灌溉渠道混凝土衬砌裂缝原因分析及防治措施.pdf

建设 与管 理 水利技术监督 2 0 1 5 年第 2 期 灌溉 渠道 混凝 土衬砌 裂缝原 因分析及 防治措施 李 翠兰 ( 东港市铁 甲灌区管理处 ，辽 宁 东港1 1 8 3 0 0 ) 摘 要 ：灌溉渠道改造 为混凝 土衬砌 结构 ，提 高了灌溉效 率，节约大量水源，但 同时混凝土衬砌 渠道也 出现 了很 多 板裂缝等 问题 ，文章 结合 灌区混凝土衬砌渠道 的现状 ，分析 了裂缝原因及将会带来的危 害，提 出了预 防措施 ，为 今后 灌溉正常进行提供保证 。 关键词 ：混凝 土衬砌 ；产生裂缝 ；分析原 因；危 害；防治措施 中 图 分 类 号 ：T V 9 3 文 献 标 识 码 ：B 文 章 编 号 ： 1 0 0 8 1 3 0 5( 2 0 1 5) 0 2 0 0 3 5 0 3 1工 程 概 况 铁 甲灌 区始建于 2 0世纪 6 0年代初 ，因有了铁 甲水 库而得 名 ，北 依群 山南 邻 黄海 ，东 起 鸭 绿 江 的 蚊子 沟 。灌 区 灌 溉 面 积 2 9 8万 亩 ，主 要 以铁 甲水 库为 主要 水 源 ，以十八 场 提水 站 引鸭 绿江 水 为 补充 水 源 。沟 通 境 内 9座 小 型 水 库 和 6大 河 系 ，实 施 库 、江、河三水混合利用 ，形成 了具备独特优势和 较 为 充足 的水 源体 系 。 铁 甲灌 区 围绕 主 干渠 延伸 出来 3 7条 支 渠 ，2 6 0 条 斗 渠和 近 千条 毛渠 ，以及 围绕 6大 河系 展 开 了几 十条抗洪排涝沟渠 ，构成了完整的水利灌排渠道 网 络。这些灌溉渠道全部是 土渠 ，部分土质为壤土 ， 渠道渗漏较大，水 的利用系数较低 。近些年来国家 投入 大量 资 金 ，进 行 大 型 灌 区 改 造 ，主 要 是 对 干 、 支渠 道混凝 土 衬砌 和 斗渠 毛渠 U 型槽改 造 ，取得 了 一 定 的效益 。但是 ，同时也 出现 了一些 问题 ，主要 是 衬砌 混凝 土 产生 了裂 缝 ，个别 混 凝 土 以小 块状 错 台脱落 ，前景很不乐观。 根据该 灌 区渠 道混 凝土 裂缝 的现状 ，分 析其 产 生原 因 以及带 来 的危 害 ，采 取 行之 有效 的预 防控 制 措 施 ，把 裂 缝 造 成 的 危 害 降 低 到 最 小 是 十 分 必 要 的 。 2 混凝土衬砌裂缝产 生的原 因 干 、支 渠 道混凝 土 衬砌 干支 渠 主要 是 现 浇混 凝 土 方式 施工 的 ，现 浇混 凝土 衬砌 的渠道 裂 缝具 有 混 凝 土工 程裂 缝 的共性 ，又有 区别 于其 他 混 凝土 裂 缝 的特点 ，裂缝一经形成就很难 自身愈合 ，究其原 因 很多也很复 杂。结 合该灌 区实 际，裂缝 原 因主要 有 ：渠道断面土质不均匀沉陷 ，施工方法不当 ，渠 道土 基冻 胀 ，混凝 土本 身 干缩 裂缝 ，后 期 的养护 不 当产 生裂 缝 。 2 1 土 质的 不均 匀沉 陷 渠道在多年运行过程 中，产生 的冲刷和淤积情 况不同 ，造成渠道底部深浅不平，渠道断面整形至 规划设计断面，土方的回填和开挖都会影响土质 的 不均匀沉陷。