浅析南水北调中线干线镇平三标工程渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因和控制措施

李海东，保守林，倪 明

(中国水利水电第十工程局有限公司二分局，四川都江堰 611830)

1 工程概述

南水北调中线干线镇平三标工程输水渠道设计桩号76+100～87+925，全长11．825km。渠道76+100～85+750段(共9．65km)边坡坡比为1∶2，成型后渠道底宽22m，边坡坡长20．64～22．6m;渠道 85+800 ～87+925 段(共 2．125 km)边坡坡比为1∶3，成型后渠道底宽17m，边坡坡长29．25m;渠道85+750～85+800段﹙共50 m﹚为断面渐变段;渠道边坡衬砌厚度为10cm，底板衬砌厚度为8cm。渠道横向16m设一道通缝，横纵4m设一道半缝，通缝深度为衬砌板厚的90%，半缝深度为衬砌板厚的75%，缝宽均为1 cm，缝内填1cm厚闭孔泡沫板，迎水面采用2cm深聚硫密封胶嵌缝。衬砌混凝土标号等级为C20W6F150。渠道结构横断面见图1。

图1 渠道结构横断面图

2 混凝土裂缝的种类及其产生原因

2．1裂缝的种类

(1)温度裂缝。温度裂缝多发生在混凝土表面。混凝土浇筑后，在其凝固过程中，水泥产生水化热，使混凝土内部温度升高，而混凝土表面因昼夜温差较大，散热较快，形成了内外较大温差，造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生了一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束就会产生裂缝。这种裂缝的走向通常无一定规律，混凝土衬砌面板上的温度裂缝通常纵横交错，裂缝宽度大小不一。

(2)塑性收缩裂缝。收缩裂缝多在新浇筑混凝土表面出现，形状很不规则，多呈中间宽，长短不一，互不连贯，较短的裂缝一般长30～50cm，较长的裂缝可达2～3m，缝宽2mm左右。大多数裂缝在混凝土初凝后，当外界气温高、风速大、气候干燥的情况下出现。混凝土塑性收缩情况主要受水灰比、混凝土凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等因素的影响。混凝土初凝之前仍处于塑性状态发生的收缩，在高温或大风等外因影响下，混凝土表面失水过快，体积急剧收缩，当蒸发速率大于泌水速率时就会发生局部的塑性收缩裂缝。

(3)干缩裂缝。干缩裂缝多发生在混凝土浇筑后一周左右，主要是由毛细孔隙压力造成。毛细孔隙在干燥过程中逐步失水，产生很大的毛细孔隙张力，混凝土体积产生收缩。由于混凝土周围存在约束，内部又有拉应力，当拉应力超过混凝土材料抗拉强度时，便会出现干缩裂缝。干缩裂缝多为表面线状浅细裂缝，宽度多为0．2mm左右。干缩裂缝的产生主要与混凝土的水灰比、水泥成分、材料性质、外加剂等用量有关。

(4)沉降裂缝。沉降裂缝多为贯穿性裂缝，其走向与沉降情况有关，一般与地面垂直或呈30°～45°角方向发展。沉降裂缝多是由于基础面处理不当造成的，若基础面雨淋沟或超挖部位回填土不密实，压实度达不到设计要求的指标，则衬砌面板可能产生过大的沉降或局部的不均匀沉降，从而产生沉降裂缝。裂缝宽度受温度的影响较小，与沉降量的大小成正比，当地基变形稳定之后，沉降裂缝亦基本趋于稳定。

2．2 裂缝产生的主要原因

(1)施工方法不规范。主要包括:①浇筑混凝土振捣时，漏振或过振;②浇筑混凝土时，风速过大、烈日暴晒，没有采取相应的防范措施;③现场养护措施不到位，混凝土早期脱水;④切缝不及时;⑤垫层压实不均匀。

(2)高填方渠段土方回填完成后，沉降时间不够。

(3)施工环境。施工温度超过30℃，低于5℃和久晴、多风、日晒的天气施工时，混凝土由于内外温差超过20℃或表面失水过快而不同程度地形成表面裂缝。

3 混凝土裂缝的主要控制措施

3．1 渠坡削坡控制

削坡机在精削前，挖掘机先进行粗削坡。渠道填筑成型后，测放出坡脚线和坡肩线，每隔10 m用尼龙绳作为基准，施工人员指挥挖掘机粗削。粗削后的坡面应预留8～10cm采用削坡机精削，为保证削出的坡面平整，将挖掘机的斗齿改造成平板状。基础面准备完成后，当下道工序不能及时跟进施工时，采用塑料布对新削坡面进行覆盖，以达到坡面不开裂、不变形、不出现雨淋沟的目的。基础面平整度误差不大于2cm/2m。

3．2 渠底粗砂垫层铺设控制

渠底粗砂垫层厚10cm，采用装载机进行粗砂的摊铺，人工配合平地机进行粗砂的整平，采用16t平板振动碾碾压。两侧坡脚和渠底中齿槽内粗砂回填均采用人工蛙式打夯机压实。垫层料铺设后，压实过程中应适当洒水湿润，但要防止洒水过量造成施工作业面积水，合格的垫层相对密度不小于0．7。垫层表面轮廓尺寸应满足设计文件要求，表面平整度误差不大于1cm/2m。

3．3 混凝土施工控制

3．3．1 混凝土浇筑

(1)布料及摊铺。混凝土运至施工现场后，由专人指挥布料。坡面上的铺料从下向上连续进行，衬砌速度控制在10m/h以内，渠坡衬砌机行走时，振动设施及时打开，确保混凝土不过振或漏振并达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面等;衬砌机行走过程中，当出现局部欠料或露石现象时，人工及时补料;出现明显隆起时，人工及时平整。

