简谈衬砌渠道衬砌混凝土裂缝原因\预防措施与修补策略

摘要:本文透过对具体工程施工过程的研究,系统的介绍了该工程渠道砼裂缝情况，裂缝的成因分析,施工时裂缝预防措施以及出现裂缝后的修补方法，为今后类似工程提供参考。
关键词:衬砌；裂缝成因；预防措施；修补方法

一、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。
本工程为辉县段第一施工标段，设计桩号为Ⅳ66+960～Ⅳ72+000，标段长度5.04km。明渠段全长4429m，为梯形断面，Ⅳ66+960～Ⅳ67+501.5 段渠底宽度为17.5m，Ⅳ67+501.5～Ⅳ67+516.5 段渠底宽度为17.5m～20m，Ⅳ67+516.5～Ⅳ72+000 渠底宽度为20m；渠底高程95.962～95.559m，渠道内一级边坡为1:2，二级边坡为1:1.5，一级马道(堤顶)宽5.0m，外坡1:1.5，渠道纵比降为1/23000～1/28000。
总干渠辉县段属温带季风气候区，夏秋两季受太平洋副热带高压控制，多东南风、炎热多雨；辉县市年平均气温14℃，无霜期209 天。本渠段多年平均气温为14.1℃，全年1 月份温度最低，多年平均最低气温-5.1℃。7 月份气温最高，平均最高气温31.8℃。本渠段冬春季盛行北或西北风，夏季多东南风，秋季多东北风，多年平均风速1.5m/s，最大风速16m/s。地面稳定冻结初日在12 月9 日，冻结终止日期在2 月19 日，多年平均冻土深度11.47cm，历年最大冻土深度19cm。地质岩性多为黄土状中、重粉质壤土，局部为黄土状中、重粉质壤土夹砂卵石、砾砂透镜体，少部分为粘砾多层结构。
全渠段采用混凝土衬砌，渠道边坡衬砌厚度10cm，渠底衬砌厚度8cm。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。混凝土板纵横向每4m设一道分缝，通缝与半缝间隔布置，顺水流方向从下往上分缝依次为半缝-通缝-半缝-通缝，缝宽2cm，半缝深为渠底6cm，渠坡 6cm；通缝深为渠底 8cm，渠坡 10cm。渠道衬砌混凝土属薄壁混凝土，具有薄壁混凝土易产生裂缝的共性，在实际施工中我们针对薄壁混凝土的特点采取了多种防裂控制措施，取得了很好的效果。

二、裂缝情况

渠道衬砌于2011年2月正式开始施工，至今已完成4076m，共发现裂缝35条，经分析，其中塑性收缩裂缝5条，干缩性裂缝5条，沉陷裂缝25条，结果表明本标段裂缝主要以沉陷裂缝为主。

三、裂缝成因分析

3.1应力裂缝

3.

1.1收缩裂缝

收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝和干缩裂缝。其中塑性收缩是由于混凝土在凝结前，因失水较快而产生的收缩。此类裂缝常出现在混凝土表面，形状规则长短不一，互不连贯，裂缝较浅 ，一般在混凝土浇筑后（2-3）h左右出现。干缩裂缝是由于混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，致使表面混凝土承受拉力，当表面承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝，此类裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间内，走向纵横交错、无规律、且分布不均，多沿渠道纵向分布。
本标段3、4月份外界环境大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，导致混凝土水分蒸发快，此类易出现裂缝。
3.

1.2切缝不及时产生的裂缝

此类裂缝产生的原因是切缝不及时，在重力作用下，混凝土下滑产生拉裂，此类裂缝多为沿渠道横向分布，呈现贯穿性。

3.2 沉陷裂缝

沉陷裂缝常见于渠基换填处、渠道换填段和地质不稳定区域。特点是裂缝常呈现贯穿性，往往上下或左右有一定的错距。本标段此类裂缝产生的原因经分析有三类：一是 混凝土粗砂垫层压实度不够，局部有松软土基；二是排水管沟回填土料压实度不够，雨后易产生沉陷；三是雨后渠基被水浸泡时间过长，产生沉降；四是换填段未满足沉降期，后期产生沉降。

