浅析渠道衬砌混凝土裂缝处理措施

冯 松 姬海鹏 张文扩

一、概述

南水北调中线工程方城段渠道衬砌混凝土设计强度C20、抗渗W6、抗冻 F150，渠道内坡比 1∶2、1∶2.5，渠坡衬砌板厚10cm、渠底板厚8cm；分缝采用矩形缝，垂直渠道方向每4m设一道半缝、每16m设一道通缝，平行渠道方向每4m设一道半缝，渠底两坡脚纵缝为通缝，缝深0.75倍板厚，缝宽1cm；混凝土下设复合土工膜防渗，渠坡基础面铺设排水板，渠底基础面铺设10cm砂垫层。

本文主要针对浇筑成型的面板混凝土出现的裂缝形式提出不同的处理措施。

二、渠道衬砌混凝土裂缝的产生原因

现浇渠道衬砌混凝土属于薄壁钢性结构，具有较高的抗压强度，但其抗拉强度较低，适应拉伸变形和不均匀变形的能力很差。根据渠道衬砌的特点及混凝土自身的特性，现将渠道混凝土裂缝的成因归结为以下几个方面。

1.塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝主要由于混凝土初凝前受自身因素、施工工艺及外部环境因素等的影响，表面水分蒸发速率大于泌水速率引起局部产生应力，处于塑性状态时混凝土的强度不能抵抗这种应力而产生的裂缝。

2.干缩裂缝

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间内。主要原因是混凝土内外水分蒸发程度不同导致变形不同，产生较大的拉应力而产生裂缝。

3.沉陷裂缝

沉陷裂缝多见于渠基换填处、填方渠道和基础不稳定地区，表现为贯穿性沉陷裂缝。主要原因为基础或垫层（砂垫层等）压实不均匀，地基土质不均匀或回填土不密实，渠堤填方的预沉降不够等。

三、渠道衬砌混凝土裂缝处理

根据裂缝的部位、数量及宽度、性质的不同，采取不同的处理方法，处理后的裂缝不但要能保证结构原有的整体性及防水防渗要求，还要经济。在本工程中采用的表面涂抹和切槽嵌缝等方法取得了良好的效果。

1.表面处理

对于缝宽δ≤0.4mm表面裂缝，刮涂A6细微裂缝封闭膏，进行表面处理。A6细微裂缝封闭膏特点为：具有极强的粘接力，防水性能优良，与混凝土同色、环保、施工便捷。

（1）材料性能

A6细微裂缝封闭膏是一种双组分灰色膏状体，为混凝土裂缝封闭专用，采用最新的树脂合金技术，具有极强的粘接力和韧性，刚柔结合，能有效防止水汽、化学物质和二氧化碳的侵入，并防止开裂结构的进一步损坏。其抗压强度≥40.0MPa，拉伸剪切强度≥5.0MPa，抗拉强度≥10.0MPa，粘接强度（与混凝土）≥3.0MPa，抗渗压力≥1.0MPa，抗渗压力比≥300%。

（2）施工方法及要求

a.材料准备

施工前，准备A6细微裂缝封闭膏、防污胶条、刮刀、棉丝、酒精等材料。

b.基面处理

采用手持式角磨机将裂缝两侧5cm范围内进行打磨，并用高压吹风机除去浮灰等，用酒精将表面擦拭干净，并沿裂缝两侧粘贴防污胶带，以保证边缘美观整齐。

c.配料刮涂

配置A6：将A6细微裂缝封闭膏按甲组∶乙组=2∶1（重量比）配合并搅拌均匀，然后静置10min，使用时再搅拌一次，即可采用刮刀进行刮摸，刮摸时厚度不得低于2mm。每次配料以不超过500g为宜，保持在40min内用完，随配随用。

d.施工环境

施工环境温度不宜低于5℃和高于35℃，避免在雨天、大风及冰冻时施工。

A6细微裂缝封闭膏干燥时间大约24h，施工完毕后应避免踩踏，其达到最终强度约14d。

2.切槽处理

对于缝宽δ＞0.4mm裂缝，应视其不同性质采用不同的处理方法，需对裂缝进行观察，如果裂缝处于活动期，则采用柔性材料修补，反之则采用刚性材料修补。

（1）处于活动期的裂缝修补方法

处于活动期的裂缝多发生在夏季，由于气温高，裂缝两侧的混凝土因热膨胀处于活动状态，需要采用柔性材料进行修补。本工程选用了双组份聚硫密封胶作为修补材料，该胶体具有耐油、耐水、耐大气老化、耐紫外线、耐酸碱、耐高温120℃、耐低温－40℃（低温柔曲性好）、抗冲击性强、无毒、无污染等优点，属低模量最高伸长、非下垂型密封材料。

a.切缝

沿裂缝对混凝土进行切割宽2cm、深2～3cm的槽，并将残渣用凿子凿出，切割缝的缝面用钢丝刷、手提式砂轮机修整，并用高压吹风机将缝内的灰尘与余渣吹净，注胶前缝面应洁净干燥。

