渠道襯砌混凝土防裂施工技術

田小路

(中鐵十六局集團第四工程有限公司 北京 100000)

1 工程概況

南水北調中線工程是一項跨流域、跨省市的特大型水利工程，南起湖北省丹江口水庫、北至北京市團城湖，輸水總干渠全長1275km。溫博段第一施工標段位于河南省焦作市溫縣境內全長9160m，襯砌工程量為51728m3。渠道過水斷面為梯形，內邊坡坡比為1∶2，設計縱坡1/29000，設計底寬為21m。渠道過水斷面采用全斷面現澆混凝土襯砌，混凝土設計指標C20F150W6，襯砌厚度渠底厚8cm，渠坡厚10cm。襯砌底部兩側坡腳設寬0.3～0.5m、高0.3～0.9m的齒墻，渠道頂部設0.3m寬的封頂板。襯砌要求采用大型襯砌機進行施工。

圖1 渠道襯砌結構

2 難點分析

2.1 襯砌混凝土工程特點

渠道襯砌為超長、超寬薄壁素混凝土結構，混凝土表面易失水開裂。

2.2 基層情況

渠道邊坡坡度較大，混凝土坍落度過大，振搗時混凝土料會塌落。坍落度過小，則無法振搗出漿。

2.3 混凝土澆筑時間

工程時間跨越夏、冬兩季，且長時間外露，季節溫濕差變化較大。

2.4 技術要求

建設單位要求襯砌混凝土面層避免出現肉眼可見裂縫。

通過事先調查分析大面積薄壁混凝土結構產生裂縫的多種因素，本著預防為主的原則，從結構設計方面、混凝土原料選擇、配合比設計、混凝土施工方法選擇、熱工計算、混凝土養護等方面進行考慮，制定了相應的解決方案、方法。

3 結構設計

設計中遵循“抗”與“放”相結合的原則，在渠道襯砌混凝土結構中設置了伸縮縫、沉降縫和誘導縫。伸縮縫適應徐變、收縮、溫度變化的膨脹需要。沉降縫適應地基沉降、墊層壓實不均勻的需要。誘導縫主要用來控制裂縫的位置。所有這些連接縫對于防止或限制混凝土開裂都有重要的作用。

3.1 伸縮縫與沉降縫

橫縫垂直于渠道中心線，縱縫平行于渠道中心線。渠坡、渠底橫縫間距均為4m;渠坡、渠底縱縫間距為3～4m，最大不超過4m。渠坡縱橫縫及渠底橫縫按伸縮縫與沉降縫間隔布置的原則設置。渠底縱縫均為通縫，伸縮縫為通縫，沉降縫為半縫。通縫切割深度為混凝土板厚的0.9倍，半縫深度為混凝土板厚的0.5～0.75倍，縫寬均為2cm。

3.2 誘導縫

襯砌底部兩側坡腳設寬0.3～0.5m、高0.3～0.9m的齒墻，平面形狀突變而引起應力集中，會在坡腳上產生裂縫。所以在坡腳以上45cm處設置誘導縫，誘導縫為半縫，寬1cm。人為劃定薄弱區，控制混凝土開裂的位置，從而防止在其他部位無序的開裂。

分縫填料上部采用雙組份聚硫密封膠，下部選用聚乙烯泡沫板填充。

4 混凝土原材料選取

為控制混凝土裂縫的產生，本工程妥善選擇混凝土的組成材料和配合比，以使混凝土除符合設計和施工外，還具有良好的抗裂性能。

混凝土材料選擇包括水泥、細骨料、粗骨料、摻和料、外加劑等。本工程水泥采用巖鑫P.O 42.5級水泥;細骨料采用焦作本地產細度模數小于3.0的中砂;粗骨料選用焦作本地產5～20mm連續級配碎石;摻和料采用洛陽I級F類粉煤灰;外加劑選用北京聚羧酸系高效減水劑;不摻加任何類型微膨脹劑。

5 混凝土配合比設計

5.1 設計原則

按照設計要求及季節施工和本工程的結構特點，通過多方案比較，在強度及抗滲要求允許的條件下，優選出低收縮、低水化熱、易于施工、經濟合理的混凝土配合比方案。

5.2 最終配合比

根據原材料設計參數，結合以往生產數據，通過計算和試配驗證，確定以下設計配合比(見下表)。

C20F150W6混凝土配合比

5.3 控制要點

5.3.1 堿含量控制

為了有效預防混凝土工程堿集料反應，本工程需要進行混凝土的堿集料分析及堿含量控制評估。據理論計算及實物檢測，堿含量滿足要求。混凝土中總堿含量不大于2.5kg/m3。

5.3.2 溫度控制

高溫季節施工可增加骨料堆高，通過在骨料場搭設防曬遮陽棚、骨料表面灑水降溫等措施降低混凝土原材料的溫度，并合理安排澆筑時間。為使混凝土入模溫度小于28℃，需采取加冰降溫措施，每立方米加冰量根據砂石含水率及材料實測溫度進行變化。混凝土出機溫度和加冰量的計算見公式(1)和公式(2)。