四、渠道衬砌混凝土裂缝的预防措施

针对以上裂缝成因，从混凝土拌合和现场施工两方面结合进行裂缝控制。

4.1混凝土拌合

用干缩值较小普通硅酸盐水泥，严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。为控制混凝土水化开裂，夏季采用搭盖凉棚和洒水对骨料进行降温。搭盖凉棚可避免 太阳光直射，减少骨料吸热，浇筑前 2～3 小时用洒水车运深井水（约 160C 左右）对粗、细骨料进行充分的洒水降温。使夏季混凝土出机口温度控制在 180C 以内，入仓温度控制在 280C 以下，有效地控制了温度裂缝的产生。

4.2现场施工

4.

2.1渠床整理

换填段和全填方段应满足沉降期方可施工。渠道开挖完成后要一般预留50cm保护层，避免因雨水冲刷出现造成渠床扰动。渠道削坡在衬砌前进行，削坡进度应与衬砌进度相适应，避免削坡面积过大，搁置时间过长，造成次生损坏。我标段渠坡土岩性主要为粉质壤土和卵石。卵石岩芯呈散粒状，较松散，且夹杂大粒径卵石，大者直径30cm左右。在渠坡整理过程中先用挖掘机进行预削，预留15-20cm保护层改为人工精修，为避免扰动渠床，对高出渠床设计断面的大粒径卵石用钢钎翘除，回填粗砂和小粒径砂砾料补水振压密实。为防止削坡后的边坡出现干裂我部采取用彩条布及时覆盖等防风、保水 措施，减少坡面的开裂和变形。 在削坡过程出现超挖、雨淋沟或坍坡时及时进行补坡，补坡前将坡面清理成锯齿形，分层夯实，补坡厚度高出设计断面，最后人工削出高出部分。
4.

2.2排水管网和齿槽施工

我标段部分渠底局部位于卵石层中，卵石间泥质填充，结构松散，齿槽和纵向排水沟隔墙自稳困难，为避免混凝土浇筑后出现塌陷，齿槽内壁用采用M10砂浆砌砖成型，顶面最后一块砂浆砖砌筑成1:2坡势，与设计坡比相同，因其高于渠床面，可阻挡粗砂垫层向动，经工程实践可有效解决保温板下部砂垫层下滑出现空腔的问题。
为防止排水沟槽粗砂垫层发生沉降，排水管沟槽底部摊铺粗砂垫层（设计5cm厚度）夯实；下层半圆倒角部位应薄层铺料，挤压密实；中层（包裹软式透水管的一层）人工手持平板振动器顺沟纵向振压；上层填充粗砂，分两层铺设，平板振动器振压密实 ，施工过程中坚持层填层验，保证回填密实度符合设计要求。
4.

2.3粗砂和保温板铺设

粗砂铺设过程中为保证摊铺均匀采用摊铺机进行施工，局部不平采用人工补料，粗砂垫层经过试验确定虚

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铺厚度、含水率和振压遍数，表面平整度允许偏差不大于1cm/2m，砂铺设检验合格后及时进行保温板及复合土工膜的铺设，以减少水分的散失。保温板要与粗砂垫层结合紧密，避免产生空洞。
4.

2.4混凝土施工过程控制

（1）由于机械化衬砌设备特性，齿槽、渠肩平台和侧模处设备自带振捣设备振捣效果不好，易出现裂缝，需人工振捣设备配合施工，且渠肩部位会出现缺料和骨料分离现象，需人工补料，加强振捣，如骨料分离严重需换填富浆砼。
（2）混凝土保证湿润养护时间不少于28d，初凝前不能洒水养护，初凝后覆盖土工布洒水养护。在大风、高温天气初凝前可采用喷雾保湿；在低温条件下已浇筑混凝土表面采取毛毡覆盖保温，确保混凝土不发生冻融剥落破坏。由于一般情况下渠坡衬砌先于渠底板施工，在雨天和洒水养护时要注意及时排出坡脚的积水，避免坡脚齿槽长时间积水浸泡，产生沉陷位移或冻胀破坏，产生裂缝。我标段在渠坡衬砌完成后一般采取覆土回填、加强排水等措施防止出现沉降裂缝和冻胀破坏。