在进行土方 回填时 ，不同土层不同段 的土 承载 力不 同 ，沉 降也 都不 同 ， 回填 土 压 实度 没 达 到设计 标准 ，或者 是基 土浸 水都 会 造成 土 基 的不 均匀沉降。渠道开挖时注意保持土结构原状最好 ， 可施 工 中对 渠道 断 面土 基 原 状 土 的扰 动 随 处 可 见 ， 扰 动土 经过 压实 很难 达到 原状 土 的 密实 程度 。基 土 不密 实 、均至 性差 将难 以承载混 凝 土 的压 力 ，造 成 混凝 土板 沉 陷不 均 、扭 曲 、架 空从 而 导致 混 凝 土板 的裂 缝 。 2 2衬砌 施 工 中人为 因素 混凝 土搅 拌 不均匀 ，没有 充分 拌 合 ，有 花 白料 现象。运输途 中漏 浆 ，运 输距离 长造 成混凝 土离 析 。混凝 土 浇 筑 过 程 中振 捣 不 均 匀 ，漏 振 、过 振 ， 密实度差 。混凝土内部气泡不能完全排除，降低结 构 的整体 强度 ，造 成混 凝 土板 的较 大 收缩 ，由微 小 裂缝 并迅 速发 展成 较大 裂缝 。 混凝 土原 材料 的配 合 比在拌 制 中配料 不 当 ，没 作者简介 ：李翠兰 ( 1 9 7 3年一 ) ，女 ，工程师。 3 5 2 0 i 5 年第2 期 水利技术监督 建 设与 管理 有按 照设 计配 合 比投 料 ，导致 混凝 土 内外 干缩 程 度 不 同而产 生 裂缝 ，裂缝 通 常是 纵 横 交 错 ，无 规 律 ， 分 布不均 匀 。 2 3 渠道 基土冬 季 冻胀 东港 地 区最低 气极 端温 一2 2 一 3 7 气 候 区 划属 于寒 冷地 区 ，使 数不 清 的各类 水工 建 筑物 遭 到 严重 冻胀 破坏 ，渠 系尤 为严重 ，漫 长而 寒 冷 的冬 季 造成 的冰 冻和 土的 冻胀作 用 ，全地 区最 大 冻土 深 度 8 6 e ra。土在 冻 胀 过 程 中，土 中 原有 的 水 分 和 外 界 补给冻层的水分冻结成冰使体积增大 ，引起土体体 积膨胀 ，冻土融 化 时土 中冰 的融化 造成 土结 构 的 破 坏 和强度 的急剧 减 弱 ，土体在 自重 作 用下 下 沉 ，土 体这 种 冻 融 变 化 致 使 渠 道 衬 砌 混 凝 土 的 变 形 和 裂缝 。 冬季 来 临 之 前 渠 道 内 运 行 的 水 没 排 除 干 净 ， 部 分 渠道 内水 层 很 深 ，水 体 结 冰 ，冰层 对 渠 道 衬 砌体 产 生 冰 压 力 ，使 衬 砌 体 发 生 破 坏 变 形 产 生 裂缝 。 2 4混凝 土凝 结过 程 自身体 积变化 混凝凝 结过 程 自身体 积变 化 引起 的裂 缝 主要 是 塑性裂 缝 和 十缩裂缝 ，这两 种裂缝 共 同点 都是 由于 混凝 土失 水产 生 的表面 张力 引起 ，但 是产 生 的原 因 各不 相 同。 塑性 裂缝是 指 在混凝 土凝 结 之前 ，表 面失 水 引 起毛 细管 压力 而产 生 的表面 收缩 ，导 致 裂缝 。塑 性 裂缝 形状 不规 则 、深浅 不一 、互 不贯 通 ，易 出现 龟 裂 。