洛西干渠现浇衬砌混凝土面板出现纵向裂缝原因浅析.pdf

1 5 8 内 蒙 古 水 利 2 0 1 1年第 4期( 总第 1 3 4期) 【 混凝 土施 工 】 洛西干渠现浇衬砌混凝土面板 出现纵 向裂缝原 因浅析 王丽， 雷增伟 ( 渭南市洛惠渠管理局， 陕西 渭南 7 1 5 1 0 0 ) 摘要】 文章根据洛惠渠灌区洛西干渠新衬砌渠道混凝土面板出现纵向裂缝的问题， 结合工程施工分析了出现裂缝 的原 因， 并提 出防止裂缝产 生的控制措施 ， 对于类似渠道混凝 土衬砌 减轻 裂缝 出现具有一定的指导作 用。 关键词 渠道混凝土衬砌； 纵向裂缝； 原因； 措施 中图分类号： T V 5 1 2 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 1 5 8 0 2 0引言 洛 惠渠洛西干渠扩建改造工程共分两个标段 ， 分别 由陕西 航天建筑公司和渭南水建公司承建 ， 开工于 2 0 0 0年 1 1月初， 2 0 0 1 年 l 1 月底基本完成， 新衬砌渠道 9 6 k m。由于2 0 0 1 年 9 、 1 O月份秋雨连绵， 其中7 0 的衬砌工程量主要在2 0 0 1 年 1 1月 份低温季节完成。由于工期紧、 工程量大， 施工队中采用多种 施工工艺， 有横向滑模法、 纵 向滑模法、 整体模架浇筑法 ， 还有 先浇底后打帮的散体模架法。2 0 0 1年 1 2月9日冬灌放水运行 后 ， 新衬砌混凝土面板 出现纵 向裂缝 ， 裂缝 长度 占新 衬砌长度 的 3 0 以上 ， 裂 缝 出现 在 阴坡 ， 裂 缝部 位在 弧顶 以上约 8 O一 1 2 0 c m范围内较多， 发生裂缝较多的渠段主要在 7+ 7 0 01 O ； t 址 + 5 0 0 、 1 3+ 2 5 01 3+6 0 0 、 1 5+5 5 01 6+3 5 0之 间 ， 裂 缝所处 渠道施工期当时温度纪录为最高气温 1 6 C， 最低气温 一 7 ， 昼 夜温差较大， 为此， 建设各方对这一问题高度重视 ， 多次聘请有 关专家、 技术人员现场查看， 分析原因， 寻找对策。现对有关情 况作以简单分析， 以对今后的类似渠道混凝土衬砌减轻裂缝出 现起到一定的指导作用。 l 施工过程的质量控制 1 1 整修土模 渠道设计高程确定后， 用土模架开始修整土模。由于新设 计渠道流量大 ， 断面需扩宽 2 0 3 0 e m， 阴坡 均以削到原状土 ， 且 经人工夯实 ， 经环刀法抽样检测土壤干容重达 1 6 t m 以上。 及工程状况等多方面综合考虑。常用有以下几种方法 ： ( 1 ) 合理设计混凝土配合比， 降低水泥用量， 优先选用低热 水泥， 掺加矿渣、 粉煤灰等水泥替代物， 减少总的水化热。 ( 2 ) 采用缓凝剂延迟水化进程 ， 降低温度高峰值。 ( 3 ) 通过骨料预冷， 冰代替部分拌和水、 运输防晒等措施降 低混凝土入模温度。 ( 4 ) 混凝土浇筑后， 通过有效的保温养护来提高表层温度、 减小内表温差并控制降温速率 ， 典型如表面蓄热养护法。 3 3 保 湿保 温养护措施 对渠道混凝土加强保温养护 ， 是减少温度裂缝的最有效措 施。做好养护工作， 采用蓄水方式进行， 并在混凝土表面覆盖 一 层塑料布， 一层麻袋片， 同时 ， 根据温差情况及时对混凝土表 面覆盖厚度进行增减。混凝土内外温差及混凝土表面与大气 温差均不得超过 2 5 。当发现内外温差达T= 2 5 C 时应即刻 增加覆盖， 当T降至 2 0 q C 以下时， 可拆除部分覆盖， 以加速降 温 ， 如此反复， 应注意速率不大于2 E d 。 