渠道護坡混凝土裂縫成因與處理措施

□張國勝（商丘市水利科技推廣中心）

1 民商虞干渠護坡工程概況

商丘市位于豫東平原，與山東、江蘇、安徽三省接壤，本區(qū)域沒有大的河流經(jīng)過。居民生活、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)用水主要依靠地下水和引水渠引水提供。由于以前需水量小，引水工程主要為開挖后沒有防漏措施的土渠，而商丘市大部土壤為粉土，在輸水過程中，水量滲漏多達一半以上。經(jīng)來水和雨水沖刷，渠坡土壤沖刷損壞嚴重，淤土堆積到河床內(nèi)，致使河道淤積嚴重，過水量大大減小。因此，干旱季節(jié)輸水時，雖然上游放水量很大，但下游輸入的水量很小，不能滿足要求。隨著人們生活水平的提高，農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)用水量的快速增加，需要提高輸水效率。為了保證輸水量，減少在輸送過程中的損失，對渠道岸坡進行混凝土硬化成為引水工程的重要工作。

民商虞干渠（民權(quán)縣→商丘市→虞城縣→夏邑縣輸水干渠）輸水工程屬于商丘市三義寨引黃灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程的一部分，該工程從吳屯水庫、鄭閣水庫引水，經(jīng)民權(quán)縣向商丘市區(qū)、虞城縣和夏邑縣供水。2010年第二期工程主要由商丘市水利工程建筑勘測設(shè)計院設(shè)計，引水渠護底、邊坡下部為混凝土護砌，邊坡上半部分為草皮護坡。邊坡坡降比為1:2.2，現(xiàn)澆混凝土強度為C20的普通混凝土，厚度為100mm。渠道橫斷面結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 民商虞干渠護坡、護底橫斷面結(jié)構(gòu)圖

2 護坡混凝土出現(xiàn)裂縫

2010年年底施工單位按正常工序及施工方案進行施工，并用養(yǎng)護膜按正常要求對混凝土進行養(yǎng)護，但2012年春，發(fā)現(xiàn)渠道南側(cè)部分混凝土護坡沿水面出現(xiàn)裂縫，極少部分稍有下沉變形，見圖2所示。

圖2 護坡混凝土裂縫圖

建設(shè)單位隨即組織設(shè)計單位、主要施工單位、監(jiān)理單位及檢測單位的技術(shù)人員對出現(xiàn)裂縫產(chǎn)生的原因進行了分析并采取了正確的處理措施。

3 裂縫成因分析

3.1 工序檢查

主要從施工單位場地整理、護坡基礎(chǔ)夯實、模板支護、混凝土拌和、土工膜鋪設(shè)、混凝土澆筑、振搗、混凝土澆筑、表面整平、沉降縫的設(shè)置等方面進行檢查。整個施工過程，施工單位都有記錄，旁站監(jiān)理也有相應(yīng)記錄，沒有發(fā)現(xiàn)違反施工規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的施工工序行為，但少部分護坡施工時渠內(nèi)有水，在抽干后接近渠底的部分土為水飽和土，且在施工時沒有將此土換填夯實。

3.2 對混凝土原材料及強度進行檢查

混凝土主要由水泥、粗骨料（碎石、卵石）、細骨料（河砂、海砂）及水等按一定比例混合后，通過化學(xué)反應(yīng)而形成的人造石材。任何一種或幾種原材料如果不合格都可能影響其性能，如強度、耐久性等。經(jīng)過檢查，護坡混凝土所用各種原材料，如水泥、砂、碎石都有出廠合格證，并經(jīng)商丘市水利建筑工程質(zhì)量檢測站（具有相應(yīng)的水利資質(zhì)）復(fù)檢合格，混凝土配合比也是由商丘水利建筑工程質(zhì)量檢測站配制。混凝土在拌和過程中，采用攪拌站集中供應(yīng)，自動上料，并且每班都留有試塊，試塊送檢后全部合格。

3.3 護坡養(yǎng)護

在冬季，如果環(huán)境溫度低于0℃后出現(xiàn)冰凍，則不應(yīng)進行混凝土施工；如晝夜溫差過大，但沒有出現(xiàn)冰凍或出現(xiàn)少量冰凍的情況下，澆筑后的混凝土應(yīng)做好防凍措施。施工隊根據(jù)以往的經(jīng)驗，本次施工后主要做的防護措施為在澆筑好的混凝土表面用養(yǎng)護膜覆蓋。但澆筑后不久，天氣驟變，下起了雪，氣溫下降，開始結(jié)冰。養(yǎng)護沒到位應(yīng)該是出現(xiàn)裂縫問題的原因之一。

3.4 混凝土強度

護坡混凝土設(shè)計強度為C20,，厚度為100 mm。不是大體積混凝土，因此，排除了由于混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱過大引起溫度變化導(dǎo)致變形裂縫的原因。在施工過程中所留混凝土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下實測也達到設(shè)計C20的要求。在發(fā)現(xiàn)混凝土出現(xiàn)裂縫后，經(jīng)鉆芯取樣實測混凝土強度值為15.86 MPa,不滿足設(shè)計要求。但在2012年4月份再次進行鉆芯取樣進行檢測時，強度達21.54 MPa，滿足設(shè)計要求。

