渠道混凝土衬砌面板裂缝的预防及控制措施.pdf

长 度 方 向分段 出 现 ，裂 缝 宽 度 不 一 ，表 面 裂 缝 一 般 出 现在施工期间。此类裂缝 主要集 中在深秋与冬季来临 前一 段 时 间或 冬季 与 春 季 交 替 期 间 ，主 要 由于 浇 筑 完 成 的混 凝 土表 面及 内部 温 度 不 均 匀 ，或 振 捣 不 密 实 而 引起 。 2 4 塑性收缩裂缝 塑性 收缩裂缝 常出 现在混 凝 土表 面 ，形 状规 则 ，长 短 不一 ，互不连贯 ，裂缝较 浅 。塑 性 收缩 是 由于混 凝 土 在 终凝前 表面失水 过快 ，造 成混凝 土体 积 中水 分过 快散 失 ，使得混凝土的强度不能抵抗这种应力而产生裂缝。 衬 砌混凝 土 在 浇筑 过 程 中振 捣 质 量 差 ，衬 砌 板 下 基 础 或垫料过于干燥而不洒水湿润、干热或大风天气下混 凝土衬 砌板 成型后 养护不 及 时等，易 产生塑 性 收缩 裂 缝 。 3 混凝 土板裂缝预 防及控 制措 施 为 了防止混 凝土 产生 裂缝 ，在分 析 了混 凝土 裂缝 成 因后 ，针对 出现 裂缝 的不 同原 因，在 采取 有 针对性 的措 施后可有效地预防及控制混凝土板面产生裂缝 ，从而保 证混凝土施工质量、使用寿命及功能。 3 1 控制基础处理 穿黄工程北岸标所承接的渠道主要 为高填方渠道， 即为在地面基础以上填筑较高的大堤，以形成通水 的渠 道。渠道大堤的密实度将直接影响到后期混凝土板的稳 定性 ，不 管是前期 的大堤 填筑 压实 还是 后期 的削坡 整平 处理 ，若 处理不 当，都将可能造成混凝 土裂缝 。 大 堤在填筑前需 先根据 选 择 的土料 进行 压 实生 产性 试验，确定单层铺设厚度、压实遍数、土料含水率、超 填宽度范围等；后期的削坡处理不仅要控制好大面平整 度 ，还应处理好出现超挖 的凹槽、坑回填。按照进行 的 大堤压实试验 ，确定土料松铺厚度为 3 5 c m，振动碾压 1 O 遍 ( 2 0 t 振动碾) ，控制土料含水率为 1 5 3 1 9 3 ， 超出设计体型边线的压实宽度不小于 3 0 c m，压实度的检 测工作重点应 集 中在大 堤边 线附 近 。渠坡 土方 削 坡一般 分为机械粗削和人工精削。机械粗削一般采用反铲挖掘 机进行，一般预留 l O c m的保护层 ( 通常情况下，将钢板 焊接在挖掘机斗齿上 ，以抱住斗齿) ；人工精削则使用人 工配合削坡机的方法进行，削坡机进行大堤坡面大面精 削，人工辅以铁锹对各条带错台线进行精细处理，同时 配备靠尺进行检查。 对于出现的超挖现象，应按照土方填筑要求开台阶 状坑分层进行 回填。精削过程中每隔 5 m设置一道控制 桩 ，在 标高控制桩上挂线 ，形成控制 网。 3 2 原材料进场质量控制 衬砌混凝土板所用的水泥、粉煤灰、外加剂，进场 混 凝 土 工 程 鳓 时必须有生产厂家的质量证明书，并按照相关规定做好 进场质量检测工作，尤其应做好混凝土的凝结时间和安 定性 检测 ；同时对 于不 同批 次进 场的 水泥 ，不 得混 杂使 用 。衬砌 混 凝 土 板 施 工 所 用 的 水 泥 有 限 ，考 虑 使 用 P 04 2 5 普通硅酸盐水泥。同时，为了降低单位混凝土 的水泥用量 ，减少混凝土中水泥水化热，改善混凝土的 流动性、黏聚性和保水性 ，推迟水泥的水化热峰值出现 时间 ，在混凝土 配合 比设计 阶段就 应考 虑加 入一 定量 的 粉煤灰 ，以代替部分水泥掺入量 。 用于混凝 土 的砂料 ，必 须用 级 配 良好 的 中砂 。砂 料 进场前应按照规定进行检测，其颗粒风化岩含量、坚固 性、有害物质含量等项 目的指标应满足施工规范及规定 要求 。 用于混凝土 的石子 ，进 场前 应 做好 石子针 片状 颗粒 含量、含泥量、风化岩含量、强度等项 目的检测 ，其指 标应 满足规范 、规定要 求。 3 3 混凝土拌制过程控制 衬砌混凝土的拌制应严格按照混凝土配合 比通知料 单进行计量投料，并定期校正拌和设备及称量设备 。