大型渡槽施工裂缝控制研究

□郎学全（贵州省水利水电勘测设计研究院）

0 引言

渡槽是一种体积庞大而独特的混凝土薄壁结构，在大型渡槽的施工过程中会受到各种各样因素的影响，有主观原因，也有客观原因，这些因素或多或少对渡槽的施工质量产生了一定的影响，使其产生裂缝，造成渡槽在输水过程中出现渗漏现象，严重影响大型渡槽的正常使用功能和经济效益。因此有必要对大型渡槽施工过程中的裂缝形成机理进行深入和全面分析，根据实际施工情况和以往的施工经验，总结和归纳出一些合理有效的防裂措施。大型渡槽在不同的施工条件下进行施工，应该采取相应的裂缝控制措施。

1 渡槽及渡槽施工裂缝概述

1.1 渡槽概述

渡槽是一种体积庞大而独特的混凝土薄壁结构，在我国，渡槽主要用于灌溉输水、城镇生活用水、跨流域调水以及排沙、排洪等，一些大型渡槽还能用于通航领域。渡槽在我国的输水工程中发挥着越来越重要的作用。一般而言，渡槽的基本构成包括支撑结构、进出口建筑物、基础结构以及槽身结构等。渡槽按照不同的标准可以有不同的分类。如按照施工方法的不同渡槽可以分为预制装配式渡槽、预应力渡槽以及现浇整体式渡槽等；按照施工材料的不同，渡槽可以分为混凝土渡槽、木渡槽、砖石渡槽以及钢筋混凝土渡槽等；按照槽身断面型式的不同渡槽可以分为矩形渡槽、圆管形渡槽、椭圆形渡槽、U型渡槽以及梯形渡槽等；按照支撑结构的不同渡槽可以分为梁式渡槽、组合式渡槽、拱式渡槽以及桁架式渡槽等。

随着科技经济水平的不断提高以及输水工程的发展，大型渡槽的输水能力同过去相比得到了巨大的提升，各种新型结构的渡槽层出不穷，渡槽施工技术及工艺程序不断完善和改进，渡槽的跨度也越来越大。

1.2 渡槽裂缝概述及分类

裂缝产生于固体材料之中，表现为材料出现不连续的现象，属于结构材料的学术理论范畴。裂缝包括肉眼可见的宏观裂缝以及肉眼不可见的微观裂缝。其中，在水工混凝土结构中，常常关注大型渡槽槽身施工的宏观裂缝。在水工混凝土施工过程中，产生渡槽槽身裂缝的原因多种多样，一般而言，主要是由于混凝土在施工过程中的温度变化导致的。由于混凝土的温度上升或者下降，导致混凝土产生一定的变形，当这种变形超出了容许的极限值后就会在混凝土的结构上产生裂缝。根据水工混凝土结构裂缝产生的位置以及裂缝特征，可以将其分为网状裂缝、劈头裂缝、表面裂缝、基础贯穿性裂缝以及深层裂缝等。

2 大型渡槽裂缝形成原因

2.1 混凝土自身影响

渡槽裂缝的产生常常与大型混凝土结构的施工工艺和施工特点具有一定的关系，在施工过程中混凝土的收缩、徐变以及不均匀性等都会导致大型渡槽施工裂缝的产生。如混凝土抗拉强度和极限拉伸变形能力均比较小，这就使得混凝土在较小拉应力作用下也易在结构产生裂缝；大体积混凝土的结构断面往往面积较大，这就使得混凝土在浇筑初期受水泥水化热的作用导致较大的徐变变形，而在浇筑后期温度下降之后，混凝土的徐变不断减小，容易在混凝土结构的局部位置产生集中拉应力，使混凝土结构出现裂缝；大体积混凝土结构长期暴露在外，常常受到各种恶劣气候的不利影响，且常年受到空气与水的作用，这些不利的作用和影响都会导致大体积混凝土结构出现裂缝；为了节省开支或者节省人力、财力的支出，在大体积混凝土结构施工过程中，常常采用较少的钢筋甚至结构中没有配筋，而没有钢筋的混凝土其抗拉强度特别低，极易在拉应力作用下产生裂缝。

