水利工程渠道衬砌混凝土施工温度裂缝成因及控制措施

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　　【摘要】本文结合实例，详细分析了水利工程渠道衬砌混凝土施工温度裂缝成因，并结合施工的实际情况，提出了具有针对性的控制措施，旨在为同类施工提供一些有价值的参考。
　　【关键词】渠道衬砌；裂缝；成因；措施
　　中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
　　1. 前言
　　 裂缝是水利工程渠道衬砌混凝土施工常见的病害，会造成渠道的渗漏，影响其使用寿命。在工程施工过程中采取控制措施是防治裂缝的有效途径，由于裂缝的成因不同，裂缝也分为多种类型。在施工过程中应仔细分析裂缝的成因，并结合施工情况，采取具有针对性的控制措施，才能更好的预防和控制裂缝的发生。
　　2. 工程概况
　　某渠道是南水北调工程的分项工程，全长5km，衬砌材料选用C20W6F150 素混凝土，渠底厚度设计为0.08m，边坡厚度设计为0.1m，衬砌施工均采用衬砌机完成。经过地质勘探发现，渠道施工段地质类型主要为沙砾、沙土壤等，地下水多为孔隙水，埋深为20m左右，透水性强，且与地表水联系密切。冻土类型为季节性冻土，厚度一般在1m左右。截至2011年4月底，该工程已经完成3km的渠道衬砌，2012年1月进行检查，发现渠道出现不同的裂缝，总计57处，经过2个月后再次检查，发现裂缝处增加了1倍有余，总计124处，一些混凝土板甚至出现隆起现象。
　　3. 温度裂缝成因
　　3.1表面冰冻
　　该渠道工程在2012年1月进行检查时，发现裂缝为57处，仅隔2个月的时间，裂缝处便增至124处，新增加的67处多分布在渠底和边坡。经过实地检查分析得出，新增加的裂缝成因为混凝土表面冰冻。根据当地气象资料显示，该地最冷月平均温度低于0℃，最低温度低于-10℃。2012年1月至2012年2月，当地降雪3次，气温急剧下降，致使渠底积水并随温度的降低而冻结，混凝土地板因此出现大量裂缝，甚至出现隆起现象。根据相关的水结冰膨胀公式计算可知，水结冰后体积会出现膨胀，比原来水体积的大出9%，这样的膨胀力度能够在混凝土内部造成很大的破坏[1]。渠底因降雪积水，使混凝土的水分含量处于饱和状态，温度降低后这些水分凝结成冰，加剧了混凝土体积的膨胀，加上昼夜温差大，致使水分融冻交替，造成混凝土地板表面遭到严重破坏，表皮出现大面积脱落，裂缝也由此产生。
　　3.2基础冻胀
　　 基础冻胀是温度裂缝的另一个主要成因，是指气温在0℃以下时，基础土质内的水分冻结膨胀。上文中提到水结冰后体积会出现膨胀，比原来水体积的大出9%，因此基础体积也会随着水冻结膨胀而膨胀，若膨胀的破坏性超出混凝土的强度时，混凝土便会开裂。基础冻胀的形成需要具备两个前提条件，一是足够的含水量，二是温度低于0℃以下。地质勘探结果表明，渠道工程段地层含水量较高，其中砂层为5.3-6.4%，壤土层为13.6-15.1%，砂土层为4.9-7.8%；同时，据当地气象资料可知，该地最冷月平均温度低于0℃，最低温度低于-10℃，其中最冷月为1月，冻土厚度一般在1m左右，2012年1月全月平均气温低于0℃，这就造成了渠道基础冻胀，形成裂缝。
　　3.3保温措施不足
　　 由于某些因素影响，该工程已经完成3km的渠道衬砌中，采用聚苯乙烯泡沫塑料板铺设土质基础进行防冻的长度仅为1.2km。其余1.8km并未采取该项防冻措施。经过实地检查发现，未采用聚苯乙烯泡沫塑料板铺设土质基础的渠道出现裂缝113处，采用聚苯乙烯泡沫塑料板铺设土质基础的渠道出现裂缝12处，裂缝的生成率大大降低。由此可知，聚苯乙烯泡沫塑料板具有较好的防冻作用，而未采用聚苯乙烯泡沫塑料板铺设土质基础则是该工程裂缝生成的重要原因之一。
　　4. 控制措施
　　4.1重新浇筑
　　 重新浇筑是针对较为严重的开裂情况采取的措施，其标准为单块混凝土能够进行超过1cm的位移，且裂缝处较多。重新浇筑的施工步骤为：拆除已遭到破坏的混凝土，并清除基础冻胀层，对会产生冻胀的基础材料进行更换并进行压实处理。待压实度达标后进行混凝土浇筑。若单块混凝土能够进行超过1cm的位移，但裂缝处较少，可视情况进行裂缝处理，不必重新浇筑。
