渠道衬砌工程中混凝土板裂缝处理技术探索

胡韩臣 易思远 赵成南

(湖北省引江济汉工程管理局，湖北 武汉 430000)

引江济汉工程作为本文研究的主要案例，本文针对于这一案例进行分析，原因在于这一工程使用了渠道衬砌工程建设方式。在这一工程持续使用的过程中，难免出现混凝土板裂缝，因此选择这一案例非常合适。

1 案例概况

引江济汉工程采用明渠自流结合泵站抽水的输水型式，引水干渠与沿线河流、渠道的交叉工程根据地形、水位等条件，采用平交、立交和平立交结合型式，与沿线公路、铁路交叉工程全部采用跨渠桥梁型式。

引江济汉工程主要项目包括。渠道工程、河渠交叉建筑物、进出口控制工程、进口段110kV线路、机电设备安装、金属结构安装、安全监测、房建工程、水保工程、环境保护工程、绿化工程等。本文主要针对于引江济汉工程的土建工程进行分析，而引江济汉工程的土建工程由引水干渠、进出口控制工程、跨渠倒虹吸、路渠交叉及东荆河节制工程等建筑物组成。工程沿线各类建筑物共计106座，其中引江济汉干渠各种水闸9座，泵站2座，船闸2座，倒虹吸28座,公路桥30座，铁路桥1座，机耕桥24座；东荆河节制工程各类水闸5座，橡胶坝3座，交通桥2座(另目前在建的有枣潜高速桥、蒙华铁路桥、207国道改造桥、农高桥、跨海子湖大桥)。引江济汉工程的机电设备安装主要涉及泵站、节制闸、分水闸、倒虹吸、出水闸等沿线所有建筑物，共有启闭机设备105台套，进口段泵组设备6台套，清污机设备13台套(专用清污机8台套，移动式5台套)和驳岸起重机设备2台套。

引江济汉干渠全长67.23km，进口渠底高程26.20m，出口渠底高程25.00m，干堤渠底纵坡1/33 550，渠底宽60m。渠道在拾桥河相交处分水入长湖，经田关河、田关闸入东荆河。干渠设计引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s，进口泵站近期设计流量为200m3/s，远期设计流量为250m3/s；补东荆河设计流量100m3/s，加大流量110m3/s。引江济汉干渠内坡坡比1∶2～1∶4，外坡坡比1∶2～1∶3。

站在价值上来说，引江济汉工程初步设计批复的工程静态总投资为61.69亿元(不含通航工程投资)，属于我国的一项大工程，将会涉及到城市、农村、城乡结合部等等多处改造，因此有必要保证工程质量，避免由于工程质量出现后需返工问题，这将会极大的影响工程实际使用。

2 渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因与分析

作为渠道中砼衬砌建设的重要工程，在施工过程中首先必须就渠道开裂所形成的影响因素展开分析和探讨。现浇砼渠道在衬砌施工后所产生的裂缝既有一般砼施工裂缝的共性，同时又有不同于一般大体面积砼裂缝的突出表现。裂缝一旦出现，就很难通过结构力的方式来自我愈合。通过对施工经验进行剖析之后可以看出，由于南北方向的渠道在阴阳二坡上均会遭遇日照、风吹，而同时受到各种因素的影响也处于一致状态，所以阴阳两坡裂缝情况也基本类似。针对于这一情况进行分析之后可以发现，裂缝出现的原因在于水泥使用之后很多时候会受到外界环境的影响，在不同条件下，水泥还会出现不同的裂缝，这些裂缝的背后都有约束应力的存在。而在渠道衬砌在浇灌施工的过程中，由于混凝土属于一种薄壁加工材料，因此会存在很大的抗压强度能力。但是这种材料很多时候构件强度相对比较低，适应拉伸变化以及不平衡变化的能力也都比较差。在实际分析的过程中可以发现，在渠道施工过程中，容易产生以下几种类型的裂缝。

2.1 塑性收缩裂缝

塑性收缩很多时候是指水泥在浇筑以前，表层因为钢筋混凝土失水速度过快形成的裂纹，这一裂纹通常出现于混凝土表层，形态规范但长短不一，互相之间也不太相连，并且这一裂纹颜色也较浅，通常在混凝土浇注后二小时以内发生。这类裂纹产生的因素在许多时候都与温度、风力、土壤潮湿程度之间直接相关，同时也由于施工者在水泥浇筑以后未能及时用塑料薄膜遮盖并保湿，这使得水泥长期受到风吹或日晒，表层的水泥蒸发速度过快，在许多时候由于混凝土强度无法抵抗拉伸应力从而形成裂纹。使用渠道边坡的浇筑方法衬砌砼，在许多时候都会受到自重的作用和影响，从而造成砼下滑并形成拉力破坏。

