南水北调工程薄壁混凝土质量缺陷成因分析及处理

闫为国，张 彬，谢小琴

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)



南水北调工程薄壁混凝土质量缺陷成因分析及处理

闫为国，张 彬，谢小琴

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)

本文以南水北调元氏II段工程渠道薄壁混凝土为例，通过分析渠道衬砌混凝土质量缺陷产生的原因，制定了处理措施，缺陷处理效果达到了预期目标，为类似工程的质量缺陷预防处理积累了经验。

薄壁混凝土 质量缺陷 成因分析 处理措施 南水北调工程

1 概述

南水北调元氏II段工程位于河北省元氏县境内，渠道采用明渠自流输水方案，梯形过水断面。渠道过水断面边坡系数为2.0～2.5，外坡为1.75～2.0，渠道纵坡为1/30000，设计水深6.0m。全渠段采用混凝土衬砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm，混凝土等级为C20W6F150。衬砌纵、横缝间距均取4m，采用衬砌机施工横缝每隔4m设一道半缝，每隔8m设一道通缝；所有纵、横缝上部2cm采用聚硫密封胶填缝，下部用聚乙烯泡沫板填充。全渠段采用复合土工膜防渗，在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层。

为保证工程质量，对2011年6月至2014年6月期间渠道衬砌混凝土施工质量进行了现场自查和联合排查，发现渠道衬砌混凝土质量缺陷主要有裂缝、冻融剥蚀、错台及表面不平整等，为南水北调工程渠道衬砌混凝土质量缺陷中的主要缺陷。具体缺陷统计情况见表1。

表1 渠道衬砌混凝土质量缺陷统计

通过表1可以明显看出，渠道衬砌混凝土施工质量缺陷中裂缝最多，其次为冻融剥蚀。这两大类质量缺陷为本标段质量缺陷处理工作的重点和难点。

2 渠道衬砌混凝土质量缺陷成因分析

针对本标段渠道衬砌混凝土出现的质量缺陷，根据施工时段、施工天气、施工方式等有关施工资料，结合现场实际情况，对其产生的原因分别进行了讨论分析。

2.1 裂缝产生的原因分析

(1)混凝土由于受自身及外部介质环境的影响，在温度、湿度变化和周边、基础约束的作用下，会产生很大的约束力，产生约束裂缝；

(2)混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同，混凝土受天气条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小，变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝；

(3)混凝土基面或垫层压实不均匀，渠道填方预沉降不够，导致裂缝产生；

(4)风、高温导致混凝土面板开裂。

2.2 冻融剥蚀产生的原因

(1)混凝土过振容易引起混凝土离析、泌水、粉煤灰浆体被过多提到表层等现象，造成工程质量隐患，致混凝土实际含气量偏小，影响混凝土抗冻融能力；

(2)混凝土浇筑成型后保温防护未到位，混凝土在达临界值之前受冻，致使其表层强度偏低；

(3)混凝土浇筑后收面时机欠佳。收面过早，混凝土表面会析出水分，水分蒸发后留下许多空洞，影响表层砂浆强度。收面过晚，使已形成的混凝土结构发生扰动，对混凝土抗冻能力产生不利影响，导致混凝土抗冻融较差；

(4)混凝土表面泌水、雨季施工未及时覆盖导致表面积水或欠振，以及初凝后抹面导致表面收光困难时，工人随意撒水泥灰处理或在混凝土面层随意洒水，过水冲刷或经受冻融循环后很容易出现整体脱壳、起皮、剥离破坏。

2.3 错台产生的原因

由于施工过程中对坡脚高程控制不严，造成坡脚部位与相邻底板混凝土出现明显错台。

2.4 表面不平整产生的原因

一是由于天气转热，加之混凝土收面工序要求较高，造成个别部位的混凝土终凝时也未能及时完成收面；二是天气多变，大风、阵雨较多，有时采集的天气预报有误，造成正在施工的渠道衬砌混凝土表面个别部位被阵雨冲刷。

3 处理方案

根据不同类型的质量缺陷，分别制定处理方案，确保对每类质量缺陷的处理具有针对性。

3.1 裂缝

根据现场实际情况，选定具有代表性的部位进行试验，通过试验总结的参数指导后续施工。

按照缝宽分类进行处理，对缝宽≥0.4mm的渠道裂缝，采用聚硫密封胶嵌缝处理；对缝宽<0.4mm且衬砌混凝土板无位移的渠道裂缝采用微细裂缝封闭膏进行处理。

3.2 冻融剥蚀

首先对渠道衬砌混凝土表面进行仔细排查，对出现冻融剥蚀的部位标明记号，然后用回弹仪测定强度，判定其强度是否满足设计要求；最后针对不同问题分类进行处理。具体处理方法如下：

(1)对强度满足设计要求的部位，使用钢丝刷去除混凝土表面浮灰、水泥浮浆等，清理至混凝土密实面后钻芯测量厚度，若总厚度不小于设计厚度时，采用磨光机进行表层磨光处理；

