渠道薄壁混凝土衬砌施工裂缝预防

　　混凝土裂缝是水工混凝土中常见的缺陷之一。近两年来,随着我国南水北调中线工程开工,现浇薄壁混凝土在渠道衬砌中已得到了广泛应用,这种结构能有效地防止渗漏、减少渠道糙率且方便维修。。但如果裂缝过多, 会降低混凝土的质量, 影响渠道使用寿命, 甚至渠道会遭到破坏, 达不到防渗的效果。为此我集团公司成立“渠道预防专题小组”, 探讨渠道混凝土衬砌裂缝问题及制定、实施一系列衬砌裂缝预防措施。下面结合近年来的实际工作经验分析渠道薄壁混凝土裂缝成因机制。

　　渠道现浇混凝土设计结构一般指8cm～20cm 混凝土结构, 下部主要有砂砾石垫层、聚苯乙烯板、复合土工膜( 两布一膜) 、沥青防渗膜、保温板、浆砌石结构( 一般为原有结构)等, 有些渠道还需要在原砌石或石质开挖边坡上预打锚杆和挂钢筋网片后再浇筑混凝土。南水北调中线主干渠I 期工程段主渠渠道衬砌设计为现浇混凝土板, 混凝土厚度: 渠底厚度8cm, 渠道边坡厚度10cm。断面结构层次为5cm 厚粗砂垫层、聚苯乙烯板、复合土工膜、现浇混凝土板( 从下至上) 。渠道薄壁混凝土裂缝就形式而言主要有横向裂缝、纵向裂缝、水平裂缝、垂直裂缝、斜向裂缝、龟裂、放射状裂缝等, 就裂缝的深度而言又可分为表面裂缝、深进裂缝、贯穿裂缝等。

　　裂缝的表现及成因分析。首先是塑性收缩裂缝。一般在混凝土浇筑后4～5 小时左右出现在混凝土表面, 形状规则,长短不一, 互不连贯, 裂缝较浅, 且外界气温高、风速大、气候干燥时易出现。成因: (1)混凝土浇筑后未能及时覆盖保湿, 混凝土受风吹日晒, 导致其表面游离水分蒸发过快, 表层混凝土迅速收缩, 而表层混凝土不能缓减这种趋势, 产生混凝土收缩应力, 致使早期混凝土的强度不能抵抗这种应力而裂缝。(2)垫层或模板过于干燥, 吸水率大。( 3) 水灰比过大。(4)水泥用量过多, 粉砂使用过量。(5)渠道边坡浇筑衬砌混凝土,在重力作用下, 混凝土下滑。其次是沉陷裂缝。常见于渠底。表现为: 一般与地面垂直或呈现30°～45°角, 较大的贯穿性沉降裂缝, 往往上下或左右有一定的错距。其原因是: 渠底混凝土下面的地基或垫层压实不均匀或局部有松软土基, 未经夯实和地基加固处理。第三, 凝缩裂缝。表现为混凝土表面呈碎小的六角形花纹裂缝, 裂缝较浅, 常在初凝期出现。原因: 混凝土表面过度抹平压光, 使水泥和细骨料浮到表面, 形成砂浆层, 造成表面凝缩裂缝。表层灰浆过多, 也会出现这种情况。第四, 干燥收缩裂缝。表现为表面性的, 纵横交错, 没有规律, 分布不均, 但对渠道衬砌混凝土而言, 表现为多沿短边方向分布。原因: 混凝土成型后养护不当, 环境温度过高, 风吹日晒, 水分散失, 体积收缩, 出现拉应力, 引起混凝土开裂。第五, 温度裂缝。表现为裂缝走向无一定规律, 但一般薄板类的构件和长度较大的构件, 裂缝多平行于短边, 深进和贯穿的温度裂缝一般与短边平行或接近平行, 裂缝沿长度方向分段出现, 裂缝宽度不一, 表面裂缝出现在施工期间, 进深裂缝或贯穿裂缝一般出现在浇筑后2～3 个月。成因: 浇筑完的混凝土表面温度与内部温度温差过大或振捣不密实, 弹性模量过低。第六, 冻胀裂缝。表现为浇筑完成的混凝土在使用中, 经过几个冻融循环, 混凝土出现裂缝。成因: 一是混凝土配合比不符合要求, 外加剂掺量达不到要求, 抗冻性差, 或水灰比大。二是混凝土下部防冻胀垫层达不到要求, 存水量过大, 因冻胀而造成混凝土破坏。三是混凝土在浇注时浇筑完成后未及时采取保温措施, 造成裂缝。

　　通过以上混凝土裂缝产生机理分析, 可见造成裂缝的原因是多方面的, 针对这些分析, 预防渠道衬砌混凝土裂缝我们从下面几个方面入手: 在设计方面, 应科学地对薄壁混凝土的坡度、厚度、强度及分缝进行充分考虑, 选择适当的混凝土厚度、强度和分缝。斜坡混凝土坡度一般不陡于1∶2, 厚度不小于8 厘米, 分缝一般不大于3.0 米, 且长宽比小于2∶1。而本工程设计能满足该要求。

　　施工中采取的措施: (1) 配制混凝土时, 严格控制水灰比和水泥用量, 按要求掺加外加剂。选择级配良好的碎石, 减小孔隙率和砂率, 同时, 混凝土振捣密实, 提高弹性模量和抗拉强度。(2)混凝土在浇筑前, 对基层及模板进行湿润, 避免吸收混凝土中的水分。对容易吸水的基层, 喷一层乳化沥青膜。(3)混凝土浇筑完成后, 对裸露的混凝土表面及时用潮湿的材料进行覆盖, 认真养护, 防止强风吹袭和烈日曝晒。在气温高、湿度低、风速大的天气浇注混凝土, 及时喷雾或喷水进行养护。在炎热的夏季, 浇注完混凝土后进行抹压一至两遍( 但不要过多抹压) , 并及时喷涂一层养护剂, 并用塑膜覆盖, 保湿保潮。(4)加强混凝土施工质量控制, 严格控制水灰比、砂率和塌落度; 提高粗骨料含量, 以降低干缩率, 控制砂石料的含泥量, 尽量不使用粉砂, 振捣密实。(5)在配合比设计中掺加粉煤灰和减水剂、抗冻剂, 以降低水灰比, 降低水泥用量, 提高抗冻、防渗和抗裂强度。(6) 压实混凝土基层或垫层。将防渗膜焊牢铺平, 不得出现皱褶, 保持上部混凝土的厚度均匀。(7)及时按设计要求进行分缝。切缝一定要满足设计深度要求。(8)做好混凝土下部排水设施, 及时排除板下积水, 防止张裂破坏。我项目已完成主渠AY17+680～AY18+010 渠道330 米混凝土衬砌施工, 渠道表面没有出现裂缝, 为此业主给予了高度评价。目前, 渠道衬砌施工工艺已进入规范化、熟练化阶段。

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