淺談引水渠道襯砌砼板裂縫成因及防控

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(中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán) 十五工程局有限公司，陜西 西安710000)

0 前言

引水式水電站因其水頭相對(duì)較高、工程量較小、基本無(wú)水庫(kù)淹沒(méi)損失、單位造價(jià)較低，特別是在河流比降較大、流量相對(duì)較小的山區(qū)或丘陵地區(qū)的河流上，其可在較短的河段中以較小尺寸的引水渠道取得較大的水頭和發(fā)電功率等特點(diǎn)，越來(lái)越受到重視。引水渠道襯砌砼由于內(nèi)外因素的作用不可避免地存在裂縫，而裂縫是砼結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。如何有效的控制渠道襯砌砼面板裂縫成為施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以某工程施工情況作參考，探究引水渠道襯砌砼板裂縫的成因及防控措施，其具體內(nèi)容如下所示。

1 渠道襯砌砼板裂縫的種類及產(chǎn)生原因

某工程的引水渠道總長(zhǎng)12km，設(shè)計(jì)流量56m3/s，渠底寬2m、縱坡1/3000、過(guò)水邊坡 1:1.75，外坡 1:1.5，渠深 4.9m～6.4m，渠道左堤頂寬6.0m、右堤頂寬3.0m。該渠道采用現(xiàn)澆砼板+土工膜襯砌防滲，其襯砌防滲結(jié)構(gòu)由上至下依次為：12cm現(xiàn)澆砼板、一布一膜、3cm厚M10砂漿墊層。現(xiàn)澆砼板沿水流方向每隔3m設(shè)2cm寬伸縮縫，引水渠砼板每隔99.3m設(shè)置一道寬0.3m、深0.3m的現(xiàn)澆砼橫隔墻。結(jié)合該工程的施工經(jīng)驗(yàn)，渠道襯砌砼裂縫的種類及產(chǎn)生原因主要有以下幾點(diǎn)：

1.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮是指砼在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮，因此塑性收縮裂縫多在新澆筑的砼板上表面出現(xiàn)。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋喉旁诮K凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者砼剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，砼表面失水過(guò)快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使砼體積急劇收縮，而此時(shí)砼的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響砼塑性收縮開(kāi)裂的主要因素有水灰比、砼的凝結(jié)時(shí)間，環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)，較短裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)裂縫可達(dá)2～3m，寬1～5mm。

1.2 沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫的產(chǎn)生是由于地基土質(zhì)不勻、松軟或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致，或因模板剛度不足，模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，裂縫呈梭形，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30～45度角方向發(fā)展，較大的沉降裂縫，往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度0.3～0.4mm，受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉降裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

1.3 溫度裂縫

在渠道襯砌砼施工過(guò)程中，當(dāng)溫差變化較大或當(dāng)砼結(jié)構(gòu)受到寒潮襲擊，成型后未及時(shí)覆蓋等都有可能導(dǎo)致砼表面溫度急劇下降而產(chǎn)生收縮，而砼內(nèi)部濕度變化小，收縮也小，因而表面收縮變形受到內(nèi)部砼的約束，出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)砼的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，砼表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫通常只在砼表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生，且多發(fā)生在砼施工中后期。

溫度裂縫多平行于短邊，裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一。受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。此裂縫會(huì)引起砼的碳化，降低砼的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

2 渠道襯砌砼裂縫防控

根據(jù)襯砌砼裂縫形成原因，結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，我們主要從以下幾方面進(jìn)行裂縫防控。

2.1 嚴(yán)把原材料關(guān)，控制砼水化熱，提高砼抗裂能力

首先，拌制砼要選用級(jí)配優(yōu)良的砂、石原材料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求。配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比且摻加合適的減水劑。質(zhì)檢試驗(yàn)人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場(chǎng)，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工工藝及澆注后砼板質(zhì)量，合理選擇設(shè)計(jì)坍落度，塌落度變大，收縮值會(huì)增加。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的砂、石原材料質(zhì)量情況應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工配合比，盡量避免襯砌砼裂縫的產(chǎn)生。

其次，砼配合比設(shè)計(jì)和砼施工要保證混凝上設(shè)計(jì)所必需的極限拉伸值或抗拉強(qiáng)度、施工勻質(zhì)性指標(biāo)和強(qiáng)度保證率，有條件時(shí)宜優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)較低的砂石料。由于溫控防裂設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而實(shí)際施工中砼施工勻質(zhì)性有時(shí)較差，所以在施工過(guò)程中，除滿足前述設(shè)計(jì)要求的砼抗裂能力外，還應(yīng)改進(jìn)施工管理和施工工藝，改善砼性能，提高砼抗裂能力。

