南水北調(diào)渠道襯砌混凝土裂縫及其防控

□李國(guó)彥（河南省水利第二工程局）

1.渠道襯砌設(shè)計(jì)的的概況

南水北調(diào)中線工程渠道一般多采用明渠設(shè)計(jì)，梯形斷面，典型型式為上口寬50～120m左右，渠道底寬13～23.5m，邊坡系數(shù) 1：2～1：3.5，渠道縱比降 1：28 000 左右，渠全斷面采用混凝土襯砌，邊坡襯砌厚度10 cm，底板厚8 cm，襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，抗凍標(biāo)號(hào)F150,抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6；渠深9.0 m左右，渠道坡面長(zhǎng)20～50m；正常水深7.0m，加大水深7.5m左右。渠道結(jié)構(gòu)型式自下而上為：開(kāi)挖基面、5～20 cm粗砂（或砂礫石）墊層、2～2.5cm厚的保溫板、防滲復(fù)合土工膜、8～10 cm厚混凝土面板，面板縱橫向皆設(shè)有半縫和通縫并交叉布置。

2.渠道襯砌混凝土裂縫成因及其防控

襯砌混凝土施工中導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的因素有多種，主要是環(huán)境溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性，以及原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)）、模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等引起的。

2.1 基面變形引起的裂縫

由于開(kāi)挖基面不平、回填材料不密實(shí)（尤其換填或回填的砂礫料局部不實(shí)）引起局部不均勻沉降造成襯砌混凝土裂縫，或者膨脹巖土類(lèi)遇水膨脹引起基面隆起造成襯砌混凝土裂縫。防控辦法為加強(qiáng)對(duì)基面的驗(yàn)收（尤其對(duì)超欠挖面重點(diǎn)加強(qiáng)處理和控制），嚴(yán)格控制回填材料的質(zhì)量和壓實(shí)度,嚴(yán)格控制保溫板的鋪設(shè)質(zhì)量（尤其是平整度及防止翹起和懸空）；針對(duì)膨脹巖土類(lèi)基面可采用粘性土換填1.5m以上予以消除。另外，渠道高填方不均勻沉降引起的襯砌混凝土裂縫，可延長(zhǎng)沉降期（延長(zhǎng)至6個(gè)月以上），待沉降趨穩(wěn)后再襯砌混凝土來(lái)予以消除。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)或生產(chǎn)不當(dāng)引起的裂縫

混凝土施工配合比不當(dāng)，未經(jīng)嚴(yán)格試配、混凝土原材料質(zhì)量失控或者拌和時(shí)間不夠、運(yùn)輸能力跟不上等等引起的混凝土裂縫。普通硅酸鹽水泥出廠強(qiáng)度都很高，而襯砌混凝土多為F150、W6、C20，如只考慮混凝土強(qiáng)度而不考慮其和易性和塌落度等也易產(chǎn)生裂縫。處理措施是反復(fù)模擬試驗(yàn)，優(yōu)化施工配合比，使用優(yōu)質(zhì)高效的外加劑，在保證混凝土和易性的前提下減少單位用水量和水泥用量，從而降低水化熱引起的溫度應(yīng)力和干縮變形。嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量，砂子應(yīng)采用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)2.4～2.8，含泥量小于3%；碎石采用連續(xù)級(jí)配，針片狀顆粒含量不大于10%，含泥量小于1.0%，存放場(chǎng)地鋪設(shè)混凝土地坪，保證骨料清潔。

