渠道薄板襯砌混凝土防裂技術(shù)

劉 哲

（中國(guó)電建集團(tuán)第十五工程局有限公司第二分公司 陜西 西安 710065）

臺(tái)蘭河一、二級(jí)水電站工程位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)，電站為引水式徑流電站，引水渠道全長(zhǎng)為12.42km。

工程區(qū)位于中緯度地帶，屬于大陸性北溫帶干旱氣候，四季變化明顯，晝夜溫差較大。多年平均氣溫8.6℃，多年月平均氣溫最高21.9℃；多年平均降水量177.7mm，多年平均蒸發(fā)量2912mm；多年平均風(fēng)速為1.25m/s，最大風(fēng)速為29m/s，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)閃NW，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)。多年平均年日照時(shí)數(shù)2687小時(shí)，年均雷暴日數(shù)25.3天，歷年最大凍土深度約80cm。

引水渠道全線采用混凝土現(xiàn)澆襯砌，襯砌厚度10cm～12cm。襯砌防滲結(jié)構(gòu)由上至下依次為：現(xiàn)澆混凝土板、一布一膜（200g/m2+0.5mm）、30mm厚M10砂漿墊層。施工區(qū)晝夜溫差較大且氣候相對(duì)十分干燥；渠道混凝土襯砌厚度較薄，并且為素混凝土，故混凝土板容易產(chǎn)生裂縫。

對(duì)于引水渠道工程來(lái)講，防滲漏問(wèn)題是重中之重，混凝土裂縫現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)杜絕。為此，筆者對(duì)渠道襯砌混凝土裂縫原因進(jìn)行了一系列調(diào)查分析，并提出防止裂縫的應(yīng)對(duì)措施。

1 渠道襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有多種，但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度。具體可歸結(jié)為溫度和濕度變化、外荷載產(chǎn)生的變形過(guò)大和施工方法不當(dāng)這三種原因。具體類型有：

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或混凝土澆筑完畢后的一周左右。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對(duì)濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫通常會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性，從而影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生水力劈裂影響混凝土的承載力等等?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑用量等有關(guān)。

1.2 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)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。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝士表面溫度急劇下降而產(chǎn)生收縮。表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期，通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。此種裂縫的出現(xiàn)，會(huì)引起混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力。

2 渠道襯砌混凝土防裂措施

通過(guò)上述對(duì)混凝土裂縫原因的分析，我們可以總結(jié)出：調(diào)整優(yōu)化混凝土配合比、加強(qiáng)渠基及坡面砂礫料壓實(shí)處理、合理優(yōu)化混凝土板養(yǎng)護(hù)措施將是有效的混凝土防裂措施，現(xiàn)就這三個(gè)方面的具體措施進(jìn)行闡述。

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

渠道襯砌混凝土屬于薄板結(jié)構(gòu)，在北方少雨多風(fēng)的氣候條件下，混凝土表面水分損失過(guò)快，變形較大，往往容易產(chǎn)生干縮裂縫。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，混凝土的干縮受水灰比的影響較大，水灰比越大，干縮越大，因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時(shí)摻加合適的減水劑。

臺(tái)蘭河一、二級(jí)水電站工程引水渠道襯砌混凝土為二級(jí)配，標(biāo)號(hào)為C20、F200、W6。在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中采用 0.4、0.45、0.5、0.55等幾組水灰比進(jìn)行試配，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選定水灰比為0.45，每方混凝土用水 110kg、水泥171kg、粉煤灰 73kg、AXN-1高效減水劑 1.220kg、AXSF引氣劑0.0146kg?；炷连F(xiàn)場(chǎng)坍落度控制在40mm～80mm，較低的坍落度可以減少混凝土的干縮，但坍落度過(guò)低時(shí)混凝土工作性能差，運(yùn)輸和振搗困難，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度為50mm左右時(shí)，工作性能即可滿足要求。

合理的骨料級(jí)配會(huì)使空隙率和總表面積減小，這樣拌制的混凝土水泥用量少，可以減少發(fā)熱量及混凝土的收縮，并且密實(shí)度也較好。試驗(yàn)室通過(guò)振動(dòng)密度測(cè)試，設(shè)計(jì)配合比所采用的小石和中石比例為40∶60時(shí)能達(dá)到最大振實(shí)密度，每方混凝土用小石551kg，中石826kg。

混凝土含砂率的大小直接影響到混凝土拌和物和易性、硬化混凝土質(zhì)量及單方水泥用量，因此在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)必須合理的選擇砂率。在新疆臺(tái)蘭河一、二級(jí)水電站工程渠道混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)不同砂率混凝土試配試驗(yàn)，我們確定水灰比為0.45時(shí)，最佳砂率為31%，每方混凝土用砂631kg。

2.2 地基壓實(shí)處理措施

渠道邊坡砂礫層壓實(shí)不足，發(fā)生沉陷，也是襯砌混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一。新疆臺(tái)蘭河一、二級(jí)水電站工程引水渠道混凝土襯砌內(nèi)坡邊坡坡度為1∶1.75，坡長(zhǎng)10m～13m左右。由于目前國(guó)內(nèi)缺乏適用于渠道坡面碾壓的重型設(shè)備，所以對(duì)渠道邊坡基礎(chǔ)基本上都采用小型夯機(jī)夯實(shí)。由于填方坡面上砂礫料不易壓實(shí)，在施工工藝控制不嚴(yán)的情況下，往往容易出現(xiàn)邊坡壓實(shí)不足，容易產(chǎn)生沉陷，進(jìn)而影響混凝土板受力而導(dǎo)致襯砌混凝土板開裂的現(xiàn)象，因此加強(qiáng)對(duì)邊坡砂礫料壓實(shí)質(zhì)量的控制尤為重要。