2.2 结构设计影响

大型渡槽的渡槽结构设计不合理也会造成施工裂缝的产生。在对渡槽结构施工设计过程中，往往对渡槽受到的荷载作用没有进行综合全面的测试和检验，使得渡槽结构设计与实际渡槽受力作用不相符合，容易在实际工作过程中产生裂缝。在大型渡槽结构设计过程中，常常忽略一些重要的荷载作用，比如风荷载、雪荷载、地震荷载、冰荷载等等，这就使得对大型渡槽的结构设计有失全面性和科学性，导致渡槽在实际工作过程中容易在多种荷载作用下超过容许限值从而产生裂缝。另外，在大型渡槽结构设计过程中，对于渡槽混凝土结构的收缩和膨胀、结构的不均匀沉降以及温度引起的结构变形等没能进行全面综合的考虑，也会导致其结构产生裂缝。

2.3 施工方面影响

在大型渡槽施工过程中产生裂缝的另外一个重要原因就是不当的施工过程。在实际施工过程中，常常会出现各种施工不当的违规施工现象。施工人员往往对混凝土的配合比没有进行严格的控制和管理，导致混凝土不能满足相关规定，直接引发裂缝的产生。现场施工人员对混凝土的振捣方式不当也是造成裂缝产生的一个重要原因，振捣不当直接导致混凝土发生不均匀沉降的现象，从而在混凝土结构的厚薄相交的部位产生裂缝。另外，在我国的大型渡槽施工过程中，施工人员往往没有对混凝土的后期养护持续足够的时间，这样混凝土由于没有在规定的时间内保持一定的潮湿度，常产生干缩裂缝。

2.4 气候环境影响

大型渡槽施工过程中的裂缝产生与外界的气候环境变化也有很大的关系。一般而言，因为温度变化而造成大型渡槽结构荷载有骤然温降荷载、日照温度荷载以及年温温度荷载。这些温度荷载都会不同程度地造成大型渡槽混凝土结构产生应力，进而导致一定程度的裂缝产生。

3 裂缝控制研究

3.1 混凝土配比及施工工艺

混凝土材料的性能特征直接决定着混凝土的收缩、徐变以及不均匀性等多项物理性能，在大型渡槽施工过程中，应该重视混凝土的材料选择，应该考虑混凝土的主要成分——水泥的标号和用量对混凝土性质的综合影响效果，骨料的粒径、水的含量等也应该综合考虑。可以通过优化水灰比，添加粉煤灰、矿渣等矿物质改善混凝土的性能，减少裂缝产生。

如我国某地区一等工程大型渡槽，抗震烈度6级，主要建筑物为Ⅰ级，渡槽的跨度较大，全长2.30 km，槽身纵向坡度为1/3900。渡槽加大流量为150m3/s，设计流量为125m3/s，渡槽的进口与出口底板高程分别为62.243m和61.525m。为了有效减少渡槽施工裂缝，可以对槽身混凝土实行分仓施工的方法，对渡槽槽身采用二级配混凝土，如下表1所示：

表1 我国某大型渡槽槽身混凝土配合比表

在对槽身进行混凝土浇筑过程中，搅拌混凝土时间在90 s以上，保持混凝土温度在28℃左右，混凝土坍落度不超过24 cm，对渡槽槽身进行第一层浇筑的时间为19h左右，对其进行第二层浇筑的时间为14 h左右。

3.2 结构设计方面

应该在大型渡槽施工结构设计阶段进行深入和全面的抗裂设计，一方面应该设计合理的结构断面，避免集中应力的产生，减少混凝土的薄弱部位，另一方面通过在混凝土结构内合理布置钢筋等增加渡槽结构的抗拉强度。

3.3 施工技术方面

在大型渡槽施工过程中，严格按照各种规范标准和一定的施工技术及工艺流程进行施工，通过采取一定的技术手段，尽最大可能降低混凝土浇筑过程中的温度，减少内外温差和基础温差，避免混凝土突然降温，减缓降温速度等，从而有效减少施工裂缝。

3.4 合理养护

在大型渡槽施工过程中，应该重视大型渡槽施工后期的混凝土养护，防止养护不当造成结构裂缝。4结语

在大型渡槽施工过程中，一方面要采取适当有效的方法降低渡槽混凝土结构上的拉应力，另一方面要采取有效措施不断提高渡槽混凝土的抗拉强度，从而尽最大可能减少渡槽施工裂缝。