3 4 合理组织施工措施 在施工过程中精心安排混凝土施工时间， 在高温季节施工 时 。 混 凝土 浇筑 时 间尽量 安排 在 l 6时 至次 日上午 l O时前 进 行， 以减少混凝土温度回升。新旧混凝土浇筑间隔时间为57 d ， 相邻浇筑坝块高差控制在 8 m以内。在加强混凝土质量控 制的同时， 应积极推广新技术、 新材料与新工艺的应用， 以减少 混凝土 的开裂 。 4结语 在西岸干渠施工过程中， 渠道混凝土裂缝开始出现时应为 表面裂缝 ， 由于裂缝出现后长期暴露， 在降温过程中裂缝会逐 步向纵深发展。同时， 其他一些因素如干缩、 冻胀 ， 进一步加剧 了裂缝的发展， 使表面裂缝逐渐发展成贯穿裂缝。所以在今后 的混凝土施工过程当中应该多注意以下几点： ( 1 ) 浇筑渠道混凝土， 科学合理的选择原材料是保证降低。 混凝土水化热的根本， 而混凝土配合比设计水平的高低是保证 混凝土水化热降低的保障。 ( 2 ) 做好浇筑前的混凝土最高温度预测和对覆盖材料厚度 的计算对混凝土浇筑后的养护工作十分重要， 不可低估o ( 编校 ： 杨亚军) 收稿 日期 ： 2 0 1 l 一 0 5- 2 1 作者简介： 赵茔， 从事流域管理工作。 洛西干渠现浇衬砌混凝土面板出现纵 向裂缝原因浅析王丽等 l 5 9 1 2 P E膜铺设 严格按技术规范要求断面铺设， 搭接长度不少于2 0 e m， 上 游压下游， 且粘接牢固， 破损处粘补。 1 3 混凝土衬砌 ( 1 ) 原材料 ： 采用洛 惠牌 3 2 5 R普 通硅 酸盐水 泥 ， 性能稳 定， 多次取样化验符合标准要求。砂子采用灞河中砂， 颗粒均 匀 ， 含泥量小 ， 无杂质 。石子采用 卧虎山碎石 ， 质地坚硬 、 干净 。 ( 2 ) 施工工艺采用型钢加工的模架、 模板， 用插入式振动棒 振捣， 施工中的多种方法如前所述。 ( 3 ) 衬砌厚度： 设计要求阴坡 1 2 e m， 阳坡及底 1 0 e m， 但施 工过程中与监理经常检查， 阴阳坡衬砌厚度均大于设计厚度， 阴坡最大处达 1 8 e m。 ( 4 ) 养护 ： 对新衬砌 混凝 土进 行草 帘覆盖 、 保 温保湿 、 加强 养护。 ( 5 ) 强度检测 ： 施工中严格执行配合比， 过磅取料 ， 取样试 块的强度经专业实验室检测， 均超过设计值。 2裂缝分 析原 因 2 1 混凝土龄期短 、 温差大导致面板收缩裂缝 混凝土 面板产生裂缝原 因很多 ， 但 主要原 因应 是 由于面板 混凝土龄期不足 ， 在 各种外 界 因素影 响下产 生较 大收缩所 致 ， 这种收缩在约束的限制下使面板内产生与收缩方向相反的分 布拉应力 8 。 随着板块的长度缩短 、 减少， 如此持续下去， 直至各面板最 大应力小 于或等于 当时 的混凝 土极 限抗拉 强度 为止。理论 上 此类裂缝先在面板 中出现 ， 这是 一个 规律 ， 但 由于混 凝土面 板 是斜置的， 加上混凝土是非匀质材料， 其抗拉强度不均匀， 更由 于混凝 土龄期 短 ， 抗 拉 强度 低 ， 早 期运 行水位 主要 在面板 1 2 长以下， 水中有大量冰块， 水温比气温更低， 水流带走混凝土大 量 的热量 ， 引起水面 以下板较 水 面以上板 较大 收缩 ， 因而 有时 不像理论上分析的那样裂缝首先出现在面板的中部而是常出 现在面板 离弧 顶 I 31 2的 区域 内， 有些 面板浇 筑期 形成 的 早期裂缝也可 出现在面板的底部 区域 内。 