渠堤填筑一般采用16t～20t自行式振動(dòng)碾沿渠道軸線方向行走碾壓，兩側(cè)邊緣部位難以壓實(shí)，為了保證襯砌面填筑成型后坡面土體密實(shí)，在渠堤土方填筑時(shí)靠襯砌面板一側(cè)超填不小于30cm，待填筑完成后采用人工配合反鏟挖掘機(jī)自上而下進(jìn)行削坡，削除超填部分。削坡后再采用小型夯具對(duì)整個(gè)坡面進(jìn)行夯實(shí)整平。采用灌砂法檢測(cè)坡面土體的壓實(shí)度，能夠達(dá)到98%，滿足設(shè)計(jì)要求。

坡面砂礫料一般采用液壓反鏟進(jìn)行粗削坡或用液壓反鏟初步整平，然后人工進(jìn)行精修坡。人工修坡時(shí)，分別在坡腳、坡肩及坡面布設(shè)控制樁，順渠道方向每5m布置一排，樁與樁之間線繩連結(jié)，把渠坡分成若干小塊，線繩之間掛滑動(dòng)線繩，人工移動(dòng)，控制削坡厚度，并嚴(yán)格控制坡面平整度。坡面修整完成后，采用小型夯機(jī)對(duì)坡面進(jìn)行壓實(shí)，臺(tái)蘭河電站引水渠道施工中采用了HZD200型平板振動(dòng)夯對(duì)砂礫層進(jìn)行壓實(shí)，該型夯機(jī)激振力30kN，影響深度30cm。坡面碾壓時(shí)1人在坡面上手扶操作夯機(jī)，2人在渠頂用麻繩牽引控制夯機(jī)上下左右行走。壓實(shí)時(shí)夯跡搭壓寬度應(yīng)不小于1/3板寬。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，一般碾壓2遍～3遍后壓實(shí)度即可滿足設(shè)計(jì)要求。壓實(shí)后的坡面采用2.2kW普通平板振搗器復(fù)壓一遍，消除夯機(jī)行走輪跡，對(duì)坡面進(jìn)一步壓實(shí)整平。復(fù)合土工膜鋪設(shè)前再根據(jù)設(shè)計(jì)要求在壓實(shí)整平的坡面進(jìn)行30mm的M10砂漿墊層施工，徹底找平渠道坡面，為混凝土施工創(chuàng)造了良好施工條件。

2.3 合理的養(yǎng)護(hù)方法

北方氣候干燥，混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)注重保濕，防止混凝土表面水份損失太快而產(chǎn)生干縮裂縫。春秋兩季晝夜溫差較大，時(shí)有寒流，混凝土養(yǎng)護(hù)還應(yīng)注重保溫，防止混凝土因表面溫度急劇下降，內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生溫度裂縫。

渠道襯砌混凝土澆筑后及時(shí)修整，并人工進(jìn)行一次壓面，待混凝土初凝前，采用DMG80型圓盤抹光機(jī)粗抹一遍，再用DMG62型圓盤抹光機(jī)精抹一遍，最后人工進(jìn)行壓光出面。氣溫較低時(shí)，混凝土初凝時(shí)間較長(zhǎng)，澆筑后隔夜再抹面的，必須采用草簾覆蓋，防止夜間氣溫突降造成混凝土受凍。襯砌混凝土板抹光出面后，用噴霧器在混凝土表面噴灑一層水霧，然后立即用塑料薄膜全面覆蓋，開始養(yǎng)護(hù)。春秋季施工時(shí)，塑料薄膜上應(yīng)加蓋1層～2層，并采用草簾保溫。夏季施工時(shí)，只覆蓋塑料薄膜即可，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定時(shí)采用噴霧器對(duì)混凝土表面灑水一次，以時(shí)刻保證混凝土表面的濕潤(rùn)。

襯砌混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)短根據(jù)氣候情況而定，一般春秋季保溫養(yǎng)護(hù)10天左右，夏季覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)7天左右，然后進(jìn)行正常灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間總長(zhǎng)28天。

渠道襯砌混凝土施工面積較大，澆筑過(guò)程中混凝土防凍問(wèn)題難以解決，在新疆地區(qū)不宜進(jìn)行冬季施工。冬季來(lái)臨前澆筑的面板養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)增加覆蓋草簾的層數(shù)，一般采用2層～3層草簾。

3 結(jié)語(yǔ)

新疆臺(tái)蘭河一、二級(jí)水電站工程在引水渠道混凝土襯砌施工中采取了上述一系列混凝土防裂措施，該工程引水渠道從完工驗(yàn)收到通水運(yùn)行，至今歷經(jīng)兩年多時(shí)間，未出現(xiàn)襯砌混凝土裂縫，獲得了業(yè)主、監(jiān)理的一致好評(píng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。陜西水利

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