大型渡槽施工裂縫控制研究

□郎學(xué)全（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

0 引言

渡槽是一種體積龐大而獨(dú)特的混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，在大型渡槽的施工過(guò)程中會(huì)受到各種各樣因素的影響，有主觀原因，也有客觀原因，這些因素或多或少對(duì)渡槽的施工質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響，使其產(chǎn)生裂縫，造成渡槽在輸水過(guò)程中出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響大型渡槽的正常使用功能和經(jīng)濟(jì)效益。因此有必要對(duì)大型渡槽施工過(guò)程中的裂縫形成機(jī)理進(jìn)行深入和全面分析，根據(jù)實(shí)際施工情況和以往的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和歸納出一些合理有效的防裂措施。大型渡槽在不同的施工條件下進(jìn)行施工，應(yīng)該采取相應(yīng)的裂縫控制措施。

1 渡槽及渡槽施工裂縫概述

1.1 渡槽概述

渡槽是一種體積龐大而獨(dú)特的混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，在我國(guó)，渡槽主要用于灌溉輸水、城鎮(zhèn)生活用水、跨流域調(diào)水以及排沙、排洪等，一些大型渡槽還能用于通航領(lǐng)域。渡槽在我國(guó)的輸水工程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。一般而言，渡槽的基本構(gòu)成包括支撐結(jié)構(gòu)、進(jìn)出口建筑物、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及槽身結(jié)構(gòu)等。渡槽按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以有不同的分類(lèi)。如按照施工方法的不同渡槽可以分為預(yù)制裝配式渡槽、預(yù)應(yīng)力渡槽以及現(xiàn)澆整體式渡槽等；按照施工材料的不同，渡槽可以分為混凝土渡槽、木渡槽、磚石渡槽以及鋼筋混凝土渡槽等；按照槽身斷面型式的不同渡槽可以分為矩形渡槽、圓管形渡槽、橢圓形渡槽、U型渡槽以及梯形渡槽等；按照支撐結(jié)構(gòu)的不同渡槽可以分為梁式渡槽、組合式渡槽、拱式渡槽以及桁架式渡槽等。

隨著科技經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高以及輸水工程的發(fā)展，大型渡槽的輸水能力同過(guò)去相比得到了巨大的提升，各種新型結(jié)構(gòu)的渡槽層出不窮，渡槽施工技術(shù)及工藝程序不斷完善和改進(jìn)，渡槽的跨度也越來(lái)越大。

1.2 渡槽裂縫概述及分類(lèi)

裂縫產(chǎn)生于固體材料之中，表現(xiàn)為材料出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象，屬于結(jié)構(gòu)材料的學(xué)術(shù)理論范疇。裂縫包括肉眼可見(jiàn)的宏觀裂縫以及肉眼不可見(jiàn)的微觀裂縫。其中，在水工混凝土結(jié)構(gòu)中，常常關(guān)注大型渡槽槽身施工的宏觀裂縫。在水工混凝土施工過(guò)程中，產(chǎn)生渡槽槽身裂縫的原因多種多樣，一般而言，主要是由于混凝土在施工過(guò)程中的溫度變化導(dǎo)致的。由于混凝土的溫度上升或者下降，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生一定的變形，當(dāng)這種變形超出了容許的極限值后就會(huì)在混凝土的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生裂縫。根據(jù)水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的位置以及裂縫特征，可以將其分為網(wǎng)狀裂縫、劈頭裂縫、表面裂縫、基礎(chǔ)貫穿性裂縫以及深層裂縫等。

2 大型渡槽裂縫形成原因

2.1 混凝土自身影響

渡槽裂縫的產(chǎn)生常常與大型混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝和施工特點(diǎn)具有一定的關(guān)系，在施工過(guò)程中混凝土的收縮、徐變以及不均勻性等都會(huì)導(dǎo)致大型渡槽施工裂縫的產(chǎn)生。如混凝土抗拉強(qiáng)度和極限拉伸變形能力均比較小，這就使得混凝土在較小拉應(yīng)力作用下也易在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫；大體積混凝土的結(jié)構(gòu)斷面往往面積較大，這就使得混凝土在澆筑初期受水泥水化熱的作用導(dǎo)致較大的徐變變形，而在澆筑后期溫度下降之后，混凝土的徐變不斷減小，容易在混凝土結(jié)構(gòu)的局部位置產(chǎn)生集中拉應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫；大體積混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在外，常常受到各種惡劣氣候的不利影響，且常年受到空氣與水的作用，這些不利的作用和影響都會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫；為了節(jié)省開(kāi)支或者節(jié)省人力、財(cái)力的支出，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，常常采用較少的鋼筋甚至結(jié)構(gòu)中沒(méi)有配筋，而沒(méi)有鋼筋的混凝土其抗拉強(qiáng)度特別低，極易在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響