(2)对强度满足设计要求且取芯厚度小于设计厚度的部位，使用电风镐或铣刨机凿毛，视冻蚀深度采用高一级别的丙乳砂浆或细石混凝土进行处理，使渠道底板结构混凝土面顺接。

(3)对强度不满足设计要求或受冻胀抬动达1cm以上且有多处裂缝的部位，拆除原衬砌混凝土，重新浇筑。

3.3 错台

(1)首先仔细排查渠道衬砌混凝土表面，对出现质量问题的部位标明记号，然后针对不同问题分类处理；

(2)在错台部位将低于设计高程的混凝土进行凿毛，采用比原混凝土强度高一等级的细石混凝土浇筑捣实，人工收面，使渠道底板结构混凝土面顺接。

3.4 表面不平整

对于表面不平整的渠道混凝土，先凿除其有缺陷的偏薄部位及麻面部位，凿除深度5mm以上，采用丙乳砂浆抹平。对于混凝土表面不平整的超厚部位，按1∶15～1∶30斜面采用角磨机进行打磨。

4 处理过程

4.1 裂缝处理

4.1.1 缝宽≥0.4mm的渠道裂缝处理

4.1.1.1 清缝及基面处理

(1)采用手提式无齿锯沿裂缝方向开成宽10mm、深20mm的“U”形槽沟；

(2)用手提磨光机将接缝壁两侧的凸凹不平的水泥砂浆、粘浮物打磨干净，把缝壁两侧粘胶基面的蜂窝麻面打磨平整；

(3)用手提吹风机和毛刷分别将缝内的杂物灰尘清除干净，使粘胶基面保持干燥清洁；

(4)按设计深度用毛刷均匀地将底料涂刷于缝壁两侧的粘胶基面上；

(5)清理完成后，距缝边缘为5mm处贴上50mm宽的胶带，以防施工中多余的聚硫胶把其余混凝土表面弄脏；

4.1.1.2 密封胶配制工艺

(1)双组份聚硫密封胶A组份(灰色基膏)，B组份(白色固化剂)，配比A∶B=10∶1；

(2)配制工艺。将主剂(A组份)倒入搅拌容器内后放入固化剂(B组份)并开始搅拌。电动搅拌器先启动低速开关，自上而下搅拌3min后，再启动中高速开关搅拌5min左右，至胶料颜色均匀一致。

4.1.1.3 装枪施工

(1)将装枪器中带有出胶孔和推力杆的压胶盘置入包装桶内或置入活塞桶中搅拌好的胶面上；

(2)取下注胶枪前后螺盖，枪口对准压盘出胶口，手推枪管和推力杆，用力下行，此时密封胶上行进入枪管，管内空气顺枪管后孔排出，灌满为止。将装满胶的枪管前、后螺盖装上，在装前螺盖的同时装上与变形缝宽窄相适应的枪嘴。

4.1.1.4 涂胶工艺

(1)先用毛刷在变形缝两侧均匀地刷涂层底涂料，20min～30min后用刮刀向涂胶面上涂3mm～5mm的密封胶，并反复挤压，使密封胶与被粘结界面更好地侵润；

(2)将枪嘴插入待密封的变形缝内，按设计深度均匀密实地将密封胶注入变形缝内，然后用带弧度的专用整形工具进行刮压整形。整形后的缝面呈月牙形，固化后的胶体表面光滑平整无气泡，胶体内部密实无断头并粘结牢固，无脱胶开胶断裂、渗水现象。

4.1.1.5 养护

灌胶完成后10d内对胶体进行保护，不得有人为踩踏、过车及其他破坏行为。

4.1.2 缝宽<0.4mm且衬砌混凝土板无位移的渠道裂缝处理

4.1.2.1 清缝及基面处理。清缝及基面处理方法同4.1.1.1。

4.1.2.2 配制工艺。按甲∶乙=2∶1进行配合并搅拌均匀，静置5min，再搅拌一次开始使用，配置控制在500g以内。

4.1.2.3 涂抹方法。采用腻子刀将配好的材料涂刮于裂缝表面、缝两侧各宽1cm，抹平压实，涂抹厚度2mm，确保厚度均匀。

4.1.2.4 防护。封闭膏表干时间24h，达到最终强度为14d。

4.2 冻融剥蚀处理

4.2.1 对于磨光处理的部位，开磨前进行试磨。首先选块进行处理，调整好各道工序后，再逐块处理。采用水磨石机进行磨光，至表面平整光滑，局部用角磨机磨平。

4.2.2 丙乳砂浆(细石混凝土)修补处理

4.2.2.1 混凝土凿毛。采用电风镐或铣刨机凿毛，凿毛深度以混凝土密实面外露为准，再用水冲洗并浸透基面，待基面表干后，在混凝土结合面涂刷界面剂。

4.2.2.2 丙乳砂浆或细石混凝土拌制。首先把所用材料采用电子磅称量，现场按比例掺拌，然后再逐步加入丙乳进行搅拌，直至搅拌均匀。

4.2.2.3 抹面。砂浆涂抹前均匀涂刷界面剂，首次涂抹采用人工抹子找平。待达到一定强度后，及时进行第二次收面，人工抹平压光。细石混凝土采用人工布料，混凝土面先用2m～4m刮杠粗平后，根据混凝土面的软硬程度，采用木抹子抹面压浆，同时压光收面，并及时采用靠尺检测，确保出面光滑平整。

