南水北调S23 标渠道衬砌混凝土裂缝的预防及处理方法

　　摘要：以南水北调工程S23 标渠道衬砌施工的实例，针对渠道衬砌混凝土结构，结合渠道混凝土施工的特点，进行了技术、工艺试验，总结出有关防止裂缝产生和裂缝处理的施工措施。

　　关键词：渠道 衬砌 裂缝 防治 处理

　　中图分类号TV543+.6 文献标志码B 文章编号1673-4637 （2010） 02-0036-02

　　1 工程概况

　　南水北调中线京石段应急供水工程S23标位于河北省保定市唐县境内，标段全长5 500 m，主要包括渠道衬砌5 500 m，2座左岸排水建筑物，1 座渠渠交叉建筑物和4 座跨渠公路桥。

　　本标段渠道为半挖半填渠道，设计水深4.5 m，设计纵坡1/25 000，流速（0.79～0.84）m/s，设计流量135 m3/s。渠道过水断面为梯形，衬砌要求采用大型衬砌机进行施工，每一设计单元（通缝）长12 m，设计底宽为23 m，内边坡坡比为1∶2，一级马道宽5 m，右侧马道铺设净宽4.0 m的沥青混凝土路面；左侧马道铺设净宽4.0 m的泥结碎石路面。渠道过水断面采用全断面现浇混凝土衬砌。混凝土设计指标C25F150W4，衬砌厚度渠底厚8 cm，渠坡厚10 cm。渠道横缝缝宽2 cm；渠道纵缝缝宽1 cm。分缝填料上部采用聚硫密封胶（明渠专用），下部选用聚乙烯泡沫板填充。土渠段混凝土衬砌板下铺设复合土工膜（二布一膜）加强防渗。

　　2 渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因

　　作为渠道混凝土衬砌施工的关键工程，首先应从渠道裂缝产生的原因进行分析。现浇混凝土衬砌渠道裂缝具有混凝土工程裂缝的共性，又有不同于大体积混凝土裂缝的突出表现。裂缝一经形成，就很难自身愈合。根据工作中观察，南北走向的渠道，阴阳两坡受日照、风情等影响因素基本相同，因此两坡的裂缝规律基本一致，造成裂缝产生的根本原因在于：混凝土由于受自身及外部介质环境的影响，在温度、湿度变化和周边、基础约束的作用下，会产生很大的约束应力，容易产生裂缝；在现浇混凝土渠道衬砌中，水泥混凝土属于薄壁轻型钢性结构，具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，适应拉伸变形和不均匀变形的能力较差。在工程地质不稳定地区，基土滑移、沉陷，在高填方地区和渠基换填地区，由于回填土预沉降时间不够等也是导致渠道混凝土板裂缝的重要原因。当地质滑动拉力超过混凝土抗拉强度时就会产生拉裂。本渠道的现浇混凝土结构，渠坡衬砌混凝土板厚10 cm，渠底混凝土板厚8 cm，下部主要有复合土工膜、聚苯乙烯保温板。工程地处华北平原，根据气象资料，当地春季风大，夏季高温，降雨量不大，深秋季节风大。渠道施工季节跨越了春、夏、秋季，结合渠道工程施工，容易产生以下几种形式的裂缝。

　　2.1 塑性收缩裂缝

　　塑性收缩是指混凝土在凝结前，表面因失水较快而产生的收缩。此类裂缝常出现在混凝土表面，形状规则长短不一，互不连贯，裂缝较浅，一般在混凝土浇筑后（2-3）h 左右出现。特别是当外界气温高，风速大，气候干燥时易出现，主要原因是混凝土浇筑后未能及时用塑料薄膜覆盖保湿，受风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，混凝土的强度不能抵抗这种应力而产生裂缝。渠道边坡浇筑衬砌混凝土，由于重力作用，混凝土下滑产生拉裂。

　　2.2 干缩裂缝

　　干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的半月左右。此类裂缝表现为表面性，纵横交错、无规律、分布不均，表面为多沿短边方向分布。主要原因是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受天气条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小，变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝，相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成份、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。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”，即高水化热、高气温、高风速、相对湿度低等特点，混凝土容易产生干缩裂缝，已成为一项质量通病，尤其是板类或较薄的平面混凝土结构。

