南水北調渠道襯砌混凝土裂縫及其防控

□李國彥（河南省水利第二工程局）

1.渠道襯砌設計的的概況

南水北調中線工程渠道一般多采用明渠設計，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 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，襯砌混凝土強度等級為C20，抗凍標號F150,抗滲標號W6；渠深9.0 m左右，渠道坡面長20～50m；正常水深7.0m，加大水深7.5m左右。渠道結構型式自下而上為：開挖基面、5～20 cm粗砂（或砂礫石）墊層、2～2.5cm厚的保溫板、防滲復合土工膜、8～10 cm厚混凝土面板，面板縱橫向皆設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致產生裂縫的因素有多種，主要是環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）、模板變形、基礎不均勻沉降等引起的。

2.1 基面變形引起的裂縫

由于開挖基面不平、回填材料不密實（尤其換填或回填的砂礫料局部不實）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。防控辦法為加強對基面的驗收（尤其對超欠挖面重點加強處理和控制），嚴格控制回填材料的質量和壓實度,嚴格控制保溫板的鋪設質量（尤其是平整度及防止翹起和懸空）；針對膨脹巖土類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，可延長沉降期（延長至6個月以上），待沉降趨穩后再襯砌混凝土來予以消除。

2.2 混凝土配合比設計或生產不當引起的裂縫

混凝土施工配合比不當，未經嚴格試配、混凝土原材料質量失控或者拌和時間不夠、運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度都很高，而襯砌混凝土多為F150、W6、C20，如只考慮混凝土強度而不考慮其和易性和塌落度等也易產生裂縫。處理措施是反復模擬試驗，優化施工配合比，使用優質高效的外加劑，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力和干縮變形。嚴格控制混凝土原材料質量，砂子應采用級配良好的中砂，細度模數2.4～2.8，含泥量小于3%；碎石采用連續級配，針片狀顆粒含量不大于10%，含泥量小于1.0%，存放場地鋪設混凝土地坪，保證骨料清潔。

另外，還必須嚴格控制混凝土生產過程和混凝土入倉及澆筑的質量。應定期對混凝土骨料含水率、細度模數、超遜徑進行檢測，根據檢測結果調整混凝土施工配合比，每4h檢測一次骨料含水率，雨后加密檢測，在保證水膠比不變的情況下，根據含水率變化對施工配合比進行動態調整，嚴格按照試驗室出具的施工配合比進行配料拌和，控制混凝土拌和時間；還應定期對稱量系統經常進行校核，定期檢定，確保原材料稱量精度；對拌和機葉片磨損情況應經常進行檢查，確保拌和機工作正常，避免夾帶生料；定期在出機口取樣檢測混凝土坍落度、泌水性、黏聚性、溫度、含氣量等指標，及時掌握混凝土拌和物質量，對混凝土拌和質量進行嚴格控制，對入倉的不合格混凝土材料必須及時清理。一般情況下，渠坡為1：2時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 人為因素產生的裂縫

人為因素很復雜，一般表現在施工人員未進行崗前培訓，質量意識差，粗心大意，振搗不到位，不合格的料未及時清除，澆筑振搗和抹面不及時；混凝土在終凝后未達到一定強度之前受到擾動（如承重受力、切縫等擾動），此類情況很容易引起裂縫的產生，出現的裂縫也最多。處理辦法是通過多加強崗前培訓，提高思想認識，規范施工操作行為，做好施工細節，在襯砌前先進行一段非正式模擬襯砌試驗，待人機配合熟練后再開始渠道襯砌混凝土施工。盡可能減少混凝土終凝后未達到一定強度之前受到的承重、切縫等擾動，例如：可以采取跳倉澆筑來保證新澆混凝土不受相鄰倉位切縫的影響而產生裂縫。

2.4 施工中環境溫度引起的裂縫

當白天氣溫高于25℃時，由于混凝土面板太薄表面失水過快，混凝土易干縮，抹面時機不好掌握，易產生裂縫。一般可利用夜晚進行襯砌混凝土澆筑，采取加冰水拌和混凝土，從骨料內部取料等方式降低混凝土出機口溫度；或采取遮陽措施，縮短運輸時間等措施降低混凝土入倉溫度，避免混凝土溫度過高出現假凝現象?；炷翝仓瓿珊?，及時覆蓋養護，采用表面覆蓋養護棉氈，灑水保濕養護，養護期間保證混凝土表面濕潤。

當氣溫低于0℃時襯砌面板也易凍裂，所以做好冬季保溫工作也很關鍵。當氣溫低于0℃時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28℃出現假凝現象?；炷寥雮}前避免在空氣中長時間暴露，以免混凝土入倉溫度下降。在混凝土澆筑完成后，要及時覆蓋保溫養護，采取密閉材料封閉面板，并其內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，當襯砌混凝土施工當天風力超過3級時，很容易引起混凝土面板表面失水過快，來不及收面已產生裂縫?？刹扇〉拇胧┦?，計劃澆筑混凝土前，注意觀察天氣預報和氣象規律，盡量避開大風天氣來進行襯砌混凝土澆筑；如果在澆筑過程中剛好出現了大風天氣，要提前增加抹面人員及時抹面，抹面完成后及時噴灑養護劑（或養護膜），并注意及時采用不透風的塑料膜（布）予以覆蓋，一般覆蓋到5MPa以上（如切縫的時間）即可。

2.6 基礎進水凍脹引起的裂縫

北方冬季氣溫較低，往往因為保暖覆蓋不到位，再加上襯砌面板下面進水凍脹也容易產生裂縫。冬季平均氣溫多低于0℃，施工中混凝土面板切縫用水和養護用水很容易在坡腳匯集，且局部的坡肩保護不當或者排水系與土工膜之間粘接不緊密，也易使面板下進水，由于冬季水分蒸發緩慢，積水難以消除，當寒潮來襲時，飽和水很容易產生冰凍，很容易使面板或齒墻產生裂縫。因此，冬季盡可能減少用水量，渠肩加強防護，渠底明水也要及時排除。當不能及時進行渠底襯砌時，要用干土或草袋覆蓋保暖，以防凍融破壞。

2.7 混凝土結構缺陷引起的裂縫

由于在渠腳處渠坡與齒墻剛性連接，且無鋼筋連接，當齒墻基礎沉降，或者切縫水和養護用水長時間浸泡齒墻使其地基變軟，齒墻也會下沉，進而在齒墻上部坡面距離坡腳30～50cm處產生水平裂縫。此類結構缺陷引起的裂縫通常采用設計方式將剛性連接變為柔性連接，或者在易裂縫處設計并切割一條誘導縫，將無組織的裂縫變成一條規則的沉降縫，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裂縫的因素很多，施工中一定要遵循自然規律，科學合理地安排施工，并對出現的混凝土裂縫問題認真分析總結，及時采取有效的預防措施，方能有效地減少襯砌混凝土裂縫的產生，確保襯砌施工質量，順利通過竣工驗收。同時，作為現場施工管理人員要嚴把襯砌中的每一道工序的質量關，從混凝土配合比設計優化、原材料質量控制、拌和站投料拌和、運輸、現場入倉振搗到后期混凝土切縫和養護等等，皆應做到人盡其責，層層把關，嚴格落實三檢制。實踐證明，只要施工中高度重視，嚴把襯砌施工各道工序關，注重施工細節，渠道襯砌混凝土裂縫是可以有效預防的。