(2)边角处的人工填补及振捣。渠坡衬砌机衬砌渠坡的顶部及底部时易出现缺料现象。对于衬砌机布料到不了的地方，人工及时补料，并采用插入式振捣器辅助振捣。衬砌机开出仓面时，采用插入式振捣器自下而上沿端头模板边界振捣一遍，确保端头处混凝土的密实性。

(3)机械抹面。机械抹面由下而上进行，抹光机每次移动距离为2/3抹盘直径，对于坡顶及坡底抹面机不能到达的位置，全部由人工进行抹面和收光，做到不漏抹、表面平整、均匀一致。

(4)人工收光。混凝土初凝前用手轻压，混凝土表面发硬但稍有痕印时，便可及时进行压光处理，消除混凝土表面气泡、浮浆、麻面、坑凹之处，使混凝土表面平整、光滑无抹痕。

3．3．2 混凝土养护

(1)春夏秋三季:混凝土终凝前，先喷洒养护剂，然后采用一布一膜进行遮盖养护(布在下，膜在上)，而后每天洒水5～6次，以布湿透为宜，避免坡脚部位被水浸泡。

(2)低温季节:混凝土养护的主要任务是保温防冻。混凝土终凝前，先喷洒养护剂，然后采用一布一膜进行遮盖养护(膜在下，布在上)，上面覆盖1～2层草帘或保温被，遮盖要严实，必要时搭设暖棚养护。

(3)渠道衬砌混凝土宜分时段采取不同的养护措施。①收面完成后、混凝土终凝前应采用喷雾养护并及时喷涂养护液。②混凝土终凝后、切缝前宜采用一布一膜洒水养护。③切缝期间，应对混凝土进行洒水养护，做好切缝与养护的协调工作。④切缝完成后立即进行一布一膜洒水养护。⑤每个衬砌作业面必须安排专人负责洒水养护工作。⑥混凝土养护的遮盖材料务必压实，避免被风吹开。

3．3．3 混凝土切缝

混凝土面板切缝时机是切缝施工的重中之重。切缝过早，缝壁两侧容易破损，对后期清缝造成严重影响;切缝过晚，切缝的效率降低且混凝土面板容易出现裂缝。切缝施工宜在混凝土抗压强度为1～5MPa时进行，在施工中可以预留同条件养护试件用于确定不同边界条件下的衬砌面板切缝时间。

为防止混凝土面板在切缝期间产生裂缝，切缝宜先切割通缝和渠底齿槽与边坡结合部的引导缝，后切割半缝。切缝时，每条缝必须切到头，否则容易出现裂缝。切缝时，混凝土正处于养护的关键阶段，应在切缝的同时保证混凝土养护到位。遮盖养护时，切缝不宜大面积的掀开，应随切随掀。切缝完成后，应尽快进行遮盖养护。

3．4 高、低温季节的施工控制

3．4．1 高温季节施工

日最高气温超过30℃时，应采取相应措施保证入仓混凝土温度不超过28℃。加强混凝土出机口和入仓混凝土的温度检测频率，并应有专门记录。

高温季节施工，应做好以下工作:

(1)增加骨料堆高、骨料场搭设防晒遮阳棚、骨料表面洒水降温等措施降低原材料的温度。骨料表面洒水降温宜采用深井水(约16℃)，并在混凝土浇筑前2h实施。对于砂子一般不宜进行洒水降温，可在浇筑前将表层部分清除。混凝土浇筑前，务必检测砂石骨料的含水率并调整配合比;

(2)采用加冰或者冰水、冷却水拌和;加冰时，拌和时间应延长15～20s，宜采用冰水或深井水;

(3)浇筑时间一般安排在下午5点以后至次日10点之间。在此时间段内，应完成收面工作并及时遮盖养护;

(4)对混凝土运输罐车、水泥粉煤灰存储罐采取防晒措施，一般采用穿“棉袄”的方式、混凝土输送带搭建防晒棚等措施降低入仓温度;

(5)浇筑过程中，可采用喷雾的方式降低局部环境温度，混凝土收面完成后，及时对混凝土进行遮盖养护，防止水分散失过快;

(6)安排专人负责洒水养护工作并做好养护记录，混凝土的遮盖保温养护材料必须压实，避免被风吹开。

3．4．2 低温季节施工

日最低温度低于0℃时，施工中应避开每天气温低于0℃的时间段，并在混凝土浇筑完成后及时遮盖保温保护，保证混凝土表面温度不低于5℃。

低温季节施工，应做好以下工作:

(1)砂石骨料尽量堆高并保温。最低气温低于0℃时，集料斗的粗砂在每天浇筑完成后，宜清空;

(2)在混凝土拌和前，用热水冲洗搅拌筒，并将积水或冰水排除，使搅拌筒处于正温状态。混凝土拌和时间比常温季节适当延长20%～25%;

(3)对混凝土运输车、水泥粉煤灰储存罐采取保温措施，一般采用穿“棉袄”的方式;

(4)采用热水拌和，拌和水温不超过60℃;

(5)机械衬砌施工时，不宜开大仓并安排在每天气温相对较高的时段实施，同时收面时间应避开气温低于0℃的时段;

(6)施工中应加大混凝土拌和物的温度测量工作。

4 结语

渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因很多，且裂缝也是渠道大面积薄壁混凝土浇筑施工中普遍存在的一种现象。在施工中，应对不同原因产生的混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采取各种有效的预防控制措施，预防裂缝的出现和发展，保证渠道衬砌混凝土的施工质量。南水北调中线干线镇平三标工程在渠道混凝土衬砌施工过程中，通过采取上述混凝土裂缝控制措施，使混凝土裂缝现象得到了较好的控制，渠道衬砌取得了较好的成果。