2.2 干缩裂缝

干缩性裂纹很多时间发生在水泥养护完成以后一段时间或者水泥施工完成以后的半个月以内，这一类裂纹发生之后很多时间处于表面化裂缝，裂纹内部相互交错且缺乏规律性，呈现出不均匀分布情况，裂缝表面呈现出短向分布，而之所以产生裂缝，主要原因在于建筑混凝土内部水分挥发出现差异而产生变化，因为建筑混凝土结构在很多时间接受了天气的直接干扰，表层水分损失过大，变化也很大，而室内相对湿度变动较小，变化也较小。可以说明较大的表层干缩性变化引起了水泥内部结构约束，更容易形成很大的拉应力而形成裂纹，相对来说空气潮湿度比较低，所以混凝土体干缩越大，那么表层干缩性裂纹也越易发生。混凝土干缩一般和钢筋混凝土结构的水灰比、砂浆成分、砂浆剂量、集料颗粒特性与用量、混凝土外加剂用量等因素相关。许多时候水泥具有三大一小的特性，也即混凝土用量大、水泥用量大、砂率大、砂石剂量小，但遭遇高温水化热、高气温比、高风力、低相应温湿度比较等特性，水泥易形成干缩性裂纹，这就形成了一个工程质量通病，特别是板类构件以及较薄的平面水泥构件。

2.3 沉陷裂缝

许多时候在渠基换填法处，沉陷收缩开裂相当普遍，特别是在高填方和施工位置不稳的地方，会发生较大的贯穿性沉陷收缩开裂，这一裂缝很多时候上下或者左右都会出现一些错距。而形成这些裂缝的根本原因就在于混凝土结构下的地面和垫板挤压不匀，局部还会产生松软土基，出现渠道填方等预下沉的严重缺陷。

3 渠道衬砌混凝土裂缝的预防

因此，针对于水泥裂缝的一般防治措施是:首先采用干燥性数值较小的硅酸盐或是一般硅酸盐混凝土，然后则是要严密的限制水灰比，最后再加入高效减水剂来提高混凝土坍落度以及和易度，从而降低混凝土以及水泥的总体用量。再次则是要求在渠道的模筑衬砌完以后必须及时做好割缝，防止砼表面产生裂纹，并且在施工现场还必须提供足够的橡胶薄膜、草帘子、大桶以及相应的养护材料，并且渠道衬砌式在施工一次以后也要保养一次。最后，则是对于松软土填筑物地基需在上面浇注砼，还需要做好必要的夯实和地面强化处理，并且对于下面是保温板的，还必须注意连接的紧密状态，避免出现局部下沉。

3.1 渠道裂缝处理

在这一流程中，必须针对裂纹的长度、裂纹的分布数量、材料的各种特点，采取不同的处理方式来对裂纹加以解决。通过修复以后，裂缝能够保持结构自身的完整性和防水抗渗的特点，在本文选取的案例施工当中，采取了表面涂层、挖沟嵌缝、拆除重新浇注砼等方式。

3.2 表面涂抹处理

对裂缝宽度小于等于0.2mm的裂缝，可进行向混凝土基渗透结晶型防水材料，从而实现表面处理，这些处理方式一方面既能够提高原有水泥材料的稳定性，同时又能够利用防水材料的渗漏效果，增宽表面分析，从而实现了工程防水的目的和效果。对于裂缝宽大于0.2mm，或等于0.4mm的缝隙，可以涂抹混凝土基柔性防水材料进行处理。

3.2.1 材料性能及原理

水泥基渗透结晶型防水工艺属于一类刚性的防水材料，具备呼吸性能、防水功能的永久性以及独特的自恢复能力，安全并且没有毒素。在和水进行化学反应以后，将材料当中存在的生物活性物质，透过化学载体往水泥里面进行渗入，在水泥当中产生了不溶于水的结晶体，并填塞了毛细小孔洞道，让混凝土形成防水性能。

和一般的水泥砂浆比较之后，水泥基渗透结晶型防水工艺具备了强烈、高韧性、高粘结性、耐酸碱性能、抗渗透性、温度稳定等优点。再经过自然蒸发和水化反应，可以干燥形成粘结良好、柔软、紧密的建筑保护薄膜，进而实现了建筑防水的目的和要求。