　　2.3 沉陷裂缝

　　沉陷裂缝常见于渠基换填处，高填方渠道和工程地质不稳定地区，呈较大的贯穿性沉陷裂缝，往往上下或左右有一定的错距。其产生原因是混凝土下的地基或垫层压实不均匀，局部有松软土基，夯实不够，渠道填方预沉降不够。

　　3 渠道衬砌混凝土裂缝的预防

　　主要预防措施：一是选用干缩值较小的硅酸盐或普通硅酸盐水泥；二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量; 三是衬砌完成后要及时的进行割缝，以防止混凝土产生裂缝，同时现场要准备足够量的塑料薄膜、草帘子、大水桶等相关养护材料，衬砌浇筑一段就养护一段。四是对松软土填土地基在上部浇筑混凝土前进行必要的夯实和地基加固处理，对下部是保温板的，要注意连接牢固，不得产生局部下沉。

　　结合以上3 种易产生的渠道衬砌混凝土裂缝，从渠道土方填筑时就应该严格按照设计要求进行回填，防止出现沉陷裂缝。针对塑性收缩裂缝和干缩裂缝的产生机理，在大风和高温季节施工时必须做到以下3个协调，衬砌混凝土施工与渠坡混凝土抹面相协调，渠坡混凝土抹面与覆盖塑料薄膜相协调，渠道衬砌施工进度与渠坡养护进度相协调。

　　4 渠道衬砌混凝土裂缝处理

　　4.1 表面涂抹处理

　　对于缝宽δ≤0.2 mm裂缝涂抹水泥基渗透结晶型防水材料进行表面处理；对于缝宽0.2 mm＜δ＜0.4 mm的裂缝涂抹水泥基柔性防水材料进行表面处理。

　　水泥基渗透结晶防水材料是一种刚性防水材料，与水作用后，材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土致密防水。水泥基渗透结晶防水材料具有呼吸性、防水作用的永久性和自修复能力，是无毒、无公害的可安全用于接触饮用水的混凝土结构等工程，采用干撒、涂刷或喷涂等工艺操作，用于混凝土结构迎水面和背水面的防水处理。施工方法简单，先对防水基面即裂缝处进行预处理，配置料浆在裂缝表面直接涂刷，涂刷范围为裂缝两侧各10 cm，涂刷1 遍，厚度约1 mm，并进行养护。

　　水泥基柔性防水材料含聚合物液，具有良好的延伸性能，抵抗建筑物的沉降、热胀、冷缩等造成的位移变化；通过自然蒸发和水化反应干燥成为粘结性良好、柔韧、致密的防水涂膜，达到防水的目的。水泥基柔性防水材料由高分子聚合物、矿物粉体、水泥、石英砂为主要成份，并加入多种改性助剂配置而成。它具有较好的抗渗性能，还具有优良的弹性和较好的粘结和防裂性能。施工方法同上。

　　4.2 凿槽嵌缝处理

　　对于缝宽δ≥0.4 mm的裂缝进行凿槽嵌缝处理，嵌缝材料为水泥基柔性防水材料或聚硫密封胶。施工方法使用开凿工具，沿裂缝方向凿成1 个宽25 mm、深38 mm的“U”槽沟，应满足槽深为槽宽的1.5 倍，不能将槽沟凿成“V”型；将拌制好的防水砂浆填入槽内压实，在初凝具有一定强度后应立即进行找平处理，或填充聚硫密封胶处理。

　　4.3 拆除重新浇筑混凝土

　　对于单块混凝土板抬动达1 cm，且有多处裂缝的应考虑拆除，拆除后对基础的冻胀层清除，更换与原介质相同的材料，压实达到设计标准后重新浇筑混凝土。

　　5 结束语

　　裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会降低混凝土的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，结合实际，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

　　工程中通过对混凝土裂缝采取了针对性的预防措施，使后续渠道混凝土裂缝得到有效的控制。裂缝产生的因素是多方面的，只有把各种因素综合考虑加以控制，才能真正避免或减少混凝土裂缝的发生。

　　参考文献

　　[1] 赵国藩．钢筋混凝土结构的裂缝控制[M].海洋出版社，1991．

　　[2] 张声．混凝土裂缝的防治与处理技术[J]．山西建筑，2005，31（5）.

　　作者简介：齐春友（1968—），男，工程师。