最后可通過(guò)采用發(fā)熱量低的中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，選擇較優(yōu)骨料級(jí)配和摻粉煤灰、外加劑，以減少水泥用量和延緩水化熱發(fā)散速率等措施來(lái)控制水化熱。有關(guān)計(jì)算表明，不同品種水泥單位發(fā)熱量相差4J/g，若單位水泥用量以200kg/m3計(jì)，則砼絕熱溫升相差約3～4℃；而每立方米砼少用10kg水泥，則可降低砼絕熱溫升1℃左右。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用發(fā)熱量較低的中熱或低熱水泥。

2.2 嚴(yán)抓渠道開(kāi)挖與填筑質(zhì)量，避免沉降裂縫的產(chǎn)生

引水渠道土方基礎(chǔ)的密實(shí)程度是決定渠道質(zhì)量的關(guān)鍵，也就是說(shuō)沉降縫是渠道質(zhì)量的“命門”，所以引水渠道施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于渠道土方開(kāi)挖及填筑質(zhì)量的好壞。

對(duì)于開(kāi)挖渠段，開(kāi)挖前應(yīng)進(jìn)行精確測(cè)量放樣，開(kāi)挖時(shí)采用挖掘機(jī)倒退法進(jìn)行分段開(kāi)挖，并預(yù)留20cm的保護(hù)層，避免擾動(dòng)渠道土基及超挖。人工開(kāi)挖保護(hù)層時(shí)，要按給定的高程和邊坡線進(jìn)行開(kāi)挖，且必須及時(shí)清理渣土，不能將多余的土長(zhǎng)時(shí)間堆放在工作面上。在渠底和邊坡修整時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)高程掛線施工，萬(wàn)一出現(xiàn)局部超挖現(xiàn)象，則利用修整的土料灑水夯實(shí)回填，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下道工序施工。

針對(duì)回填渠段，回填之前一定要清除樹(shù)根雜草、垃圾廢渣等，嚴(yán)格控制回填土塊粒徑及土料的含水量，回填土?xí)r嚴(yán)格按碾壓參數(shù)控制鋪料厚度、加水量、碾壓遍數(shù)進(jìn)行回填碾壓，碾壓時(shí)應(yīng)保持填筑面平整，以防雨水下滲和避免積水。雨后填筑面應(yīng)晾曬或加以處理，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可繼續(xù)施工。

2.3 降低砼澆筑溫度，加強(qiáng)砼表面保護(hù)

首先降低砼澆筑溫度應(yīng)從降低砼出機(jī)口溫度、減少運(yùn)輸途中和倉(cāng)面的溫度回升兩方面著手。降低砼出機(jī)口溫度可通過(guò)提高骨料堆料高度、防止骨料運(yùn)輸過(guò)程中溫度升高（所有運(yùn)輸設(shè)施均宜設(shè)置防陽(yáng)隔熱設(shè)施）以及預(yù)冷骨料（如水冷法、風(fēng)冷法）等措施進(jìn)行；給立罐、汽車等運(yùn)輸砼的容器側(cè)壁及頂部設(shè)防陽(yáng)隔熱設(shè)施可減少運(yùn)輸途中溫度回升；砼澆筑前給坡面灑適量的水、鋪設(shè)土工膜時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁刈兓群彤a(chǎn)品說(shuō)明書預(yù)留出溫度變化引起的伸縮量、避開(kāi)高溫時(shí)段澆筑、采用跳倉(cāng)法澆筑砼并加強(qiáng)砼的澆灌振搗、合理增加抹面次數(shù)等措施減少倉(cāng)面的溫度回升。

其次應(yīng)在澆筑完畢后的12h以內(nèi)對(duì)砼加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，砼所產(chǎn)生的裂縫，絕大多數(shù)都是表面裂縫，但其中有一部分會(huì)發(fā)展為深層或貫穿裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，危害極大。表面保護(hù)是防止表面裂縫的最有效措施，特別是砼澆筑初期內(nèi)部溫度較高時(shí)，尤其應(yīng)注意表面保護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

裂縫是砼襯砌渠道中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)會(huì)降低渠道的防滲能力，影響使用功能和壽命，對(duì)結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行產(chǎn)生潛在危害，因此在施工中要對(duì)砼裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，從裂縫產(chǎn)生原因入手，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行施，并在施工中采取多種有效的措施進(jìn)行預(yù)防，保證渠道安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

［1］水利水電工程施工手冊(cè)[Z].中國(guó)電力出版社.

［2］王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].

［3］鞠麗燕.砼裂縫抑制措施的研究進(jìn)展[J].