另外，還必須嚴(yán)格控制混凝土生產(chǎn)過(guò)程和混凝土入倉(cāng)及澆筑的質(zhì)量。應(yīng)定期對(duì)混凝土骨料含水率、細(xì)度模數(shù)、超遜徑進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整混凝土施工配合比，每4h檢測(cè)一次骨料含水率，雨后加密檢測(cè)，在保證水膠比不變的情況下，根據(jù)含水率變化對(duì)施工配合比進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，嚴(yán)格按照試驗(yàn)室出具的施工配合比進(jìn)行配料拌和，控制混凝土拌和時(shí)間；還應(yīng)定期對(duì)稱(chēng)量系統(tǒng)經(jīng)常進(jìn)行校核，定期檢定，確保原材料稱(chēng)量精度；對(duì)拌和機(jī)葉片磨損情況應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查，確保拌和機(jī)工作正常，避免夾帶生料；定期在出機(jī)口取樣檢測(cè)混凝土坍落度、泌水性、黏聚性、溫度、含氣量等指標(biāo)，及時(shí)掌握混凝土拌和物質(zhì)量，對(duì)混凝土拌和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)入倉(cāng)的不合格混凝土材料必須及時(shí)清理。一般情況下，渠坡為1：2時(shí)混凝土坍落度宜控制在6.0～7.0cm之間，渠坡為1：2.5～3.0混凝土坍落度宜控制在 6.5～7.5cm之間。

2.3 人為因素產(chǎn)生的裂縫

人為因素很復(fù)雜，一般表現(xiàn)在施工人員未進(jìn)行崗前培訓(xùn)，質(zhì)量意識(shí)差，粗心大意，振搗不到位，不合格的料未及時(shí)清除，澆筑振搗和抹面不及時(shí)；混凝土在終凝后未達(dá)到一定強(qiáng)度之前受到擾動(dòng)（如承重受力、切縫等擾動(dòng)），此類(lèi)情況很容易引起裂縫的產(chǎn)生，出現(xiàn)的裂縫也最多。處理辦法是通過(guò)多加強(qiáng)崗前培訓(xùn)，提高思想認(rèn)識(shí)，規(guī)范施工操作行為，做好施工細(xì)節(jié)，在襯砌前先進(jìn)行一段非正式模擬襯砌試驗(yàn)，待人機(jī)配合熟練后再開(kāi)始渠道襯砌混凝土施工。盡可能減少混凝土終凝后未達(dá)到一定強(qiáng)度之前受到的承重、切縫等擾動(dòng)，例如：可以采取跳倉(cāng)澆筑來(lái)保證新澆混凝土不受相鄰倉(cāng)位切縫的影響而產(chǎn)生裂縫。

2.4 施工中環(huán)境溫度引起的裂縫

當(dāng)白天氣溫高于25℃時(shí)，由于混凝土面板太薄表面失水過(guò)快，混凝土易干縮，抹面時(shí)機(jī)不好掌握，易產(chǎn)生裂縫。一般可利用夜晚進(jìn)行襯砌混凝土澆筑，采取加冰水拌和混凝土，從骨料內(nèi)部取料等方式降低混凝土出機(jī)口溫度；或采取遮陽(yáng)措施，縮短運(yùn)輸時(shí)間等措施降低混凝土入倉(cāng)溫度，避免混凝土溫度過(guò)高出現(xiàn)假凝現(xiàn)象。混凝土澆筑完成后，及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，采用表面覆蓋養(yǎng)護(hù)棉氈，灑水保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間保證混凝土表面濕潤(rùn)。

當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)襯砌面板也易凍裂，所以做好冬季保溫工作也很關(guān)鍵。當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)最好停止襯砌混凝土澆筑施工；如果必須施工，必須采取加熱拌和水，改變投料順序，先將水與骨料拌和，再加水泥拌和的攪拌順序，避免水泥超過(guò)28℃出現(xiàn)假凝現(xiàn)象?；炷寥雮}(cāng)前避免在空氣中長(zhǎng)時(shí)間暴露，以免混凝土入倉(cāng)溫度下降。在混凝土澆筑完成后，要及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，采取密閉材料封閉面板，并其內(nèi)部采用煤爐加熱的方法保證混凝土硬化的適宜溫度，并防止混凝土遭受凍害。