3.5 天氣

商丘市居黃河以南，屬淮河流域，冬季出現(xiàn)冰凍的時間一般在十一月至次年三月以前，并且冰凍時間短，深度淺。此護坡在施工時溫度在5～10℃左右，當(dāng)時晚上沒有結(jié)冰，但施工后不到一周就降了一場雪，河面開始冰凍，此后將近一個月的時間，由于溫度低，護坡南岸一直沒有解凍。在天晴時，由于陽光的照射，護坡北面的冰雪消融的快，而渠道南邊的冰凍在一月下旬才融化。在此期間，渠面水位由于下滲和蒸發(fā)的作用，下降有3 cm左右。

通過以上分析，得出護坡混凝土出現(xiàn)裂縫的原因如下：護坡在施工后，對冬季天氣變化考慮不足，使用了在正常溫度、正常環(huán)境下（不是在水飽和的土壤的情況下）使用的養(yǎng)護膜養(yǎng)護方法，在環(huán)境溫度驟然下降（低于0℃）的情況下，沒有采取合適的養(yǎng)護措施。在低溫下，混凝土強度增長緩慢，特別是溫度降到0℃以下開始結(jié)冰時，接近冰面的混凝土強度增長基本停止。當(dāng)長時間冰凍時，接近冰面的混凝土由于冰凍作用，出現(xiàn)松化，而接近下部土壤的混凝土則由于溫度在0℃以上，強度還在緩慢增長，從而形成下部混凝土強度較高，上部較低的現(xiàn)象。而混凝土厚度較薄，只有100 mm，部分護坡塊體下部粉土層在澆筑時處于水飽和狀態(tài)，在水位下降時，上部的混凝土層下部由于水位下降而處于懸空狀態(tài)，在重力作用下，上部就逐漸出現(xiàn)開裂，形成裂縫。

4 對裂縫的處理

經(jīng)過對以上各個環(huán)節(jié)的分析，找到了混凝土出現(xiàn)裂縫問題的原因，針對具體情況，采取了如下措施：

第一，對混凝土裂縫比較嚴重的少部分護坡進行拆除，將該段渠內(nèi)的水全部抽干，把接近渠底基礎(chǔ)中的飽和土換掉重新按設(shè)計要求回填、夯實，然后再嚴格按設(shè)計要求澆筑混凝土。在混凝土養(yǎng)護時，上部要蓋上草苫子，保持7天以上，每天澆兩次水，保持草苫子始終處于潮濕狀態(tài)，在第8天到第15天，每天仍要進行一次澆水。

第二，對于少量出現(xiàn)小裂縫且整塊沒有變形的混凝土護坡塊，經(jīng)設(shè)計單位核定，在滿足要求的前提下，本著節(jié)約的原則，要求施工單位用聚氨酯樹脂對裂縫進行處理。

5 后續(xù)觀察

在重新澆筑混凝土護坡時，已經(jīng)是4月份，環(huán)境氣溫在10℃以上，原材料嚴格按照要求進行試驗，施工工序嚴格按要求進行，養(yǎng)護到位，對重新澆筑的混凝土取樣進行試塊檢測，達到了設(shè)計要求。在后續(xù)一年的觀測中，無論是渠道輸水，還是處于干涸狀態(tài)，重澆的混凝土護坡沒有再出現(xiàn)裂縫，狀態(tài)良好。

用聚氨酯樹脂涂刷的少量微小裂縫的混凝土護坡，裂縫寬度及裂縫數(shù)量也沒有增加，效果較好。

6 對護坡混凝土出現(xiàn)裂縫的思考

混凝土護坡施工與其它正?；炷潦┕げ煌?，一是護坡坡度比較陡，新土坡面整平后在實際施工中不易夯實，如不采取一定措施，容易給混凝土下面造成一定的懸空，因此，在比較陡的護坡（坡降比>1:2.0時），如果是用回填土進行地基處理，在可能的情況下，建議采用挖土機機斗反向?qū)A(chǔ)進行初步夯實，效果比較好；二是對于比較陡的坡面，混凝土不易振實，用普通的振實設(shè)備無法施工，施工時必須采用護坡振實專用設(shè)備。護坡混凝土的流動度一定要比普通混凝土大，易取4 cm～5 cm，但流動度也不易過大，否則可能不能澆筑，振搗時間不易過長；三是某些區(qū)段接近水面部分，由于混凝土施工前后會有水存在，特別是在冬季施工，邊坡部分可能會由于凍結(jié)不宜施工，須視情況選擇施工時間。在施工時，接近于渠底的飽和土，最好換填，并且按要求夯實。無論是冬季溫度過低（低于0℃如果沒有采取特殊措施不應(yīng)施工）還是夏季溫度過高（高于30℃），都要在施工后對混凝土做好養(yǎng)護工作，從而保證施工質(zhì)量。