按 照不同季节、天气情况提前做好砂石料含水率的检测控 制，以便及时调整配合比中掺人的水量。 按照所配置拌和楼 的生产能力，确定各掺人料的计 量数量；同时，严格控制水灰 比、坍落度的检测，尤其 是要随时对坍落度进行抽查。 按照设计 的纤维混凝土 ( 一级配) ，并 结合施工经 验 ，纤维混凝土的拌制时间应控制在 1 5 2 mi n ，混凝 土 坍落度为 4 6 c m。为了控制混凝土出机口、到达现场时 的坍落度，应根据季节、天气的不 同进行调整，具体为 春、秋季节将混凝土出机 口的坍落度控制在 6 c m左右， 可保证混凝土输送到现场的坍落度在 4 5 c m。混凝土浇 筑时间一般控制在 7：O O 1 6： O 0 ；夏季高温施工过程 中，混凝土出机 口坍落度控制在 7 c m左右，可保证混凝 土输送到现场的坍落度在 5 6 c m，混凝土浇筑时间一般 控制在 1 6： 0 0 2 4： O 0 。 对于夏季高温天气施工，还应防止砂石料温度过高， 可在料仓应搭 设遮 阳棚 ，防止 太 阳直接 照射 ，同时 在拌 制前使用井水对骨料进行预降温。 3 4 衬砌混凝土施工过程优化控制 衬砌混凝 土浇 筑前 ，先 向土工 膜喷 洒少 量水 ，防止 土工膜表面土 工布 干燥 吸水 ，避 免混凝 土在 振捣 后 出现 塑性收缩裂缝 。 不 同温度 条 件下 混 凝 土 的运 输 时 间需要 严 格 控制 ， 避免出现混凝土还未卸料就凝固的现象。按照施工经验， 5 1 8 时混凝 土运输 时 间不 得超过 1 7 5 h ，1 9 2 8 时 混凝土运输时间不得超过 1 5 h ，2 9 3 3 时混凝土运输 时间不得超过 1 2 5 h 。 混凝土衬砌中，混凝土坍落度、浇筑时段选择、衬 3 3 水利水 电施工 2 0 1 2 第 1 期 总第 1 3 0期 砌速度及振捣时 间都是影 响混 凝土成 型后 质量 的重要 因 素。对于混凝土坍落度、浇筑时段的选择，可按照 3 3 节进行；对于混凝土衬砌机行进速度、振捣棒振捣时问， 则根据选择 的 S C F M0 5 一 I I 型振动滑模衬 砌机性能 ，将 衬 砌机一 次布 料 移 动宽 度 控制 在 5 0 c m，振 捣 时 间控 制 在 5 s 。考虑 到夏季 高温 天气施 工 ，若施 工 作业 出现 中断 或 不连续等情况 ，都将可能导致混凝土无法及时收面及覆 盖养护等，为避免此类现象，夏季高温天气施工过程 中 最大仓号应控制在 2 4 m左右 ，连仓浇筑不得超过 4 8 m ( 保证处于通缝位置) 。混凝土振捣不足，容易得混凝土 出现蜂窝；振捣过量，则粗骨料下沉、混凝土离析，同 时 出现坡面混凝 土 向坡脚堆 积 的现象 ，造 成坡 比发 生 变 化 。这两种情况都 影 响混凝 土 的强度 。混 凝 土抹 面能 够 提高混凝土板表面的密实度，形成光滑外表，使得水流 糙率降低，可起到降低消耗、防止混凝土冲刷的作用。 混凝土抹面可消除表面收缩裂缝 ，但需要控制过分抹面 压光 ，避免产生表面龟裂。 渠道衬砌混凝土板均较薄，施工过程中应避免在高 温、大风天气进行浇筑，以防止混凝土板在达到覆盖养 护条件 前出现因表面失水过快而出现裂缝 。 3 5 伸缩缝切缝 由于机械化衬砌施工为连续作业，其纵 向、横 向伸 缩缝在施工过程 中难 以进行 预 留，因此 混凝 土板 在衬砌 完成后要及时进行切割。切缝的作用是使内应力在切缝 处产生应力集 中 ，从而 使裂 缝在 切缝 处 出现 。混 凝土板 切缝施工是机 械化衬 砌施 工 中重要 的一 环 ，如不 加强 控 制，极易产生裂缝。 伸缩缝切缝分为横向通缝 ( 垂直水流方向) 、横 向半 缝和纵向半缝 ( 顺水流方向) ，分缝单元块尺寸为 4 m 4 m，并在靠近渠道坡脚的部位设置一道诱导缝 ( 距离渠 底 5 0 0 ram) ，而后自此缝向坡肩每隔 4 m分缝。