　　4.2 凿槽嵌缝
　　 凿槽嵌缝使用的标准为裂缝宽度超过0.4 mm ，主要采用的嵌缝材料材料有以下两种：
　　（1）聚硫密封胶。该材料是双组分密封胶的一种，基料为液态聚硫橡胶，能够在常温条件下自硫化交联，具有很强的粘性、防水性及气密性，能够将混凝土、金属等材料粘贴牢固，在渠道工程中广为使用[2]。具体的施工步骤为：凿除裂缝处的混凝土，形成一个“U”型槽沟，深为38mm，宽为25mm，二者比例保持在1.5:1；在被粘表面处刷上事先调配好的聚硫密封胶，调配方式按照产品规定进行，必须达到设计标准，涂刷完毕后使其干燥成膜；为保持胶体的粘性，在涂胶前必须将槽沟内的杂物清除干净并保持干燥；填平后作压实处理。
　　（2）水泥基柔性防水材料。该材料是在水泥基刚性防水材料的基础上研制出来的，具有抗冲击强度好、抗拉强度高、耐酸碱性强、黏结性高等特点[3]，并且可通过水化反应与物理蒸发形成防水涂膜，且致密性、柔韧性及黏结性均较为理想，能够达到很到的防水效果，比普通水泥砂浆及水泥基刚性防水材料更适合用作裂缝的填补材料。具体的施工步骤为：凿除裂缝处的混凝土，形成一个“U”型槽沟，深为38mm，宽为25mm，二者比例保持在1.5:1；在槽内填入事先拌制好的浆料并压实，待浆料初凝后进行表面整平；浆料的拌制必须严格按照设计要求，液料与粉料的比例为1:5，拌制好的浆料应为厚质膏状，为确保填补质量，在涂胶前必须将槽沟内的杂物清除干净并进行冲洗，保持施工面处于干净湿润的状态；在施工过程中注意控制温度变化，最好能够控制在6-39℃范围内，浆料拌制完成后必须在20分钟内用完，以免影响填补质量。
　　4.3表面修补
　　表面修补一般用于轻微的裂缝修补，主要的修补材料有水泥基柔性防水材料与水泥基渗透结晶型防水材料，不同的材料应用于不同程度的裂缝。一般情况下缝宽在0.2mm以内可采用水泥基渗透结晶型防水材料进行处理，缝宽在大于0.2mm小于0.4mm则采用水泥基柔性防水材料进行处理。以下为具体的措施：
　　 （1）水泥基柔性防水材料。该材料除用作凿槽嵌缝外，还可用于表面修补，主要是为了防止因裂缝变化造成修补失败。具体的施工要求与措施为：对修补处进行彻底清洁，保持基层干净、平整，待基层干燥后再进行施工；要确保混凝土强度在施工前必须达到设计的80%以上；将事先配置好的材料涂刷于裂缝两侧，范围在10cm以内，材料厚度必须达到2mm，涂刷完毕后压实，并作抹平处理；材料A、B两组的配制比例为1:1，把握好搅拌时间，一般比普通砂浆的搅拌时间延长3分钟左右；施工完成后要注重后期保养，保养温度要保持在 5 ℃以上，待硬度达标后再进行浇水养护。
　　（2）水泥基渗透结晶型防水材料。该材料的优点为安全无毒、防水性好，并且能够进行自我修复，能够在全面提升混凝土的防水性能[4]。使用该材料进行裂缝处理，能够在保持混凝土整体不变的基础上填塞缝隙，防渗堵漏。具体的施工要求与措施为：将施工表面的杂物清除干净并进行冲洗，铲除表面的松动部位，为提高材料与表面的粘贴性，对表面做粗糙处理并将防水基层用水浸透。将事先配置好的材料涂刷于裂缝两侧，范围在10cm以内，材料厚度必须达到1mm，涂刷完毕后压实，并作抹平处理；浆料拌制完成后必须在25分钟内用完，中途不再加水。
　　5.结束语
　　温度裂缝是水利工程渠道衬砌混凝土施工常见的裂缝类型，在施工过程中要对裂缝产生的具体原因进行分析，并结合施工条件、当地气温变化、地质特征等因素制定合理的控制措施。实践证明，本次工程采取的控制措施经济实用、效果理想，对同类工程起到一定的借鉴作用。
　　
　　【参考文献】
　　[1]张建伟.南水北调渠道混凝土衬砌的施工质量控制[J].陕西水利,2012,03(01):103-105.
　　[2]戴旭东.大坝反滤料及掺砾石料加工系统工艺流程设计及设备配置[J].水利水电技术,2012,07(05):88-90.
　　[3]邹玉华,陈群,何昌荣,黄靖.不同应力条件下砾石土防渗料和反滤料联合抗渗试验研究[J].岩土力学,2012,11(08):114-116.
　　作者简介：董帆（1983-）男，汉，甘肃张掖人，助理工程师，主要从事水利水电工程建设工作

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