渠道薄板衬砌混凝土防裂技术.pdf

摘要 关键 词 渠道薄板衬砌混凝土防裂技术 刘 哲 ( 中国电建集团第十五工程局有限公司第二分公司 陕西 西安7 1 0 0 6 5 ) 新疆台兰河一、 二级水电站工程引水渠道过水面采用薄板素混凝土衬砌， 由于气候及渠道结构 原因， 混凝土衬砌板容易产生裂缝。本文通过对渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因进行分析， 针对 性地 提 出预防裂缝的措 施， 经工程施工实践运用 ， 取得 了良好 的效果。 薄板混凝 土； 裂缝原 因； 防裂措施 中图分 类号 ： T V 6 7 2 文献标识码 ： B 台兰河一 、二级水 电站工程位 于新疆 维 吾尔 自治 区阿克苏 地 区温宿县 境 内 ， 电 站 为 引水 式 径流 电站 ，引水 渠 道 全长 为 1 242 k in 。 工程区位于 中纬 度地带 ，属 于大陆性 北温带干旱气候， 四季变化明显， 昼夜温差 较 大。多年平均气 温 8 6 ， 多年 月平均气 温最高 2 1 9 ； 多年平均降水量 1 7 7 7 m m， 多年平均蒸发量 2 9 1 2 mm； 多年平均风速为 1 2 5 m s ，最大 风速 为 2 9 m s ，相 应风 向为 WN W， 主导风 向为西 风。多年平 均年 E t 照 时数 2 6 8 7小时 ，年均雷暴 日数 2 5 3天 ， 历 年最大冻土深度约 8 0 e m。 引 水渠道 全线 采用 混凝土 现浇衬 砌 ， 衬砌厚度 1 0 c m一1 2 c m。 衬砌防渗结构由上 至下 依 次为 ：现浇 混凝 土 板 、一 布 一膜 ( 2 0 0 g m + 0 5 m m) 、 3 0 mm厚 Ml O砂浆垫层 。 施工 区昼夜 温 差较 大 且气 候 相对 十 分 干 燥 ； 渠道混凝 土衬砌厚度较薄 ， 并 且为素 混 凝土 ， 故混凝土板容易产生裂缝 。 对于引水 渠道工程来讲 ，防渗漏 问题 是重 中之重 ， 混凝土裂缝现象应 当杜绝 。为 此 ，笔者对渠 道衬砌混凝土 裂缝 原 因进行 了一 系列调 查分析 ，并提 出防止裂缝 的应 对措施 。 1渠道衬砌混凝土裂缝产生原 因 分 析 混凝土产生裂缝的原因有多种，但根 本原 因是混凝土 中的拉应力 超过 了混凝 土 的抗拉 强度。具体可归结 为温度和湿度 变 化 、外荷 载产生的变形过 大和施工方法 不 当这三种原因。具体类型有 ： 1 1 干缩裂缝 干缩 裂缝多 出现在 昆凝土养护结束 后 的一段 时间或混凝土浇 筑完毕后 的一周 左 右 。干缩裂缝 的产生 主要 是 由于混凝 土内 外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结 果 ： 混凝土受外部条件 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 。干缩裂缝通 常会影响混凝 土的抗 渗性 ， 从而影 响混凝 土的耐久性 ， 在 水压力 的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承 载力等等 。混凝 土干缩主要和混凝 土的水 灰 比、 水 泥的成分 、 水泥 的用量 、 集料 的性 质 和用量 、 外加剂用量等有关 。 