渠道薄板襯砌混凝土防裂技術

劉 哲

（中國電建集團第十五工程局有限公司第二分公司 陜西 西安 710065）

臺蘭河一、二級水電站工程位于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區溫宿縣境內，電站為引水式徑流電站，引水渠道全長為12.42km。

工程區位于中緯度地帶，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，多年平均蒸發量2912mm；多年平均風速為1.25m/s，最大風速為29m/s，相應風向為WNW，主導風向為西風。多年平均年日照時數2687小時，年均雷暴日數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澆襯砌，襯砌厚度10cm～12cm。襯砌防滲結構由上至下依次為：現澆混凝土板、一布一膜（200g/m2+0.5mm）、30mm厚M10砂漿墊層。施工區晝夜溫差較大且氣候相對十分干燥；渠道混凝土襯砌厚度較薄，并且為素混凝土，故混凝土板容易產生裂縫。

對于引水渠道工程來講，防滲漏問題是重中之重，混凝土裂縫現象應當杜絕。為此，筆者對渠道襯砌混凝土裂縫原因進行了一系列調查分析，并提出防止裂縫的應對措施。

1 渠道襯砌混凝土裂縫產生原因分析

混凝土產生裂縫的原因有多種，但根本原因是混凝土中的拉應力超過了混凝土的抗拉強度。具體可歸結為溫度和濕度變化、外荷載產生的變形過大和施工方法不當這三種原因。具體類型有：

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或混凝土澆筑完畢后的一周左右。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內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部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產生。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗滲性，從而影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會產生水力劈裂影響混凝土的承載力等等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑用量等有關。

1.2 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊時，會導致混凝士表面溫度急劇下降而產生收縮。表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫多發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產生。此種裂縫的出現，會引起混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力。

2 渠道襯砌混凝土防裂措施

通過上述對混凝土裂縫原因的分析，我們可以總結出：調整優化混凝土配合比、加強渠基及坡面砂礫料壓實處理、合理優化混凝土板養護措施將是有效的混凝土防裂措施，現就這三個方面的具體措施進行闡述。

2.1 混凝土配合比設計

渠道襯砌混凝土屬于薄板結構，在北方少雨多風的氣候條件下，混凝土表面水分損失過快，變形較大，往往容易產生干縮裂縫。

根據經驗，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計中應盡量控制好水灰比的選用，同時摻加合適的減水劑。

臺蘭河一、二級水電站工程引水渠道襯砌混凝土為二級配，標號為C20、F200、W6。在配合比設計過程中采用 0.4、0.45、0.5、0.55等幾組水灰比進行試配，根據試驗結果選定水灰比為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。混凝土現場坍落度控制在40mm～80mm，較低的坍落度可以減少混凝土的干縮，但坍落度過低時混凝土工作性能差，運輸和振搗困難，經現場實際操作，發現混凝土坍落度為50mm左右時，工作性能即可滿足要求。

合理的骨料級配會使空隙率和總表面積減小，這樣拌制的混凝土水泥用量少，可以減少發熱量及混凝土的收縮，并且密實度也較好。試驗室通過振動密度測試，設計配合比所采用的小石和中石比例為40∶60時能達到最大振實密度，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、硬化混凝土質量及單方水泥用量，因此在進行配合比設計時必須合理的選擇砂率。在新疆臺蘭河一、二級水電站工程渠道混凝土配合比設計過程中，通過不同砂率混凝土試配試驗，我們確定水灰比為0.45時，最佳砂率為31%，每方混凝土用砂631kg。

2.2 地基壓實處理措施

渠道邊坡砂礫層壓實不足，發生沉陷，也是襯砌混凝土產生裂縫的主要原因之一。新疆臺蘭河一、二級水電站工程引水渠道混凝土襯砌內坡邊坡坡度為1∶1.75，坡長10m～13m左右。由于目前國內缺乏適用于渠道坡面碾壓的重型設備，所以對渠道邊坡基礎基本上都采用小型夯機夯實。由于填方坡面上砂礫料不易壓實，在施工工藝控制不嚴的情況下，往往容易出現邊坡壓實不足，容易產生沉陷，進而影響混凝土板受力而導致襯砌混凝土板開裂的現象，因此加強對邊坡砂礫料壓實質量的控制尤為重要。

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

坡面砂礫料一般采用液壓反鏟進行粗削坡或用液壓反鏟初步整平，然后人工進行精修坡。人工修坡時，分別在坡腳、坡肩及坡面布設控制樁，順渠道方向每5m布置一排，樁與樁之間線繩連結，把渠坡分成若干小塊，線繩之間掛滑動線繩，人工移動，控制削坡厚度，并嚴格控制坡面平整度。坡面修整完成后，采用小型夯機對坡面進行壓實，臺蘭河電站引水渠道施工中采用了HZD200型平板振動夯對砂礫層進行壓實，該型夯機激振力30kN，影響深度30cm。坡面碾壓時1人在坡面上手扶操作夯機，2人在渠頂用麻繩牽引控制夯機上下左右行走。壓實時夯跡搭壓寬度應不小于1/3板寬。根據現場經驗，一般碾壓2遍～3遍后壓實度即可滿足設計要求。壓實后的坡面采用2.2kW普通平板振搗器復壓一遍，消除夯機行走輪跡，對坡面進一步壓實整平。復合土工膜鋪設前再根據設計要求在壓實整平的坡面進行30mm的M10砂漿墊層施工，徹底找平渠道坡面，為混凝土施工創造了良好施工條件。

2.3 合理的養護方法

北方氣候干燥，混凝土養護應注重保濕，防止混凝土表面水份損失太快而產生干縮裂縫。春秋兩季晝夜溫差較大，時有寒流，混凝土養護還應注重保溫，防止混凝土因表面溫度急劇下降，內外溫差過大而產生溫度裂縫。

渠道襯砌混凝土澆筑后及時修整，并人工進行一次壓面，待混凝土初凝前，采用DMG80型圓盤抹光機粗抹一遍，再用DMG62型圓盤抹光機精抹一遍，最后人工進行壓光出面。氣溫較低時，混凝土初凝時間較長，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，開始養護。春秋季施工時，塑料薄膜上應加蓋1層～2層，并采用草簾保溫。夏季施工時，只覆蓋塑料薄膜即可，但根據現場情況定時采用噴霧器對混凝土表面灑水一次，以時刻保證混凝土表面的濕潤。

襯砌混凝土養護時間長短根據氣候情況而定，一般春秋季保溫養護10天左右，夏季覆蓋保濕養護7天左右，然后進行正常灑水養護，養護時間總長28天。

渠道襯砌混凝土施工面積較大，澆筑過程中混凝土防凍問題難以解決，在新疆地區不宜進行冬季施工。冬季來臨前澆筑的面板養護時應增加覆蓋草簾的層數，一般采用2層～3層草簾。

3 結語

新疆臺蘭河一、二級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收到通水運行，至今歷經兩年多時間，未出現襯砌混凝土裂縫，獲得了業主、監理的一致好評，取得了良好的經濟及社會效益。陜西水利

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