特别 是 当外界 气温 高 、风速 大 、气候 干燥 时 易 出现 ，风 吹 日晒 ，表 面游离 水分蒸 发 快 ，混凝 土 强 度不 能抵 抗其 表 面 收 缩 产生 的应 力 导 致 裂 缝 生 成 ， 如果 不采 取有 效措 施加 以预 防 ，不仅 影 响混 凝 土 的 外观 质量 ，当裂缝 产生 在配 筋附 近 时 ，就会 加快 钢 筋 的锈蚀 ，影 响混 凝 土结构 的耐 久性 。 干缩 裂缝 是指 混凝 土终 凝后 ，内部水 泥 石 的孔 隙水 蒸发 而产 生 ，千缩 量随 龄期 逐渐 增 长 ，由于 昆 凝土 内外 水分 蒸 发 损 失 程 度不 同导 致 的变 性 不 同 ， 较大 的表 面干 缩变 形受 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 ，干缩 就 越 大 ， 干缩 裂缝 就越 易产 生 ，干缩 裂缝会 影 响 混凝 土 的抗 渗性 、耐 久性 。 2 5 混凝 土 浇筑后 期 养护不 及 时 混 凝 土养 护 的 目的 ：一 是 创 造 使 水 泥 得 以 充 分 水 化 的 条件 ，加 速 混 凝 土 硬 化 。二 是 防 止 混 凝 土 成 型后 日晒 、风 吹 、干 燥 、寒 冷 等 自然 因 素 的 影 响 而 出现 超 出正 常 范 围 的 收 缩 、裂 缝 及 破 坏 等 现 象 。施 工 中往 往 养 护 不 及 时 造 成 在 混 凝 土 凝 结 前 表 面 因失 水 较 快 而产 生 收 缩 ，这 种 裂 缝 一 般 在 混 凝 土表 面 ，裂 缝 长 短 不 一 ，互 不 连 接 ，一 般 深 度 不 是 太 深 ， 当 外 界 气 温 高 风 速 大 空 气 干 燥 时 ， 更 容 易 出现 裂缝 。 3 混凝土衬砌裂缝造成的危害 渠道 混 凝 土 衬 砌 是 为 了能 有 效 的 节 约 灌 溉 用 水 ，减少 水资 源浪 费 ，提高 渠道 用水 利 用率 ，防止 渗 漏 ，减 小 渠道糙 率 ，缩短 灌溉 时 问 ，节省 人 力物 力 ，提 高经济 效益 。但 是 ，由于混 凝 土衬 砌 很容 易 产 生裂缝 ，影 响混 凝 土质量 和使 用 寿命 ，甚 至 可 能 使渠道造成破坏 ，达不到防渗的效果。渠道渗漏会 使 周 围地下 水 抬升 ，使 土壤 含 水 量 过 大 造 成 内涝 ， 影 响作 物生 长 。裂 缝处 理不 好 ，运行 几 年后 衬砌 混 凝 土 由于裂缝 引起 脱落 ，脱 落面积 逐 渐增 大 很 可能 成 为灾难 ，造成混 凝 土残渣 堵塞 渠道 ，构成 渠 道 的 “ 白色 垃 圾 ” ，需 要 大 量 人 力 物 力 去 疏 通 渠 道 ，造 成 不必要 浪 费 。 4 预 防措施 4 1 防止 土 质的不 均 匀沉 陷 ( 1 ) 松散 土 、填土 地 基 回填 时必 须 进 行 充 分 夯 实 ，夯 实要 均 匀 ，达 到 最 大 干 密度 符 合 设 计 要 求 。 对 渠道 和建 筑物 交叉处 回填 要进 行 严格 要求 ，采 用 人 工 开挖 ，回填 和夯 实 ，对 于 回填量 大 且渠 坡 较 陡 的渠段 必要 时将渠 道 的做成 台 阶型 ，以利 于 回填 土 和渠道 原土 的充 分结 合 ，避 免新 老 土脱 离 现象 。