1 2沉 陷裂缝 沉陷裂缝的产生是 由于结 构地基土质 不匀 、 松软 ， 或 回填土不实或浸水 而造成不 均匀沉降所致。 地基变形稳定之后， 沉陷裂 缝 也基本趋 于稳定 。 l _ 3温度 裂缝 温度裂缝多发生在大体积 混凝土表面 或温差变化较大地区的 昆 凝土结构中。在 混凝土的施工 中当温差变 化较 大 ，或者是 混凝土受到寒潮 的袭击 时 ，会 导致混凝士 表面温度急剧下降而产生 收缩 。表面收缩 的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很 大的拉应力而产生裂缝 ，这种裂缝多发生 在混凝土施工 中后期 ，通 常只在混凝土表 面较浅的范围内产生。此种裂缝 的出现 ， 会 引起混凝土 的碳化 ， 降低 昆凝土的抗冻融 、 抗疲劳及抗渗能力。 2渠道衬砌混凝土防裂措施 通 过上述 对混凝 土裂缝 原 因的分析 ， 我们可 以总结 出 ： 调 整优化混凝土配合 比 、 解 性 ，透 水性 弱 ( 渗 透 系 数 一 般 为 i x 1 0 m s 1 0 m s ) ，遇水 易于饱和且不 能 短时疏 ：f。粘性土 的抗剪强 度以 内聚力 为 主 ， 内聚 力随着含水率 的增高而 降低 。对均 质粘土坝坝体而言，在库水位频繁变动的 情况下 ， 易诱 发流土和滑坡 ， 应充分做好 大 坝坡 面砌护 、放缓坝坡及坝 后综合排水 等 工作 。 ( 2) 对均质粘土坝 而言 ， 其大坝填 筑土 体的渗流及渗透稳定问题一般都能够满足 规范要求。对于坝体浸润线偏高或坝脚出 现渗漏 明流 的问题 ，应 该重点分 析坝肩绕 渗 、 坝基渗漏及过 坝 、 穿坝建筑物 这些可能 的主要 因素 ，从 而尽 量地增加大 坝除险加 固工作的针对性和有效性。 ( 3 ) 据以往粘土坝劈裂灌浆实践 ， 经试 验 ，当浆 液容重达 1 4 t m 才可满 足灌浆 相关标准 ， 达到 1 4 5 t m 时浆液流动性较 差， 施工困难 ， 且浆液的充填及扩散作用较 差 ， 影响灌浆效果 。 坝内粘土浆液析水固结时间长。 1 年后 探井检查 时浆 脉仍处于软塑 态 ，若等到泥 浆完全 固结则 时间更长。为缩短浆液 析水 固结 时间 ， 经 试验 ， 灌 浆时可加 6 1 0 的水泥 ， 但须注意施工工艺。泥浆制作时加 入水 泥， 浆液容重不能提高 ， 若强制提 高浆 液容重， 则浆液会呈“ 凉粉状” ， 造成施工困 难 ， 且会 大减 土料的灌人量。经摸索 ， 可用 纯粘土浆与纯水泥浆交替施灌，可有效保 证灌浆质量和效果。陕西水利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 ) C a a o C 加强渠基及坡面砂砾料压实处理 、 合理优化混 凝土板养护措 施将是有效 的混凝土防裂措施 ， 现就这三个方面的具体措施进行阐述。 2 1 昆 凝 土配合 比设计 渠道衬砌混凝土属于薄板结构， 在北方少 雨多风的气候条件下， 混凝土表面水分损失过 快 ， 变形 较大 ， 往往容易产生干缩裂缝。 根据经验 ， 混凝土 的干缩受水灰 比的影响 较大 ， 水 灰比越大 ， 干缩越大 ， 因此在混凝土配 合比 设计中应尽量控制好水灰比的选用， 同时 掺加合适的减水剂。 台兰河一 、 二级水 电站工程引水渠道衬砌 混凝土为二级配 ， 标号 为 C 2 0 、 F 2 0 0 、 W6 。 