤的混凝土则由于温度在0℃以上，强度还在缓慢增长，从而形成下部混凝土强度较高，上部较低的现象。而混凝土厚度较薄，只有100 mm，部分护坡块体下部粉土层在浇筑时处于水饱和状态，在水位下降时，上部的混凝土层下部由于水位下降而处于悬空状态，在重力作用下，上部就逐渐出现开裂，形成裂缝。

4 对裂缝的处理

经过对以上各个环节的分析，找到了混凝土出现裂缝问题的原因，针对具体情况，采取了如下措施：

第一，对混凝土裂缝比较严重的少部分护坡进行拆除，将该段渠内的水全部抽干，把接近渠底基础中的饱和土换掉重新按设计要求回填、夯实，然后再严格按设计要求浇筑混凝土。在混凝土养护时，上部要盖上草苫子，保持7天以上，每天浇两次水，保持草苫子始终处于潮湿状态，在第8天到第15天，每天仍要进行一次浇水。

第二，对于少量出现小裂缝且整块没有变形的混凝土护坡块，经设计单位核定，在满足要求的前提下，本着节约的原则，要求施工单位用聚氨酯树脂对裂缝进行处理。

5 后续观察

在重新浇筑混凝土护坡时，已经是4月份，环境气温在10℃以上，原材料严格按照要求进行试验，施工工序严格按要求进行，养护到位，对重新浇筑的混凝土取样进行试块检测，达到了设计要求。在后续一年的观测中，无论是渠道输水，还是处于干涸状态，重浇的混凝土护坡没有再出现裂缝，状态良好。

用聚氨酯树脂涂刷的少量微小裂缝的混凝土护坡，裂缝宽度及裂缝数量也没有增加，效果较好。

6 对护坡混凝土出现裂缝的思考

混凝土护坡施工与其它正常混凝土施工不同，一是护坡坡度比较陡，新土坡面整平后在实际施工中不易夯实，如不采取一定措施，容易给混凝土下面造成一定的悬空，因此，在比较陡的护坡（坡降比>1:2.0时），如果是用回填土进行地基处理，在可能的情况下，建议采用挖土机机斗反向对基础进行初步夯实，效果比较好；二是对于比较陡的坡面，混凝土不易振实，用普通的振实设备无法施工，施工时必须采用护坡振实专用设备。护坡混凝土的流动度一定要比普通混凝土大，易取4 cm～5 cm，但流动度也不易过大，否则可能不能浇筑，振捣时间不易过长；三是某些区段接近水面部分，由于混凝土施工前后会有水存在，特别是在冬季施工，边坡部分可能会由于冻结不宜施工，须视情况选择施工时间。在施工时，接近于渠底的饱和土，最好换填，并且按要求夯实。无论是冬季温度过低（低于0℃如果没有采取特殊措施不应施工）还是夏季温度过高（高于30℃），都要在施工后对混凝土做好养护工作，从而保证施工质量。