小議渠道襯砌工程裂縫產生原因與分析

閆顯鵬

摘 要：南水北調中線引江濟漢工程渠道機械襯砌已經進入運行期兩年多了，目前運行狀況良好。渠道襯砌為大面積薄板混凝土結構，在硬化過程和硬化后都會因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產生不同程度的裂縫。而混凝土面板的結構型式、邊界條件等比其它混凝土結構存在有較大的差異，這種差異使面板裂縫受混凝土風縮、干縮、溫度變化及地基沉降的影響更大，容易產生裂縫，從施工過程上講，裂縫的產生與混凝土襯砌時的施工環境、削坡的質量、切縫時間的掌握及混凝土養護等幾個因素有關。

關鍵詞：南水北調；渠道襯砌；裂縫

一、工程概況

引江濟漢作為南水北調中線水源區工程之一，是從長江上荊江河段附近引水至漢江興隆河段、補濟漢江下游流量的一項大型輸水工程。工程的主要任務是向漢江興隆以下河段（含東荊河）補充因南水北調中線調水而減少的水量，同時改善該河段的生態、灌溉、供水和航運用水條件。引水干渠的引水口位于荊州市龍洲垸、出水口為潛江市高石碑，線路地跨荊州、荊門兩地級市所轄的荊州區和沙洋縣，以及省直管市潛江市和仙桃市，干渠全長67.23km。

工程區位于江漢平原的腹地，樁號為13+756～18+947，地形平坦開闊，地面高差起伏不大，渠道的兩側均為農田、魚塘及村莊，地面高程在32～34m之間。

渠道3標長度為5.191km，沿線共布置各類建筑物4座，3座排水倒虹吸，一座分水閘。引水干渠設計引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s。

引水干渠按1級建筑物設計，干渠上的跨渠倒虹吸等主要建筑物按1級建筑物設計，倒虹吸的進出口連接建筑物、消能防沖設施、廟湖分水閘后的輸水管、出口連接建筑物、消能防沖設施等次要建筑物按3級建筑物設計。回旋水域建筑等級類別為三類，但水工建筑物按1級設計，其它建筑物按3級設計。

二、渠道襯砌概述

工程區位于江漢平原的腹地，樁號為13+756～18+947，地面高程在32～34m之間。渠道3標長度為5.191km，沿線共布置各類建筑物4座，3座排水倒虹吸，1座分水閘。引水干渠設計引水流量350m3/s，最大引水流量500m3/s，渠道糙率取0.016。

渠道采用明渠輸水方案，梯形過水斷面，渠底高程26.2m，設計底寬為60～150m，渠道內過水斷面邊坡坡度為1：2～1：3，外坡為1：3，渠道經變更后無縱坡，渠道過水斷面采用全斷面混凝土襯砌。

過水斷面的邊坡和渠底采用現澆混凝土全斷面襯砌，變更后現澆混凝土襯砌邊坡厚15cm、渠底厚8cm，混凝土等級為C20。襯砌縱、橫縫間距均取4m，渠坡縱伸縮縫全部為半縫，橫伸縮縫每隔12米設置一通縫，其余為半縫，渠底兩坡腳縱縫及中間部位縱縫為通縫，渠底其余縱縫為半縫。渠道襯砌分縫均采用矩形縫，縫寬2cm，半縫為切縫；通縫縫深貫通襯砌板厚下部采用閉孔塑料上部采用瀝青灌縫。

三、渠道工程襯砌裂縫產生的原因

現澆混凝土襯砌渠道裂縫具有混凝土工程裂縫的共性。經過在工作中的觀察和查閱資料，得出造成裂縫產生的根本原因在于：混凝土由于受自身及外部介質環境的影響，在溫度、濕度變化和周邊、基礎約束的作用下，會產生很大的約束應力，容易產生裂縫；在現澆混凝土渠道襯砌中，混凝土屬于薄壁輕型鋼性結構，具有較高的抗壓強度，但抗拉強度較低，適應拉伸變形和不均勻變形的能力較差。在工程地質不穩定地區，基礎滑移、沉陷，在填方地區和渠基換填地區，由于回填土預沉降時間不夠等也是導致渠道混凝土板裂縫的重要原因。渠道施工季節跨越了春、夏、秋、冬四季，結合渠道工程施工，容易產生以下幾種形式的裂縫。

（一）塑性收縮裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結前，因表面失水較快導致混凝土收縮產生的裂縫。此類裂縫常出現在混凝土表面，形狀規則長短不一，互不連貫，裂縫較淺，一般在混凝土澆筑后（2-3）h左右出現。特別是當外界氣溫高，風速大，氣候干燥時容易出現。由于我部邊坡采用襯砌機施工，在施工過程中部分漿液流失，導致混凝土中水泥漿過少，也是產生塑性裂縫的一個原因。