在配 合 比设 计过 程中采用 0 4、 O 4 5、 0 5、 0 5 5等几 组水灰 比进 行试配 ， 根据试验结果选定水灰 比 为 0 4 5 ， 每方混凝土用水 1 1 0 k g 、 水泥 1 7 1 k g 、 粉 煤 灰 7 3 k g 、 A XN 一 1高 效 减 水 剂 1 2 2 0 k g 、 A X S F引气 剂 0 0 1 4 6 k g 。混凝土现场坍落度控 制在 4 0 m m 8 0 m m， 较低的坍落度可以减少 混凝土的干缩 ， 但坍落度过低时混凝土工作性 能差 ， 运输 和振捣 困难 ， 经现场实际操作 ， 发现 混凝土坍落度为5 0 ra m左右时， 工作性t t I 1 可 满足要求 。 合理的骨料级配会使空隙率和总表面积 减小 ， 这样拌制的混凝土水泥用量少， 可以减 少发热量及混凝 土的收缩 ，并且 密实度也较 好 。试验室通过振动密度测试 ， 设 计配合 比所 采用 的小石和 中石 比例为 4 0： 6 0时能达 到最 大振实 密度 ， 每方 昆 凝 土用小 石 5 5 1 k g ， 中石 8 2 6 k g 。 混凝土含砂率的大小直接影响到混凝土 拌 和物 和易性 、 硬化混凝土质量及单方水 泥用 量 ， 因此在进行配合 比设计时必须合理 的选择 砂率 。在新疆 台兰河一 、 二级水电站工程 渠道 混凝土配合 比设计过程中 ， 通过不同砂率混凝 土试配试验 ， 我们确定水灰比为 0 4 5 时， 最佳 砂率为 3 1 ， 每方 混凝土用砂 6 3 l k g 。 2 2地基压实处理措施 渠道边 坡砂砾层压实 不足 ， 发生沉 陷 ， 也 是衬砌 混凝土产生裂缝 的主要原 因之 一 。新 疆 台兰河一 、 二级水电站工程引水 渠道混凝土 衬 砌 内坡边 坡坡 度 为 1： 1 7 5 ，坡长 1 0 m l 3 m左右。 由于 目前国内缺乏适用 于渠道坡面 碾压 的重型设备 ， 所以对渠道边坡 基础基本上 都采 用小型夯机夯 实。由于填方坡 面上砂砾 料不易压实 ， 在施 工工艺控制不严 的情 况下 ， 往 往容易 出现边坡 压实不足 ， 容易产生沉陷 ， 进 而影响混凝 土板 受力而导致衬砌 混凝土板 开裂 的现象 ， 因此加强对边坡砂砾料压实质量 的控制尤为重要。 渠堤填筑一般采用 1 6 t 2 0 t 自行式振动 碾沿渠道轴线方向行走碾压， 两侧边缘部位难 以压实， 为了保证衬砌面填筑成型后坡面土体 密实 ， 在渠堤土方填筑时靠衬砌面板一侧超填 不小于3 0 c m ，待填筑完成后采用人工配合反 铲挖掘机 自上而下 进行削坡 ， 削除超填部分 。 削坡后再采用小 型夯具 对整个坡 面进 行夯实 整平 。采用灌砂法检测坡面土体的压实度 ， 能 够达 到 9 8 ， 满足设计要求 。 坡面砂砾料一般采用液压反铲进行粗削 坡或用液压反铲初步整平 ， 然后人工进 行精修 坡。人工修坡 时 ， 分别在坡脚 、 坡肩及坡面 布 设控制桩 ， 顺渠道 方 向每 5 m 布置一 排 ， 桩 与 桩之间线绳连结 ， 把渠坡分成若干小块， 线绳 之间挂滑动线绳， 人工移动， 控制削坡厚度， 并 严格控 制坡 面平整度 。坡面修整完成后 ， 采用 小型夯机对坡面进行压实 ， 台兰河电站引水渠 道施工 中采 用了 HZ D 2 0 0型平 板振动 夯对砂 砾层进行压实 ， 该型夯机激振力 3 0 k N， 影响深 度3 0 c m 。