开 挖 土 时不能 超 挖 ，机 械 施 工 时 ，要 留有 l O e m 的 保 护层 ，然后 再人 工处 理至设 计标 准 ，尽 量 保持 土 原 有 状 态 ，保 证基 底 、坡基 土不被 扰 动 ，维 持土 体 的 原 有稳 定性 。 ( 2 ) 防止 施工 中渠 道 基 土被 水 浸 泡 ，做 好 施 工 排 水 。 4 2 保证施工质量 ，避免人为 因素导致混凝土裂缝 ( 1 ) 选择 抗 渗性 好 、干缩 性 小 的 优质 水 泥 石 料 级 配要合 理 ，砂料 细度标 准不 含 有杂 质 ，拌 合混 凝 土 时控制好 各 种用料 的数 量 和水灰 比 ，满 足 混凝 土 的和易性 ，充分拌 合 ，防止 “ 花 白料 ” 现象 。 ( 2 ) 运输混 凝 土 时要 符 合 规 范要 求 ，要尽 量 减 建 设 与管 理 水利技术监督 2 0 1 5 年第 2 期 少运距 ，防止离析现象 ，必要时进行二次搅拌。严 格遵守振捣规程 ，不 能漏振 过振 ，防止二次振捣 ， 杜绝 蜂 窝麻 面和漏 石 现象 ，振 捣 时要 振 出浆 ，混凝 土浇 筑过 程 中处 理好 施工 缝 ，避免 将 来 由施 工 缝质 量差 引起 裂缝 。 4 3 防止 渠道 基 土冻 胀 ，避免 混凝 土衬 砌 裂缝 4 3 1 确保 回填 土压 实 渠 道土 基整 形至 规划 设计 断 面 ，渠 段 回填 土 方 要 充分夯 实 。压 实土 具有 长期 稳 定性 ，土体 中孔 隙 小 ，含水 量 极低 ，结 冰后 就无 冰 晶体 存 在 ，减 少 土 体的冻胀 ，随土体密度的增大冻胀性降低 的特性达 到 防治 土基 冻胀 的 目的 。 4 3 2 砂 石垫 层换填 渠道 过饱 和 的淤 泥类 土 ，在 负温 作 用 下 ，土体 中的液体 水 变成 固体 的 冰晶体 ，导致 体 积 膨胀 ，土 体 变形 隆起 ，导致衬 砌 混凝 土的 变形 。砂 石料 为 较 粗 粒径 的颗 粒 ，孔 隙大 ，渗 透性 好 ，在 冬 季 常处 于 疏 散状 态 ，受冻 胀影 响小 ，变 形 小 ，因此 采用 砂 石 垫层 基 础换 填 ，以减 少 冻胀力 对 混凝 土 影 响 ，垫 层 厚度 视 具体 情 况而定 。 在采用砂石垫层换填时 ，基础换填应严格注意 砂 石 的 质 量 ，土 颗 粒 、粉 粒 含 量 应 控 制 在 1 0 以下 。 4 3 3合理 设 置伸 缩缝 、沉降缝 东港市水资源丰富 ，农 田以水 田为主 ，灌溉渠 道从 干 渠 、支渠 到农 渠纵 横交 错 ，渠 系 由于冻 融 产 生的不均匀沉降而导致破 坏 比比皆是。近 1 0年来 渠系改造工程 ，采用分缝 分块措施 ，合理 的分缝 、 分块能够有效减轻冻融对 衬砌混凝土破坏 ，分缝 、 分块的大小 由工程结构而定 。在施工中 ，伸缩缝 、 沉 降缝要 格 外 引起重 视 ，严格 加 以控 制 ，确保 工 程 在运 用 过 程 中，块 体 沉 降 的 整 体 性 ，伸 缩 的有 效性 。 