4.2.2.4 配合比。丙乳砂浆配合比见表2，细石混凝土配合比见表3。

表2 丙乳砂浆配合比

注：聚合物(丙乳)净浆配合比为聚合物(丙乳)∶水泥=1∶2

表3 细石混凝土配合比

注：为满足外观颜色的一致性，把水泥按照黑水泥∶白水泥=5∶1的比例进行掺配。

4.2.2.5 养护。处理面待达到一定强度后，及时洒水覆盖养护。

4.2.3 混凝土重新浇筑

4.2.3.1 混凝土拆除。以渠道衬砌结构缝为界，采用电动冲击钻从周边范围的混凝土逐步进行凿除。凿除时安排专人负责，做好保温板及土工膜的保护工作，防止扰动下部基础，尽量避免破坏下部土工膜及保温板，及时清理凿除的混凝土。

4.2.3.2 土工膜及保温板的修补。清理工作完成后，对破坏的土工膜及保温板进行修补。土工膜修补时严格按照设计规范进行，采用专用粘结剂粘接。

4.2.3.3 混凝土浇筑。人工采用溜槽的形式进行布料，混凝土搅拌车的出料口和溜槽的顶部集料口对准下料，经过溜槽将混凝土输送到渠底，渠坡两侧安排人工铁锹辅助，再由人工推胶轮车接料将混凝土推到浇筑面。人工摊铺整平后，采用振捣棒、手提平板振动器进行整平振捣。

4.2.3.4 混凝土收面、压光。混凝土面先用2m～4m刮杠粗平后，根据混凝土面的软硬程度，采用木抹子抹面压浆，再用钢抹子压光收面，并及时采用靠尺检测，确保出面光滑平整。

4.2.3.5 养护。混凝土待达到一定强度后，及时洒水覆盖养护。

4.3 错台处理

4.3.1 先采用电动冲击钻对底板低的部位混凝土进行凿毛，局部人工凿毛；然后采用高压水冲洗，及时清除松动石子和积水。

4.3.2 对凿毛范围内的混凝土面，采用比原混凝土强度高一等级的细石混凝土修补。混凝土浇筑前涂刷界面剂，保证与原混凝土结合良好。结构缝处安装闭孔泡沫板，混凝土浇筑采用φ30mm小型振捣棒或平板振捣器及钢钎进行人工振捣，确保混凝土密实。修补混凝土标号为C30W6F150，1m3材料配合比见表4。

表4 细石混凝土配合比

4.3.3 待混凝土达到终凝后洒水，采用塑料薄膜和土工布进行覆盖养护，养护期不得少于28d。 4.4 表面不平整处理

4.4.1 混凝土凿除。先采用铣刨机或小型电锤凿除缺陷范围的混凝土，凿除深度5mm以上，再采用高压水冲洗混凝土面，清除松动石子和积水；然后在砂浆抹面前涂刷丙乳水泥浆界面剂。

4.4.2 拌制丙乳砂浆。首先把所用材料采用电子磅称量，在选用搅拌桶内依次加入水泥、聚丙烯纤维和砂子，采用电动冲击钻(转头经改制后的)均匀搅拌，然后再逐步加入丙乳搅拌，直至搅拌均匀。

4.4.3 抹面

砂浆涂抹前涂刷丙乳水泥浆界面剂，保证与原混凝土结合良好。首次涂抹采用人工抹子用力找平，待达到一定强度后，及时进行第二次收面，人工抹平压光，抹刀尽量向一方进行。

4.4.4 配合比(见表5)

表5 丙乳砂浆配合比

4.4.5 拆模养护。处理面待达到一定强度洒水后，及时采用塑料薄膜、土工布覆盖养护，养护期不得少于28d。

5 结语

根据质量缺陷处理程序，通过对渠道混凝土质量缺陷的检查分析，分别制定了缺陷处理方案，经过分类处理、验收及备案，质量缺陷处理结果合格，保证了质量缺陷处理质量，为以后薄板混凝土质量缺陷预防及处理积累了有效的经验。

张 彬(1979-)，男，甘肃榆中人，工程师，中国水利水电第五工程局有限公司南水北调中线工程元氏II段工程项目部经理部项目总工，从事水电工程技术管理工作；

谢小琴(1982-)，女，甘肃天水人，工程师，中国水利水电第五工程局有限公司南水北调中线工程元氏II段工程项目部经理部高级主管，从事水电工程技术管理工作。

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2095-1809(2015)03-0014-04

闫为国(1983-)，男，甘肃天水人，工程师，中国水利水电第五工程局有限公司南水北调中线工程元氏II段工程项目部经理部项目副总工，从事水电工程技术管理工作；