坡面碾压时 1 人在坡面上手扶操作 夯机 ， 2人 在渠顶用麻绳牵引控制夯机上下左 右行走 。 压实时夯迹搭压宽度应不小 于 1 3板 宽。根 据现场经验 ， 一般碾压 2遍 3遍后压 实度 即可满足设计要求 。压实后 的坡 面采用 2 2 k W普通平板振捣器复压一遍， 消除夯机行 走轮迹 ， 对坡面进一步压实整平。复合 土工膜 铺设 前再根据设计要求 在压实整平 的坡面进 行 3 0 ram的 M1 0砂浆垫层施工 ，彻底找平渠 道坡面 ， 为混凝土施工创造了 良好施工条件 。 2 - 3 合理 的养护方法 北方气候干燥， 混凝土养护应注重保湿， 防止 混凝土表面水份损 失太快而产生 干缩裂 缝 。春秋两季昼夜 温差 较大 ， 时有寒 流 ， 混凝 土养护还应注重保温 ， 防止混凝 土因表 面温度 急剧下降， 内外温差过大而产生温度裂缝。 渠道衬砌混凝土浇筑后及时修整， 并人工 进行一次压面 ， 待混凝土初凝前 ， 采 用 D MG 8 0 型 圆盘 抹光机粗抹一遍 ， 再 用 D MG6 2型圆盘 抹光机精抹一遍， 最后人工进行压光出面。气 温较低时， 混凝土初凝时间较长， 浇筑后隔夜 再抹 面的 ， 必须采用 草帘覆盖 ， 防止夜 间气温 突降造成混凝土受冻。衬砌混凝土板抹光出 面后 ， 用 喷雾器在混凝 土表面喷洒一层水 雾 ， 然后立即用塑料薄膜全面覆盖， 开始养护。春 秋季施 工时 ，塑料薄 膜上应加盖 1层 2层 ， 并采用草帘保温。夏季施工时， 只覆盖塑料薄 膜 即可 ， 但根据现场情况定时采用喷雾 器对混 凝土表 面洒水一次 ， 以时刻保证混凝 土表面的 湿润 。 衬砌混凝土养护时间长短根据气候情况 而定 ， 一般春秋季保温养 护 1 O天左右 ， 夏季覆 盖保湿养护 7 天左右，然后进行正常洒水养 护， 养护时间总长 2 8 天。 渠道衬砌混凝 土施工 面积较大 ， 浇筑过程 中混凝土防冻问题 难以解决 ， 在新疆地 区不宜 进行冬季施工。 冬季来 临前浇筑 的面板养护时 应增加覆盖草帘 的层数 ， 一般 采用 2层 3层 草帘 。 3结语 新疆 台兰河一 、 二级水电站工程在 引水渠 道混凝土衬砌施工中采取了上述一系列混凝 土防裂措施， 该工程引水渠道从完工验收到通 水运 行 ， 至今历经两 年多时间 ， 未 出现 衬砌混 凝土裂缝 ， 获得了业主 、 监理 的一致好评 ， 取得 了良好的经济及社会效益。陕 水利 参考文献 【 1 范洁群 ， 姚 刚 混凝土裂缝 处理思路 及方 法 u J 四川建筑， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 4 ) ： 1 2 3 1 2 6 【 2 l 肖田元 ， 王 宝常 ， 姜恩兆 混凝土裂缝 处理技 术及应用 水利水 电技术 ， 1 9 9 1 ， ( 1 ) ： 5 3 5 7 3 】 黄 国兴 ， 陈改新 水工混凝 土建筑物修补技 术及 应用 M】北京中国水利 水 电出版 社 ， 2 0 0 2 5 87 2 4 水利部河 北水利水电勘测设计研 究院 ， 南 水 北调 中线京石段应急供 水工程渠道 衬砌混 凝土裂缝处理施工技 术要 求 RJ 2 0 0 8 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 )