b.配置

双组份渠道专用聚硫密封胶的配比：基膏（白色A组份）以下简称A，硫化膏（黑色B组份）以下简称B，按规定比例混合均匀，直到无色差为止。正常情况下按A∶B=100∶10配制，根据气温变化可适当增减B组份用量，但B组份不宜加量过多，因固化快会影响黏结强度，甚至反硫化（不固化）；气温升高可以减少B组份的用量，一般可在A∶B=100∶8～12之间调整B组份。取下A组份包装上盖，加入B组份，将搅拌器插入包装桶内，用手电钻按下低速启动开关，自上而下，循序渐进，或者将A、B两组份倒在塑料板上，用抹刀来回搅抹，调至无色差，混胶工艺完成。将调好的胶用抹刀装至注胶枪内。

c.密封胶施工

涂胶前用高压吹风机将基面吹干，因该胶为油性物质，遇水不粘。在缝面两侧贴防污胶带纸，胶带纸一般宽3～5cm，距伸缩缝边缘0.5～1cm，在涂胶、整形后，应立即除去胶带纸。注胶前，要刷上底涂界面剂。底涂界面剂是由甲、乙两组份组合而成，使用时将甲组份（无色透明）与乙组份（红褐色）混合均匀，用毛刷将界面剂涂刷于变形缝两侧注胶基面上，基面上的界面剂必须完全固化后方可注胶，否则将严重影响粘接质量。底涂界面剂刷好后将注胶枪内的胶体挤入伸缩缝内。注胶后宜反复挤压，使密封胶与被粘结界面更好地浸润。再用刮刀进行整形，做成“U”型，整形的目的是减少气泡，增加光洁度和密实度，使缝壁两侧粘接牢固并扩大粘接面，冷缩时增加延伸率，热涨时胶体不宜凸出缝面，避免因长期磨擦对胶体造成破坏。

（2）非活动期的裂缝修补方法

a.切缝

在裂缝两侧各2～3cm范围内的混凝土进行切割，将残渣用凿子或扁铲凿出，槽深约 3～5cm，呈“V”或“U”型。

b.基面处理

切割范围经验收符合要求后，对切槽部位周边混凝土进行凿毛（或采用钢丝刷打磨），用清水反复冲洗干净。

c.修补材料

修补材料选用丙乳细石混凝土（掺微膨胀剂），并按丙乳净浆打底+丙乳细石混凝土修补+丙乳净浆刷面的结构体系来进行使用。

丙乳细石混凝土采用的水、水泥、砂和小石均与该部位母体混凝土原材料基本相同，另加入适量的膨胀剂，混凝土标号为C30、坍落度控制在2～3cm。丙乳细石混凝土配比见表1。

施工前根据现场水泥和砂子及施工和易性要求通过试拌确定水灰比，丙乳细石混凝土选用小水灰比。

丙乳净浆配合比：1kg丙乳加2kg水泥搅拌成浆，适于打底和最后罩面层采用，涂刷时力求薄而均匀。

d.混凝土拌制

所有材料必须经过称量，先拌制成均匀的干料，然后由人工加水拌制。拌制现场打扫干净。混凝土需严格控制加水量和坍落度，防止坍落度太大造成修补混凝土干缩变形太大而产生裂缝；每次拌制的丙乳细石混凝土，要求能在30～45min内使用完，不宜一次拌和过多，一次拌合量控制在10kg水泥为宜。

e.基面处理

基面凿挖的形状、深度、范围经验收符合要求后，用钻子和钢丝刷清除基面松动颗粒，清水反复冲洗干净，用绵纱蘸干积水，使基面润湿饱和，在表面均匀地涂刷一层丙乳基液作为粘结剂，要求净浆涂布均匀，无漏涂。

表1 丙乳细石混凝土配比表

f.修补

涂刷后15min左右即可进行混凝土修补。将拌制好的丙乳细石混凝土用抹刀压入槽中，分层填补并拍打密实至表面泛浆，每层厚度不得大于2cm。各修补层间，用钢刷刷毛，以利结合。填铺最后一层混凝土前，先涂布一层净浆，再填铺。填铺到位后，用力压实，随后抹面，注意向一个方向抹平，整个混凝土修补完成后认真进行多次压紧抹面，使之与切缝两侧结合。

g.养护

丙乳细石混凝土抹压后约4h（表面略硬化后），采用小型喷雾器进行喷雾养护，养护24h后再用刷子在面层均匀、密封地刷1道丙乳净浆，待净浆终凝结硬后继续喷雾养护，使混凝土面层始终保持潮湿状态7d。修补完成后8h内用湿草袋覆盖保温、保湿，养护期间不得日晒风吹。

h.质量检查

填补完成7d后，检查新老混凝土面结合是否严密，并用小锤轻击砂浆表面，声音清脆为合格，声音发哑者应凿除重补。

i.后期处理

修补后的混凝土经检查合格后，采用手持式打磨机对其进行打磨处理，使之与原混凝土面平整。

四、结束语

南水北调工程渠道衬砌混凝土多为机械化施工，其特点是浇筑时覆盖面积大、施工速度快、体积薄，混凝土施工中虽然对工艺等进行了严格控制，由于受到原材料、施工配合比设计、施工环境、施工人员素质等众多因素的影响，难免出现裂缝，但在施工中对已出现的裂缝应及时处理，避免任其进一步发展。上述裂缝处理方法修补的裂缝缺陷，经近一年观测和对水位变化区及水面以下的修补部位进行分类检查，发现经处理部位两侧粘结严密，无开裂、起包现象，整体修补效果良好，修补质量得到了进一步的检验■