淺談引水渠道襯砌砼板裂縫成因及防控

許競仁

(中國水電建設集團 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較高、工程量較小、基本無水庫淹沒損失、單位造價較低，特別是在河流比降較大、流量相對較小的山區或丘陵地區的河流上，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電功率等特點，越來越受到重視。引水渠道襯砌砼由于內外因素的作用不可避免地存在裂縫，而裂縫是砼結構物承載能力、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和難點。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，其具體內容如下所示。

1 渠道襯砌砼板裂縫的種類及產生原因

某工程的引水渠道總長12km，設計流量56m3/s，渠底寬2m、縱坡1/3000、過水邊坡 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。該渠道采用現澆砼板+土工膜襯砌防滲，其襯砌防滲結構由上至下依次為：12cm現澆砼板、一布一膜、3cm厚M10砂漿墊層。現澆砼板沿水流方向每隔3m設2cm寬伸縮縫，引水渠砼板每隔99.3m設置一道寬0.3m、深0.3m的現澆砼橫隔墻。結合該工程的施工經驗，渠道襯砌砼裂縫的種類及產生原因主要有以下幾點：

1.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮是指砼在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮，因此塑性收縮裂縫多在新澆筑的砼板上表面出現。其產生的主要原因為：砼在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者砼剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，砼表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使砼體積急劇收縮，而此時砼的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響砼塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、砼的凝結時間，環境溫度、風速、相對濕度等等。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態，較短裂縫一般長20～30cm，較長裂縫可達2～3m，寬1～5mm。

1.2 沉降收縮裂縫

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

1.3 溫度裂縫

在渠道襯砌砼施工過程中，當溫差變化較大或當砼結構受到寒潮襲擊，成型后未及時覆蓋等都有可能導致砼表面溫度急劇下降而產生收縮，而砼內部濕度變化小，收縮也小，因而表面收縮變形受到內部砼的約束，出現拉應力，當拉應力超過砼的抗拉強度極限時，砼表面就會產生裂縫。這種裂縫通常只在砼表面較淺的范圍內產生，且多發生在砼施工中后期。

溫度裂縫多平行于短邊，裂縫沿著長邊分段出現，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。此裂縫會引起砼的碳化，降低砼的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

2 渠道襯砌砼裂縫防控

根據襯砌砼裂縫形成原因，結合實際施工經驗，我們主要從以下幾方面進行裂縫防控。

2.1 嚴把原材料關，控制砼水化熱，提高砼抗裂能力

首先，拌制砼要選用級配優良的砂、石原材料，含泥量應符合規范要求。配合比設計中應盡量控制好水灰比且摻加合適的減水劑。質檢試驗人員應深入施工現場，依據施工現場的施工工藝及澆注后砼板質量，合理選擇設計坍落度，塌落度變大，收縮值會增加。針對現場的砂、石原材料質量情況應及時調整施工配合比，盡量避免襯砌砼裂縫的產生。

其次，砼配合比設計和砼施工要保證混凝上設計所必需的極限拉伸值或抗拉強度、施工勻質性指標和強度保證率，有條件時宜優先選用熱膨脹系數較低的砂石料。由于溫控防裂設計的安全儲備遠小于結構設計，而實際施工中砼施工勻質性有時較差，所以在施工過程中，除滿足前述設計要求的砼抗裂能力外，還應改進施工管理和施工工藝，改善砼性能，提高砼抗裂能力。

最后可通過采用發熱量低的中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，選擇較優骨料級配和摻粉煤灰、外加劑，以減少水泥用量和延緩水化熱發散速率等措施來控制水化熱。有關計算表明，不同品種水泥單位發熱量相差4J/g，若單位水泥用量以200kg/m3計，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。因此設計時應優先選用發熱量較低的中熱或低熱水泥。

2.2 嚴抓渠道開挖與填筑質量，避免沉降裂縫的產生

引水渠道土方基礎的密實程度是決定渠道質量的關鍵，也就是說沉降縫是渠道質量的“命門”，所以引水渠道施工質量的關鍵在于渠道土方開挖及填筑質量的好壞。

對于開挖渠段，開挖前應進行精確測量放樣，開挖時采用挖掘機倒退法進行分段開挖，并預留20cm的保護層，避免擾動渠道土基及超挖。人工開挖保護層時，要按給定的高程和邊坡線進行開挖，且必須及時清理渣土，不能將多余的土長時間堆放在工作面上。在渠底和邊坡修整時，根據設計高程掛線施工，萬一出現局部超挖現象，則利用修整的土料灑水夯實回填，經檢驗合格后方可進行下道工序施工。

針對回填渠段，回填之前一定要清除樹根雜草、垃圾廢渣等，嚴格控制回填土塊粒徑及土料的含水量，回填土時嚴格按碾壓參數控制鋪料厚度、加水量、碾壓遍數進行回填碾壓，碾壓時應保持填筑面平整，以防雨水下滲和避免積水。雨后填筑面應晾曬或加以處理，并經檢驗合格后方可繼續施工。

2.3 降低砼澆筑溫度，加強砼表面保護

首先降低砼澆筑溫度應從降低砼出機口溫度、減少運輸途中和倉面的溫度回升兩方面著手。降低砼出機口溫度可通過提高骨料堆料高度、防止骨料運輸過程中溫度升高（所有運輸設施均宜設置防陽隔熱設施）以及預冷骨料（如水冷法、風冷法）等措施進行；給立罐、汽車等運輸砼的容器側壁及頂部設防陽隔熱設施可減少運輸途中溫度回升；砼澆筑前給坡面灑適量的水、鋪設土工膜時根據當地氣溫變化幅度和產品說明書預留出溫度變化引起的伸縮量、避開高溫時段澆筑、采用跳倉法澆筑砼并加強砼的澆灌振搗、合理增加抹面次數等措施減少倉面的溫度回升。

其次應在澆筑完畢后的12h以內對砼加以覆蓋并保濕養護。實踐經驗表明，砼所產生的裂縫，絕大多數都是表面裂縫，但其中有一部分會發展為深層或貫穿裂縫，影響結構的整體性和耐久性，危害極大。表面保護是防止表面裂縫的最有效措施，特別是砼澆筑初期內部溫度較高時，尤其應注意表面保護。

3 結束語

裂縫是砼襯砌渠道中普遍存在的一種現象，它的出現會降低渠道的防滲能力，影響使用功能和壽命，對結構安全運行產生潛在危害，因此在施工中要對砼裂縫進行認真研究、區別對待，從裂縫產生原因入手，嚴格按照規范進行施，并在施工中采取多種有效的措施進行預防，保證渠道安全、穩定地運行。

［1］水利水電工程施工手冊[Z].中國電力出版社.

［2］王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].

［3］鞠麗燕.砼裂縫抑制措施的研究進展[J].