南水北调工程辉县段渠道衬砌裂缝处理

魏忠合

(中国水电基础局有限公司,天津 301700)



南水北调工程辉县段渠道衬砌裂缝处理

魏忠合

(中国水电基础局有限公司,天津 301700)

在大型渠道现浇混凝土衬砌施工过程中，衬砌裂缝是一个常见问题，对衬砌质量造成了比较大的影响。本文以实际工程为例，对大型渠道现浇混凝土衬砌裂缝出现的原因进行了分析，并对混凝土衬砌裂缝的控制和处理措施进行了探讨。

大型渠道；现浇混凝土；衬砌裂缝；处理

1 工程概况

辉县段是南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段(黄河北～羑河北)的组成部分，位于Ⅳ渠段的中部，地域上属于河南省的辉县市。渠道为梯形断面，Ⅳ72+000～Ⅳ76+956段渠底宽度20 m，Ⅳ76+956.7～Ⅳ76+971.7段渠底宽度为20～17.5 m，Ⅳ76+971.7～Ⅳ78+300段渠底宽度为17.5 m，渠底高程95.559～95.334 m。渠道内一级边坡为1∶2～1∶2.5，二级边坡为1∶1. 5～1∶2.5，一级马道(堤顶)宽5.0 m，外坡1∶1.5，渠道纵比降为1/28 000。全渠段采用混凝土衬砌，渠坡厚度10 cm，渠底厚度8 cm。混凝土衬砌强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。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。

2 渠道衬砌裂缝类型以及造成的危害

现浇混凝土衬砌渠道横断面主要为“U”形断面型式，通过调查发现，出现的裂缝外形多不规则，并且衬砌裂缝多出现在深窄或者断面比较大的渠道中，直线形式的断面出现的裂缝比较少，曲线形式的断面出现的裂缝比较多。裂缝多集中在距离渠道底部1/3高度的范围中。当渠道衬砌出现裂缝后，首先会造成水资源流失，加剧渠基的冻胀危害，缩短渠道使用年限[1]。其次，渠道衬砌裂缝会导致渠道经过地区的地下水位升高，严重时会导致土壤出现盐碱化。

3 渠道衬砌裂缝出现的原因

3.1 干缩裂缝

干缩裂缝主要是因为混凝土施工过程中风速过大、温度过高，致使混凝土中的水分流失过快，并在混凝土表面产生比较大的毛细孔隙张力。由于混凝土为薄壁混凝土，四周没有约束力，当内部拉应力超过混凝土材料早期抗拉强度后就会出现干缩裂缝。

3.2 温度因素

在混凝土施工过程中，温度的控制至关重要。温度过低，混凝土会因为冻胀而出现应力裂缝，温度过高，会导致混凝土中的水分蒸发过快，水化热集中释放过程中产生裂缝。在实际施工过程中，当环境温度小于5 ℃、高于30 ℃或者在日晒、多风、干旱天气进行混凝土浇筑施工时，很容易导致混凝土表面出现裂缝。

3.3 切缝因素

在进行混凝土切缝作业时，由于施工组织情况、温度情况、施工效率等对切缝的影响比较大，所以需要通过试验将最适合切缝的时间段确定出来，混凝土浇筑完成后需要在此段时间内将切缝工作完成。但是实际施工过程中，常常因为工作人员不重视导致切缝时间过早或者过晚，切缝诱导裂缝的作用无法发挥，致使混凝土表面出现不规则裂缝。

3.4 冻胀裂缝

由于冬季气候比较寒冷，混凝土衬砌壁脆性比较大，无法适应渠基土变形，导致衬砌出现上抬、裂缝、滑塌等情况。衬砌出现裂缝后，水分会渗漏到基土中，使基土中水的含量增加，进一步加剧了对衬砌造成的破坏[2]。另外冬季混凝土施工时，如果采取的保温措施不到位，衬砌体中的游离水会冻结膨胀，解冻后会出现混凝土剥落或裂缝。

4 混凝土衬砌裂缝的控制和处理

4.1 混凝土衬砌裂缝的控制

4.1.1 原材料控制

(1)水泥。水泥按照设计图纸中的要求进行配置，每批水泥运送到工地后都要由监理人员进行抽样检查，当发现库存或到货水泥不符合合同技术条款的要求时，将水泥材料运出工区停止使用。到货的水泥按不同品种、标号、袋装或散装等，分别贮放在专用的仓库或储罐中，防止因贮存不当引起水泥变质。

(2)细骨料控制。细骨料从指定的料场进行采购，细度模数控制在2.5～3.0范围内，砂料质地坚硬、清洁、级配良好。

4.1.2 混凝土配合比试验

根据设计要求及施工工艺确定各部位混凝土最大骨料粒径，以此测试粗骨料不同组合比例的容重、空隙率，选定最佳组合级配。通过试验确定外加剂和粉煤灰的掺入量，进行水灰比和强度试验，并对试验成果进行分析，根据分析结果对砂率和用水量进行调整，选取各部位混凝土施工配合比对混凝土性能进行检测，即进行成型7 d、28 d抗压、抗拉、弹模、抗渗及抗冻试件指标检测。