式中符號意義詳見參考文獻［2］。

5.3.3 坍落度控制

坍落度越大，對混凝土澆筑就越不利;根據理論，經計算及現場測試，確定澆筑坍落度控制在50～70mm。

6 施工控制

施工階段是防止混凝土結構產生裂縫的重要時期，在結構施工階段應盡可能采取有效的施工技術措施以控制混凝土結構裂縫的產生，這是很重要的關鍵性階段。

6.1 襯砌機改進

本工程利用山東省蒙陰縣市政建安處制造的PHB—23000襯砌機自動布料、攤鋪、振搗、碾實，再經人工操作磨盤進行混凝土表面磨光。根據目前的操作工藝，進行了邊坡混凝土襯砌試驗，發現該襯砌機在振搗工藝上存在不足，影響混凝土襯砌質量。齒槽和水平壓頂部位混凝土必須人工鋪料，齒槽以上1m范圍內的坡面混凝土澆筑坯為襯砌機振搗的盲區，齒槽振搗的同時，盲區內澆筑坯受其影響下沉，故混凝土振搗不充分、不泛漿，混凝土密實度、強度難以保證，也給下道壓光抹面工序增加了難度。針對PHB—23000襯砌機存在的不足，對襯砌機作了以下改進，經檢測，混凝土質量得到有效保證:在齒槽處增設2.0kW平板振搗器1個，以加強振搗。坡腳處分兩次布料、振搗。振搗順序由下往上。將盲區振搗完畢后，翻漿機再對混凝土面進行整平。對坡肩及坡腳的折線部分，以靠尺定型，以使折角整齊，外形美觀。

圖2 渠道襯砌機施工

6.2 混凝土拌和及運輸

按照相應規范控制原材料質量，特別對粗骨料超徑指標嚴格控制在規范允許范圍內，混凝土拌和物從卸料入襯砌機到初凝控制在2h左右。由于渠道邊坡坡度較大，混凝土坍落度宜控制在50～70mm，振搗時混凝土拌和物不下淌且易出漿。夏季與冬季施工時，可根據氣溫變化，經試驗適當增大和減小坍落度，以便施工。坍落度的變化對襯砌施工和混凝土質量影響較大，澆筑過程中應隨時觀察坍落度變化，及時進行檢測。

攪拌車運輸混凝土過程中，采取措施防止骨料離析，盡量縮短運輸時間及轉運次數，因故停歇過久，混凝土已初凝或已失去塑性，作廢料處理。

6.3 混凝土布料

布料前用噴霧器對復合土工膜噴水霧，保證混凝土與土工膜結合良好。布料應連續進行，勻速行進，以保證混凝土澆筑的連續性。螺旋平料時，料位的正常高度控制在螺旋布料葉片最高點以下，平料后料面應高于渠道混凝土設計頂面1～2cm，以保證振搗后混凝土厚度滿足設計要求。

6.4 混凝土振搗

振搗系統是布料機自身安裝的振動器。布料機行走前，開動振動電機使振動器在混凝土中振動30s，而后邊振邊走，使混凝土的密實度達到規定標準。當布料2～3m時，開動翻漿整平機，開始二次振搗、提漿、整平。振搗遍數以澆筑坯混凝土泛漿為準，一般為兩遍。由于襯砌機對上部水平壓頂、模板附近、渠底齒槽等部位缺少振搗，因此需人工用插入式振搗器進行振搗。

6.5 混凝土抹面、壓光

壓光收面是保證渠道混凝土襯砌光潔、不起砂、不裂縫的必要工序。抹面采用抹光機從下向上抹，共3遍，抹面時每幅搭接寬度為抹盤直徑的1/3。為消除機械抹面中的缺陷，人工采用鋼抹子抹面2～3遍，在混凝土初凝前完成壓光，人工操作平臺采用桁架焊接。必須使用混凝土原漿抹面，防止補漿抹面造成混凝土起皮，影響混凝土質量。另外由于磨盤磨損較快，應及時檢查磨盤的完好程度，保證抹面的平整度。

6.6 混凝土養護

一般在混凝土收面后約8～12h即開始養護，先在混凝土表面上均勻灑上一層水，再用土工膜覆蓋在上面，搭接部位應重疊10～20cm，用磚石或方木將彩料布壓好。設專人定時檢查補充水分，保持濕養14天后覆蓋養護至28天。當日平均氣溫低于0℃時，土工膜上必須加蓋草簾，加以保溫以防混凝土受凍。平均氣溫低于5℃時，不得灑水。

6.7 伸縮縫施工

當混凝土抗壓強度達到1～5MPa時進行切縫，此時混凝土強度不高，既便于切縫機操作，又可保證混凝土切縫面規則，根據回彈儀現場檢測結果，混凝土收面后1～2天開始切縫。

7 結語

裂縫產生的因素是多方面的，只有把各種因素綜合考慮加以控制，同時認真執行施工技術規范及規程，嚴格掌握材料標準及配合比，按照技術要求進行操作和養護，確保混凝土質量，確保混凝土的抗裂強度，才能真正避免或減少混凝土裂縫的發生。工程中通過對混凝土裂縫采取了針對性的預防措施，以及對渠道襯砌機的試驗與改進，總結形成了較為有效的施工工藝和可靠的施工參數，對后續的施工起到了指導作用。同時，通過對施工的質量控制，使渠道混凝土襯砌質量得到保證，為以后的渠道混凝土施工提供了經驗。

1 王鐵夢.工程結構裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

2 趙志縉，葉可明，吳君侯.高層建筑施工手冊［M］.上海:同濟大學出版社，1997.

3 南水北調中線干線工程建設管理局.南水北調中線干線工程渠道混凝土襯砌施工操作指南［S］.