2.5 大風(fēng)等特殊天氣引起的裂縫

由于襯砌混凝土板太薄、面積較大，當(dāng)襯砌混凝土施工當(dāng)天風(fēng)力超過(guò)3級(jí)時(shí)，很容易引起混凝土面板表面失水過(guò)快，來(lái)不及收面已產(chǎn)生裂縫?？刹扇〉拇胧┦?，計(jì)劃澆筑混凝土前，注意觀察天氣預(yù)報(bào)和氣象規(guī)律，盡量避開(kāi)大風(fēng)天氣來(lái)進(jìn)行襯砌混凝土澆筑；如果在澆筑過(guò)程中剛好出現(xiàn)了大風(fēng)天氣，要提前增加抹面人員及時(shí)抹面，抹面完成后及時(shí)噴灑養(yǎng)護(hù)劑（或養(yǎng)護(hù)膜），并注意及時(shí)采用不透風(fēng)的塑料膜（布）予以覆蓋，一般覆蓋到5MPa以上（如切縫的時(shí)間）即可。

2.6 基礎(chǔ)進(jìn)水凍脹引起的裂縫

北方冬季氣溫較低，往往因?yàn)楸Ｅ采w不到位，再加上襯砌面板下面進(jìn)水凍脹也容易產(chǎn)生裂縫。冬季平均氣溫多低于0℃，施工中混凝土面板切縫用水和養(yǎng)護(hù)用水很容易在坡腳匯集，且局部的坡肩保護(hù)不當(dāng)或者排水系與土工膜之間粘接不緊密，也易使面板下進(jìn)水，由于冬季水分蒸發(fā)緩慢，積水難以消除，當(dāng)寒潮來(lái)襲時(shí)，飽和水很容易產(chǎn)生冰凍，很容易使面板或齒墻產(chǎn)生裂縫。因此，冬季盡可能減少用水量，渠肩加強(qiáng)防護(hù)，渠底明水也要及時(shí)排除。當(dāng)不能及時(shí)進(jìn)行渠底襯砌時(shí)，要用干土或草袋覆蓋保暖，以防凍融破壞。

2.7 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷引起的裂縫

由于在渠腳處渠坡與齒墻剛性連接，且無(wú)鋼筋連接，當(dāng)齒墻基礎(chǔ)沉降，或者切縫水和養(yǎng)護(hù)用水長(zhǎng)時(shí)間浸泡齒墻使其地基變軟，齒墻也會(huì)下沉，進(jìn)而在齒墻上部坡面距離坡腳30～50cm處產(chǎn)生水平裂縫。此類(lèi)結(jié)構(gòu)缺陷引起的裂縫通常采用設(shè)計(jì)方式將剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接，或者在易裂縫處設(shè)計(jì)并切割一條誘導(dǎo)縫，將無(wú)組織的裂縫變成一條規(guī)則的沉降縫，并采用填塞聚硫密封膠封閉的方式徹底予以解決。

總之，襯砌混凝土施工中影響并造成混凝土出現(xiàn)裂縫的因素很多，施工中一定要遵循自然規(guī)律，科學(xué)合理地安排施工，并對(duì)出現(xiàn)的混凝土裂縫問(wèn)題認(rèn)真分析總結(jié)，及時(shí)采取有效的預(yù)防措施，方能有效地減少襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生，確保襯砌施工質(zhì)量，順利通過(guò)竣工驗(yàn)收。同時(shí)，作為現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員要嚴(yán)把襯砌中的每一道工序的質(zhì)量關(guān)，從混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、原材料質(zhì)量控制、拌和站投料拌和、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)入倉(cāng)振搗到后期混凝土切縫和養(yǎng)護(hù)等等，皆應(yīng)做到人盡其責(zé)，層層把關(guān)，嚴(yán)格落實(shí)三檢制。實(shí)踐證明，只要施工中高度重視，嚴(yán)把襯砌施工各道工序關(guān)，注重施工細(xì)節(jié)，渠道襯砌混凝土裂縫是可以有效預(yù)防的。