（二）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是混凝土澆筑完畢后的半月左右。此類裂縫表現為表面性，縱橫交錯、無規律、分布不均，表面為多沿短邊方向分布。主要原因是混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受天氣條件的影響，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。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成份、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。混凝土的“三大一小”，即水泥用量大、水用量大、砂率大、石子用量小，和“三高一低”，即高水化熱、高氣溫、高風速、相對濕度低等特點，混凝土容易產生干縮裂縫，已成為一項質量通病，尤其是板類或較薄的平面混凝土結構。

（三）沉陷裂縫

沉陷裂縫常見于渠基換填處，填方渠道和工程地質不穩定地區，呈較大的貫穿性沉陷裂縫，往往上下或左右有一定的錯距。本工程砂石墊層無碾壓要求，由于砂石墊層密實度不均勻，局部有松軟土基的部位，夯實不夠，渠道填方預沉降不夠也是產生沉降裂縫的原因。

四、渠道襯砌混凝土裂縫的預防

主要預防措施：

（1）在現場準備充足的塑料薄膜，對收光完成的混凝土及時覆蓋，減少混凝土表面水分的蒸發，安排專人加強對已澆筑混凝土的養護工作，保證養護時間不少于28天；

（2）避開高溫時段施工，以減少高溫天氣對襯砌施工的影響；

（3）對襯砌機進行加工，盡量減少水泥漿液的流失；

（4）在澆筑前對砂石墊層進行噴水，以免砂石墊層吸取混凝土中的水分；

（5）采用干縮較小的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；

（6）嚴格控制水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，減少水泥及水的用量；

（7）底板混凝土施工時，混凝土由振動梁振搗后，采用滾筒對混凝土進行提漿處理，在混凝土初凝前后采用人工配合抹光機進行兩次收光；

（8）及時對混凝土進行切縫、打排水孔；

（9）采用小型振動碾對砂石墊層進行碾壓，并保證砂石墊層的平整度；

（10）松軟土基進行換填，夯實后方可進行混凝土澆筑。

五、渠道襯砌混凝土裂縫處理

（一）表面涂抹處理

對于縫寬δ≤0.2mm裂縫涂抹水泥基滲透結晶型防水材料進行表面處理；對于縫寬0.2mm<δ<0.4mm的裂縫涂抹水泥基柔性防水材料進行表面處理。

水泥基滲透結晶防水材料是一種剛性防水材料，與水作用后，材料中含有的活性化學物質通過載體向混凝土內部滲透，在混凝土中形成不溶于水的結晶體，填塞毛細孔道，從而使混凝土致密防水。水泥基柔性防水材料含聚合物液，具有良好的延伸性能，能抵抗建筑物的沉降、熱脹、冷縮等造成的位移變化；通過自然蒸發和水化反應干燥成為粘結性良好、柔韌、致密的防水涂膜，達到防水的目的。

施工方法：先對防水基面即裂縫處進行預處理，配置料漿在裂縫表面直接涂刷，涂刷范圍為裂縫兩側各10cm，涂刷1遍，厚度約1mm，并進行養護。

（二）鑿槽嵌縫處理

對于縫寬δ≥0.4 mm的裂縫進行鑿槽嵌縫處理，嵌縫材料為水泥基柔性防水材料或聚硫密封膠。施工方法使用開鑿工具，沿裂縫方向鑿成1 個寬25mm、深38mm的“U”槽溝，應滿足槽深為槽寬的1.5倍，不能將槽溝鑿成“V”型；將拌制好的防水砂漿填入槽內壓實，在初凝具有一定強度后應立即進行找平處理，或填充聚硫密封膠處理。

（三）拆除重新澆筑混凝土

對于單塊混凝土板抬動達1cm，且有多處裂縫的應考慮拆除，拆除后對基礎的凍脹層清除，更換與原介質相同的材料，壓實達到設計標準后重新澆筑混凝土。

六、結束語

裂縫是混凝土結構物中普遍存在的問題，尤其在渠道混凝土襯砌中，它不僅會降低渠道襯砌的抗滲、抗凍能力，影響渠道襯砌的使用功能，而且會降低混凝土的耐久性，所以在施工過程中必須結合實際，采用合理的方法對裂縫進行處理，并對裂縫產生裂縫的原因進行分析，采取有效的措施預防裂縫的出現和發展，以確保工程的應用效果和耐久性。