3.2.2 施工方法及要求

首先针对水泥基渗透的结晶型防水工艺而言，首先就必须对防水工程的基础面材料做好预处理，而这一过程中大致的工艺流程就是去除浮尘、浮浆、油脂等，而在清洗完毕以后，还必须铲除基层空鼓、疙瘩、起皮等情况，把表层材料打磨粗糙之后，才能通过水来完全浸湿防水基层。其次则是要配制料浆，而这一过程也是要按照体积比水泥基渗透结晶型防水材料∶水=5∶2，使用这一比例进行配置。在拌和均匀以后，水必须在25min以内全部用完，且所用过程中不能进行二次加水，料浆用量则是需要使用干粉。再次也是要求在裂缝长度低于0.2mm的裂缝混凝土表面进行喷涂，将涂刷区域细分为裂缝两边10cm范围之内，每次涂抹厚度需要达到1mm。接下来则是保养工作，在涂料没有被洒水破坏的时候进行保养，主要以喷涂水雾层为主，主要保证涂料的高湿度，需要保证养护3d以上。养护的过程中，最首要的目的就是能够促使防水涂料的硬度尽快体现，避免裂缝，从而达到良好的水分渗透。最后的要求也就是建筑环境温度，在这一过程中建筑环境温度要求不得小于5℃，不得超过40℃。

其次则是水泥基础柔性防水工艺。这一材料在应用的过程中，第一需要水泥基础柔性防水工艺涂抹之前，基础混凝土强度不需要小于设定值的八成；第二则是要求水泥基础应该保证均匀、牢固、干净，一旦有油污或是裂缝，也是应该及时加以清理和修复；第三是在浇筑前后，基础表层应该基本保证干燥，在没有大面积的潮湿状况下，应该做到即刻浇筑；第四在水泥基础柔性防水工艺实施配比的过程中，则是需要使用砂浆剪板机或者手提电钻来进行搅拌，并且这种搅拌的时间需要比一般的水泥搅拌时间快两分钟左右；而第五则是需要在缝隙二侧10cm范围当中完成二次涂抹，并且厚度保证在2cm以内，所涂刷的表层也需要保证压实、抹平；第六是需要在混凝土基柔性防水材料完全凝固之后，完成自然的保养，并且保养温度需要保持在不小于5℃。当没有达到完全硬化状况时，则禁止再加以保养或是直接被雨水冲洗。

3.3 凿槽嵌缝处理

3.3.1 材料性能

双组分聚硫密封胶，是由液态聚硫胶为基材配制而成的常温下双组分密封胶粘剂，这一封闭胶粘剂对于金属和水泥材料具有优异的粘附特性，能够在不断伸缩、震动、气温变动等情况下保持良好的气密性和保温性能，同时耐久性也相对较好，在明沟砼浇筑的处理过程中，聚硫密封胶也属于渠道建筑特有的填缝处理材质。

3.3.2 施工方法及要求

首先，针对于混凝土基柔性防水材料进行了分类，在应用这一材料时，第一必须顺着裂缝的走向挖成一条宽25mm、深38mm的槽沟，槽沟深度约为槽沟长度的1.5倍左右；第二则是必须去除裂缝当中的污垢与污物，并通过洁净的压力水流来彻底冲刷、湿润，确保在施工表面保持清洁和潮湿的状况；第三则是必须将内粉和液料按照5∶1的配比，压成厚质膏状；第四则是必须将混合之后的水泥砂浆按进沟槽中压实，同时为了保持表面的平整度，当初次搅拌的混凝土具备了一定硬度以后必须及时加以找平与处理；第五点则是必须在建筑温度超过5℃或者小于40℃的条件下进行施工，而搅拌之后的水泥也是必须在20min以内用完。

其次，也是需要针对于聚硫密封胶的使用情况加以分析。第一是在使用过程中必须顺着裂纹的走向凿成一条宽为25mm，深为38mm的沟槽，槽深必须为沟宽的1.5倍；第二是要清理缝里的污垢及污物，保证缝隙内部处于干燥状态；第三则是要把搅拌好的双组分底液喷撒到被沾的物体表面上，然后干燥成膜；第四是要按照商品的实际规定配合比，把两部分进行相互搅拌，以取得颜色均匀无色差的状态，并填平密封处，同时进行压实。

4 结 语

在砼构件施工当中，裂纹属于一个十分普遍的现象和问题，这一问题的存在不但会削弱建筑物的抗渗能力，同时也会影响建筑的实际应用功能，最后还会削弱混凝土的耐久性，影响建筑的整体承载能力。所以在未来必须对水泥开裂加以仔细研究，并区别处理，特别是在这一处理过程中必须结合实际，采取恰当的方式加以解决和限制。在建筑施工当中，必须采取各项保护措施来防止开裂问题，确保建筑材料及其结构的实际应用状态。