4 3 4 降低 地 下水位 ，排 除渠 道 内积 水 在地下水位高的渠段 ，采取降低地下水位 ，挖 排 水 沟 ，将 地 下水 位 降低 到临 界冻 深 以下 或 修 建排 水 井 。另外 冬 季来 临之 前 ，排 除渠 道 内的积 水 ，保 证渠 道 内无 水 ，减少 冻胀 。 4 4 避免 混 凝土 凝结 过程 中 自身体 积变 化产 生 的 裂缝 4 4 1 减 少 干缩 裂缝 。 选择干缩性较小的普通水泥 ；合理采用混凝土 的配合 比 ，采 用 低 水 灰 比 ，减 少 水 泥 用 量 ， ，加 入 合适 的减水 剂 ；适 当提高 混凝 土 的抗 拉 强度 ，使 用 早强 剂 ，提 高混 凝 土 的 早期 强 度 ，缩 短 凝 结 时问 。 及时养护减少混凝土表面水分蒸发速度 ，合理设 置 伸缩 缝 ，减 少裂 缝 的发展 趋势 。 4 4 2 预 防塑 性裂缝 。 减少 混 凝土 表 面水 的蒸发 速度 ，尤其 在 夏 季高 温 多风 天气 ，尽 量减 少 或避 免混凝 土表 面 的 阳光 直 射 ，有 条件 的尽 量用 土工 布 或草 帘 等覆 盖 ，及 时 洒 水 ，保 证足 够湿 度 ；缩短 凝结 时 间 ，及 时养 护 ；混 凝 土设 计 时避免 或 减少掺 人粉 煤 灰 和缓 凝剂 ，提 高 其 表面 的抗 拉强 度 。 4 5 做 好混 凝 土浇筑 后 期的 养护 工作 混 凝土 浇筑 完毕 达 到初凝 后 ，及 时 养 护 ，保证 混 凝土 表 面湿润 状 态 。养 护 的方法 主 要有 ： ( 1 ) 覆 盖 物 浇 水 养 护 ，用 麻 袋 片 、草 帘 锯 末 等 。 ( 2 ) 塑 料布覆 盖 养 护 ，混 凝 土 敞露 的表 面 应该 全部覆 盖严 实 ，并 保持 塑料 布 内部有 水珠 。 ( 3 ) 在 缺水 的地 区 和混 凝 土 表 面 不便 浇 水 、覆 盖 塑料 布 时 ，可 涂刷 薄膜 养 生液 进行 养 护 ，该 灌 区 就是采用涂刷薄膜养生液进行养护的，其他两种方 法 不适 合渠 道 大面 积 的混 凝 土 的养 护 ，衬砌 混 凝 土 浇筑一段就养护一段 ，施工进度与养护相协调 ，养 护 时 间一般 不少 于 1 4天 。 5 结 语 渠 道混 凝 土衬 砌 产 生 裂 缝 的原 因很 多 且 复杂 ， 通过分析其 产生 的原 因，只要施 工 中引起高度 重 视 ，加强科学管理 ，建设单位 、施工单位 、监理单 位各负其责严格设计质量标准 ，避免人为因素导致 裂 缝产 生 ，对各 种裂 缝 采 取 科 学 有 效 的预 防措 施 ， 把各种 因素综合考虑加以控制，很大程度上就会减 少 和避 免裂缝 的发生 ，使 后续 渠道 混 凝 土衬 砌 裂缝 得 以很好 控 制 ，真正 体会 到渠 道混 凝 土 衬砌 带来 的 高 效节 能作 用 。 参考 文献 1 谭志伟 ， 杨革 水工建筑物冻害防治技术 M 郑州：黄河水利 出版社 ， 2 0 0 8 2 郭慧娟 ，高志旭渠道薄壁混凝土 衬砌裂缝 产生原 因及防治措 施 J 河南水利与南水北调 ， 2 0 1 2 ( 1 8 ) 3 曹东明，李忠节水改造渠道衬砌工程施 工质量控制 J 黑龙 江水利科技 ，2 0 0 8 ( 0 】 ) 3 7