4.1.3 施工过程中裂缝控制

在施工过程中，衬砌混凝土的坍落度初步确定为3～5 cm，气温高、日照强时选用大值。在施工中根据实际情况对砂、石子的含水量进一步调整。外加剂选用高性能引气减水剂，此外加剂为有机合成的高分子离子表面活性剂，主要由缓凝成分、高效减水成分、黏聚成分、引气成分、活性增强材料等复合而成，使用后可以提高混凝土的抗冻性、抗渗性及和易性。混凝土浇筑完毕后12～18 h内进行洒水或喷水养护，养护期时间不少于14 d。在干燥、炎热气候条件下，延长养护时间至少28 d。

在混凝土浇筑出面完成后12～24 h即进行混凝土切缝作业，同时根据切缝效果调整切缝时间，保证切缝质量，防止切缝过晚导致混凝土出现裂缝。在低温季节时，切缝施工在混凝土抗压强度为1～5 MPa时进行。

4.2 混凝土衬砌裂缝的处理

对于混凝土衬砌交付使用后出现的裂缝，可根据观察结果将裂缝分为浅表性裂缝和贯通性裂缝。其中宽度低于0.2 mm的为浅表性裂缝，使用水泥基渗透结晶防水材料进行处理。宽度大于0.2 mm、小于0.4 mm的裂缝为贯通裂缝，使用凿槽嵌缝处理。

4.2.1 表面涂抹处理措施

本工程选择由硅砂、波特兰水泥以及多种特殊活性的化学物质组成的粉末状材料作为表面涂抹材料，该材料和水产生作用后，材料中的活性化学物质会通过载体渗透到混凝土内部，并在混凝土内部产生一种不溶于水的结晶物，产生的结晶物会对混凝土毛细孔道进行填塞，提升混凝土的密度[3]。材料性能如表1所示。

表1 水泥基渗透结晶防水材料性能

在对裂缝进行处理时，首先使用钢丝刷将出现裂缝的位置拉毛，然后使用高压水枪对混凝土基面进行冲洗，保持混凝土结构表面完全湿润且无明水，将拌制好的材料直接在出现裂缝的混凝土表面进行涂刷，在裂缝的两侧各涂刷一次，涂刷厚度为1 mm,第一层涂料固化1～2 h后进行第2层涂刷，在涂刷前先使用喷雾对第一道涂层表面进行湿润，以免第一层涂料表面过于干燥影响第二层的施工质量。第二层涂料涂刷后终凝3～4 h后，使用喷雾式洒水养护，每天使用水喷洒3～5次，持续养护3 d，施工过程做好防雨措施，防止雨水将涂层破坏。

4.2.2 凿槽嵌缝处理措施

嵌缝材料使用液态聚硫橡胶作为主基料，并加入由多种化学助剂制成的高分子材料，对混凝土和金属材质有比较高的粘结性，可以在振动、连续伸缩、温度变化等因素的影响下仍然保持良好的黏结性和气密性。密封胶的具体参数见表2。

表2 密封胶具体参数

在处理裂缝时，首先使用开凿工具顺着裂缝方向凿出一个深度38 mm、宽度25 mm的“U”槽沟(具体施工时可以根据情况作出相应的调整)。然后将缝内的杂质和浮尘清理干净，保持缝内干燥，并在缝隙两边10 mm处各粘贴宽度为30 mm的防护胶带。然后使用小板刷在被粘表层上涂刷底涂液，干燥成膜后使用灰刀在缝槽中将配置好的聚硫密封胶嵌入，并用灰刀刮平、 压实。处理效果如图1所示。施工完成后检查接缝，对于出现的下垂、不平、漏刮等情况要及时进行修补。密封

胶没有完全固化之前要做好保护措施，24 h内避免雨水冲淋，施工7 d后进行闭水试验。

图1 混凝土衬砌板裂缝经过处理后的外观效果

5 结 论

综上所述，混凝土衬砌裂缝是渠道常见的一种病害，裂缝成因比较复杂，需要工作人员充分结合工程的具体情况进行分析和探索，找出裂缝出现的原因，判断裂缝的性质，并提出相应的防控措施。本工程通过施工控制，有效降低了衬砌裂缝的数量，对于混凝土衬砌投入使用后出现的少量裂缝使用表面处理措施和凿缝处理措施基本解决了衬砌裂缝的问题，为类似工程提供了借鉴和参考。

[1] 杨少谋.混凝土的自身收缩及其控制措施[J].西北水力发电,2004,20(8):94-96.

[2] 王晓勇．水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理[J].中国水运(下半月)，2011(10):131-133.

[3] 周灵.水泥混凝土路面裂缝修补新材料研究[D].西安:长安大学,2010.

魏忠合(1963-)，男，高级工程师，主要从事水利水电工程施工与管理工作。

TV672.9;TU755

A

2096-0506(2016)11-0071-03