横向通缝 与横 向 半 缝 间 隔 布 置 ，纵 向 均 为 半 缝 ；横 向 通 缝 宽 2 0 mm、深 9 0 mm，横 向半缝宽 1 0 ram、深 7 5 mm，纵 向半 缝宽 1 0 mm、深 5 0 ram。 当混凝土板强度达到 1 5 MP a时 ，就可 以使用切 割 机进行切缝施工。切缝施工应根据不同施工季节及温度 情况灵活掌握 ，因为切缝过早将使得粗骨料从砂浆中脱 离 ，切缝 就破 损残 缺 、不整 齐 ；切 缝过 晚 ，内部 应 力 已 经产生，如果产生的拉应力大于混凝土容许值 ，混凝土 板就会 开裂 ，形成裂缝 。混凝 土 强度 增 长快 ，切 缝 时 间 就要提前；温差大，切缝时间也要提前。切缝时间一般 遵循的原则是 “ 能切就切 ，宁早勿晚” 。同时，混凝土板 切缝应按照横向通缝 ( 垂直水流) 、横向半缝、纵向半缝 ( 顺水流)的顺序进行切割。 考虑到横 向通缝、半缝 ，纵向半缝深度和宽度各不 相 同 ，在采用相 同刀 片进行 切 割时 ，若 控 制不 当，将 可 能切破土工膜 ，造成质量事故。考虑到上述因素，切割 3 4 机所用的刀片均需要特别定制，若切割横 向通缝，则定 制宽度为 2 0 ra m、刀片有效半径控制在 9 5 ram，横向半缝 刀片定制宽度为 1 0 mm、刀片有效半径控制在 8 0 ram，纵 向半缝 刀片定制宽度为 1 0 mm、刀片有效半径控制 在 5 5 ram。根据制定的不同刀片，在切割不同缝面时及时更 换，既可保证切缝质量，又可保证不切破土工膜。 按照纤维 混凝 土衬 砌施 工经 验 ，在春 、秋 季节 施 工 过程中，混凝土切缝应在混凝土浇筑完成 1 8 h后开始 ； 夏季施工过程中，混凝土切缝应提前至混凝土浇筑完成 1 5 h 后开始；若遇到特殊天气，如超高温、持续大风天 气 ，应适 当提前进行 切缝 。 混凝土切缝 后 ，应 随即进 行缝 面 的清理 工作 。避免 残存在缝面内的残渣重新凝固，使伸缩缝失去作用。缝 面清理时用高压水枪进行冲洗，将缝内的残渣冲洗干净。 3 6 混凝土板成型后的养护 混凝土板衬砌完成后，逐渐开始凝固硬化，当外界 相对湿度较小 时 ，混凝 土板 将会 从外 向内逐渐 失水 。如 果养护不到位 ，就会造成混凝土板表面失水快、收缩快 ， 而混凝土板内部失水慢、收缩慢，从而使得混凝土板上、 下 收缩不一致 ，产生应力 ，形成裂缝 。 由于纤维混凝土板设计有抗冻、抗渗性能的要求 ， 并且混凝土中掺人了粉煤灰，根据施工规范要求，养护 时间不得少于 2 8 d 。混凝土养护优先使用 4 0 0 g ms的土工 布覆盖养护，同时配置专职人员负责洒水养护，洒水的 次数 以能够保证 混凝 土板表 面湿 润 即可 。在一 般 天气条 件下，白天洒水养护应每隔 2 3 h进行一次，夜间可适 当减少；当遇到干燥、高温、持续大风天气 时，应适当 增加洒水养护次数 ；反之亦然。 混凝土板应在强度增加期间持续养护，避免混凝土 板受 风吹 日晒 ，以保 护混凝 土 处于 湿润 状态 ，避 免混 凝 土板失水 开裂 。同时 ，进 行混 凝 土切 缝 时 ，应 随切 随掀 养护布，避免混凝土大面长期暴露于空气中。 4 结束语 混凝土裂缝是施工 中普遍存在的现象，南水北调沿 线渠道机械化衬砌混凝土施工以来，多处不同程度 出现 了裂缝现象。裂缝 的预防及控制是南水北调的一个重点 公关课题，特别是在施工工艺、材料、基础处理等方面 均需加强控制 ，才能减少裂缝的产生。我们在穿黄工程 渠道施工过程 中不断总结施工经验 ，并借鉴南水北调其 他段的施工经验，结合穿黄工程纤维混凝土的施工特点， 有针对性地制订了以上预防及控制措施。从施工过程来 看，以上预防及控制措施对减少混凝土裂缝 的产生是非 常有帮助的。但鉴于施工环境 的变化、施工材料性能的 变化 ，应根据施工 地实 际情 况灵 活调 整 ，根据 不 同情况 调整控制措施，避免混凝土产生裂缝。