此外， 在面板施工期间， 混凝土表面干缩 ， 温度骤降， 以及 面板内部水化热温升因素可能引起混凝土面板的外部收缩差 而产生表面裂缝 ， 面板表面裂缝可以发生在面板表面的任何部 位， 表面裂缝产生使面板断面抗裂能力削弱 ， 从而更容易转变 为纵 向贯穿性裂缝。 2 2 冻胀引起混凝土面板裂缝 冻胀破坏是长期困扰洛西干渠的一个严重问题， 改造扩建 前， 自上世纪 7 O年代以来 ， 原衬砌板冻胀鼓裂严重， 裂缝几乎 达全长 9 6 以上 ， 因此 ， 大 家认为 ， 洛西 干渠东 西走 向， 阴 阳坡 分 明， 新 混凝 土裂 缝均 出现在 阴坡 ， 与冻胀有 密切 关系 。不 同 的施工队采用不 同的施 工工艺 ， 裂缝均 出现 在 阴坡 ， 而且 在弧 顶以上一定范围内出现， 这一范围正是行水期间水位变化区， 水位下降后 ， 阴坡混凝土面板附着层层冰带， 这对刚施工结束 的混凝土面板极为不利， 面板出现细微裂缝后 ， 进一步受冻胀 力作用 ， 容易在阴坡产生贯穿性纵向裂缝。所以不合理的渠道 输水运行方式， 使渠道水位变化幅度较大， 在冬季温差较大的 情况下 ， 对新衬砌渠道有一定不利 情况影 响。以上收缩 和冻胀 两方面， 都会使混凝土承受很大的拉应力和剪应力， 如果两者 同时作用， 破坏应力值就会更大 ， 导致混凝土面板裂开。 2 3 纵 向伸缩缝位置对裂缝的影响 洛西干渠新衬砌渠道断面形式为平底弧角梯形， 内坡直段 长 3 3 4 e m， 底角弧长9 6 5 e m， 半径 1 4 3 e m， 平底段长 8 0 e m， 坡 比 I ：1 2 5 ， 每4 In一道横向伸缩缝 ， 两边弧顶处分设两道纵向 伸缩缝 ， 行水期间洛西干渠流量多为4 5 m s ， 水位多在弧顶 上 8 01 2 0 c m范围 内， 水侧 压力对 混凝 土 面板产 生 附加 拉应 力， 尤其对水位变动区的软弱带造成破坏 ， 形成裂缝。因混凝 土面板弧段半径较小 ， 渠底 混凝 土板反 拱作 用较 小 ， 不利 于抵 抗冻胀破坏， 对连接段 以选用曲率较小的大半径圆弧连接， 适 当提高纵向伸缩缝的位置 ， 甚至取消渠底平底段， 选用弧底梯 型， 增强底弧反拱作用。 2 4施工方法不当也会产 生裂缝 虽然在施工过程中， 采用了许多措施， 如优选混凝土配合 比、 减少用水量、 降低水灰比、 保证混凝土和易性 、 施工时振捣 密实、 采用二次压面、 使用外加剂、 加强保温及保温养护等， 这 些措 施都对减缓混凝土收缩 梯度 ， 防止施 工期 间裂缝 的发生起 到积极作用， 但是要控制好施工的每一个环节 ， 有待于施工管 理、 施工技术的进一步提高。 3 建议与意见 渠道混凝土衬砌属薄壳混凝土结构 ， 由于所处的环境因素 影响 ， 极 易出现裂缝 ， 引起混凝土面板裂缝 的原 因众 多 ， 我 国有 些施工科学研究所采用补偿收缩混凝土在防止混凝土面板裂 缝取得 了较好 的效果 ， 研制 的防裂剂 已被广 泛地运 用在房建 工 程， 而渠道衬砌工程中尚少见应用。针对洛西干渠衬砌混凝土 面板出现的纵向裂缝， 专家提出三条处理意见 ： 不处理 ， 裂缝 大的地方灌浆， 不影响行水使用 ； 环氧砂浆塞缝 ； 割开加伸 缩缝。这些处理意见比较符合客观情况， 同时， 设计单位优化 设计方案， 监理、 施工单位加强施工质量控制与保证 ， 管理单位 确保科学行水是有效减轻混凝土衬砌板裂缝的关键措施。 ( 编校 ： 常淑英 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 6 0 3