大型渡槽的渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理也會(huì)造成施工裂縫的產(chǎn)生。在對(duì)渡槽結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往對(duì)渡槽受到的荷載作用沒(méi)有進(jìn)行綜合全面的測(cè)試和檢驗(yàn)，使得渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際渡槽受力作用不相符合，容易在實(shí)際工作過(guò)程中產(chǎn)生裂縫。在大型渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常忽略一些重要的荷載作用，比如風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載、冰荷載等等，這就使得對(duì)大型渡槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有失全面性和科學(xué)性，導(dǎo)致渡槽在實(shí)際工作過(guò)程中容易在多種荷載作用下超過(guò)容許限值從而產(chǎn)生裂縫。另外，在大型渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于渡槽混凝土結(jié)構(gòu)的收縮和膨脹、結(jié)構(gòu)的不均勻沉降以及溫度引起的結(jié)構(gòu)變形等沒(méi)能進(jìn)行全面綜合的考慮，也會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

2.3 施工方面影響

在大型渡槽施工過(guò)程中產(chǎn)生裂縫的另外一個(gè)重要原因就是不當(dāng)?shù)氖┕み^(guò)程。在實(shí)際施工過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)各種施工不當(dāng)?shù)倪`規(guī)施工現(xiàn)象。施工人員往往對(duì)混凝土的配合比沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理，導(dǎo)致混凝土不能滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定，直接引發(fā)裂縫的產(chǎn)生。現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)混凝土的振搗方式不當(dāng)也是造成裂縫產(chǎn)生的一個(gè)重要原因，振搗不當(dāng)直接導(dǎo)致混凝土發(fā)生不均勻沉降的現(xiàn)象，從而在混凝土結(jié)構(gòu)的厚薄相交的部位產(chǎn)生裂縫。另外，在我國(guó)的大型渡槽施工過(guò)程中，施工人員往往沒(méi)有對(duì)混凝土的后期養(yǎng)護(hù)持續(xù)足夠的時(shí)間，這樣混凝土由于沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持一定的潮濕度，常產(chǎn)生干縮裂縫。

2.4 氣候環(huán)境影響

大型渡槽施工過(guò)程中的裂縫產(chǎn)生與外界的氣候環(huán)境變化也有很大的關(guān)系。一般而言，因?yàn)闇囟茸兓斐纱笮投刹劢Y(jié)構(gòu)荷載有驟然溫降荷載、日照溫度荷載以及年溫溫度荷載。這些溫度荷載都會(huì)不同程度地造成大型渡槽混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致一定程度的裂縫產(chǎn)生。

3 裂縫控制研究

3.1 混凝土配比及施工工藝

混凝土材料的性能特征直接決定著混凝土的收縮、徐變以及不均勻性等多項(xiàng)物理性能，在大型渡槽施工過(guò)程中，應(yīng)該重視混凝土的材料選擇，應(yīng)該考慮混凝土的主要成分——水泥的標(biāo)號(hào)和用量對(duì)混凝土性質(zhì)的綜合影響效果，骨料的粒徑、水的含量等也應(yīng)該綜合考慮。可以通過(guò)優(yōu)化水灰比，添加粉煤灰、礦渣等礦物質(zhì)改善混凝土的性能，減少裂縫產(chǎn)生。

如我國(guó)某地區(qū)一等工程大型渡槽，抗震烈度6級(jí)，主要建筑物為Ⅰ級(jí)，渡槽的跨度較大，全長(zhǎng)2.30 km，槽身縱向坡度為1/3900。渡槽加大流量為150m3/s，設(shè)計(jì)流量為125m3/s，渡槽的進(jìn)口與出口底板高程分別為62.243m和61.525m。為了有效減少渡槽施工裂縫，可以對(duì)槽身混凝土實(shí)行分倉(cāng)施工的方法，對(duì)渡槽槽身采用二級(jí)配混凝土，如下表1所示：

表1 我國(guó)某大型渡槽槽身混凝土配合比表

在對(duì)槽身進(jìn)行混凝土澆筑過(guò)程中，攪拌混凝土?xí)r間在90 s以上，保持混凝土溫度在28℃左右，混凝土坍落度不超過(guò)24 cm，對(duì)渡槽槽身進(jìn)行第一層澆筑的時(shí)間為19h左右，對(duì)其進(jìn)行第二層澆筑的時(shí)間為14 h左右。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

應(yīng)該在大型渡槽施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行深入和全面的抗裂設(shè)計(jì)，一方面應(yīng)該設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)斷面，避免集中應(yīng)力的產(chǎn)生，減少混凝土的薄弱部位，另一方面通過(guò)在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)合理布置鋼筋等增加渡槽結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度。

3.3 施工技術(shù)方面

在大型渡槽施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和一定的施工技術(shù)及工藝流程進(jìn)行施工，通過(guò)采取一定的技術(shù)手段，盡最大可能降低混凝土澆筑過(guò)程中的溫度，減少內(nèi)外溫差和基礎(chǔ)溫差，避免混凝土突然降溫，減緩降溫速度等，從而有效減少施工裂縫。

3.4 合理養(yǎng)護(hù)

在大型渡槽施工過(guò)程中，應(yīng)該重視大型渡槽施工后期的混凝土養(yǎng)護(hù)，防止養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)裂縫。4結(jié)語(yǔ)

在大型渡槽施工過(guò)程中，一方面要采取適當(dāng)有效的方法降低渡槽混凝土結(jié)構(gòu)上的拉應(yīng)力，另一方面要采取有效措施不斷提高渡槽混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而盡最大可能減少渡槽施工裂縫。