有效控制渠道衬砌砼面板裂缝的措施

　　0、前言

　　引水式水电站因其水头相对较高、工程量较小、基本无水库淹没损失、单位造价较低，特别是在河流比降较大、流量相对较小的山区或丘陵地区的河流上，其可在较短的河段中以较小尺寸的引水渠道取得较大的水头和发电功率等特点，越来越受到重视。 引水渠道衬砌砼由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝， 而裂缝是砼结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。 如何有效的控制渠道衬砌砼面板裂缝成为施工的重点和难点。 本文以某工程施工情况作参考，探究引水渠道衬砌砼板裂缝的成因及防控措施，其具体内容如下所示。

　　1、渠道衬砌砼板裂缝的种类及产生原因

　　某工程的引水渠道总长 12km，设计流量 56m3/s，渠底宽 2m、纵坡1/3000、 过水边坡 1:1.75， 外坡 1:1.5， 渠深 4.9m～6.4m， 渠道左堤顶宽6.0m、右堤顶宽 3.0m。 该渠道采用现浇砼板+土工膜衬砌防渗，其衬砌防渗结构由上至下依次为：12cm 现浇砼板、 一布一膜、3cm 厚 M10 砂浆垫层。 现浇砼板沿水流方向每隔 3m 设 2cm 宽伸缩缝，引水渠砼板每隔 99.3m 设置一道宽 0.3m、深 0.3m 的现浇砼横隔墙。结合该工程的施工经验，渠道衬砌砼裂缝的种类及产生原因主要有以下几点：

　　1.1 塑性收缩裂缝

　　塑性收缩是指砼在凝结之前， 表面因失水较快而产生的收缩，因此塑性收缩裂缝多在新浇筑的砼板上表面出现。 其产生的主要原因为：砼在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者砼刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，砼表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使砼体积急剧收缩，而此时砼的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响砼塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、砼的凝结时间，环境温度、风速、相对湿度等等。 塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态，较短裂缝一般长 20～30cm，较长裂缝可达 2～3m，宽 1～5mm。

　　1.2 沉降收缩裂缝

　　沉降收缩裂缝的产生是由于地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或因模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使砼结构产生裂缝。 此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45 度角方向发展，较大的沉降裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。 裂缝宽度 0.3～0.4mm，受温度变化的影响较小。 地基变形稳定之后，沉降裂缝也基本趋于稳定。

　　1.3 温度裂缝

　　在渠道衬砌砼施工过程中，当温差变化较大或当砼结构受到寒潮袭击，成型后未及时覆盖等都有可能导致砼表面温度急剧下降而产生收缩，而砼内部湿度变化小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部砼的约束，出现拉应力，当拉应力超过砼的抗拉强度极限时，砼表面就会产生裂缝。 这种裂缝通常只在砼表面较浅的范围内产生，且多发生在砼施工中后期。温度裂缝多平行于短边，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一。 受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。 此裂缝会引起砼的碳化，降低砼的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

　　2、渠道衬砌砼裂缝防控

　　根据衬砌砼裂缝形成原因，结合实际施工经验，我们主要从以下几方面进行裂缝防控。

　　2.1 严把原材料关，控制砼水化热，提高砼抗裂能力

　　首先，拌制砼要选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。 配合比设计中应尽量控制好水灰比且掺加合适的减水剂。 质检试验人员应深入施工现场，依据施工现场的施工工艺及浇注后砼板质量，合理选择设计坍落度，塌落度变大，收缩值会增加。针对现场的砂、石原材料质量情况应及时调整施工配合比，尽量避免衬砌砼裂缝的产生。

　　其次，砼配合比设计和砼施工要保证混凝上设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工匀质性指标和强度保证率，有条件时宜优先选用热膨胀系数较低的砂石料。由于温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而实际施工中砼施工匀质性有时较差，所以在施工过程中，除满足前述设计要求的砼抗裂能力外， 还应改进施工管理和施工工艺，改善砼性能，提高砼抗裂能力。

　　最后可通过采用发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂，以减少水泥用量和延缓水化热发散速率等措施来控制水化热。 有关计算表明，不同品种水泥单位发热量相差 4J/g，若单位水泥用量以 200kg/m3计，则砼绝热温升相差约 3~4℃； 而每立方米砼少用 10kg 水泥， 则可降低砼绝热温升1℃左右。 因此设计时应优先选用发热量较低的中热或低热水泥 。

　　2.2 严抓渠道开挖与填筑质量，避免沉降裂缝的产生

　　引水渠道土方基础的密实程度是决定渠道质量的关键，也就是说沉降缝是渠道质量的“命门”，所以引水渠道施工质量的关键在于渠道土方开挖及填筑质量的好坏。对于开挖渠段，开挖前应进行精确测量放样，开挖时采用挖掘机倒退法进行分段开挖，并预留 20cm 的保护层，避免扰动渠道土基及超挖。人工开挖保护层时，要按给定的高程和边坡线进行开挖，且必须及时清理渣土，不能将多余的土长时间堆放在工作面上。 在渠底和边坡修整时，根据设计高程挂线施工，万一出现局部超挖现象，则利用修整的土料洒水夯实回填，经检验合格后方可进行下道工序施工。

　　针对回填渠段，回填之前一定要清除树根杂草、垃圾废渣等，严格控制回填土块粒径及土料的含水量，回填土时严格按碾压参数控制铺料厚度、加水量、碾压遍数进行回填碾压，碾压时应保持填筑面平整，以防雨水下渗和避免积水。 雨后填筑面应晾晒或加以处理，并经检验合格后方可继续施工。

　　2.3 降低砼浇筑温度，加强砼表面保护

　　首先降低砼浇筑温度应从降低砼出机口温度、减少运输途中和仓面的温度回升两方面着手。降低砼出机口温度可通过提高骨料堆料高度、防止骨料运输过程中温度升高（所有运输设施均宜设置防阳隔热设施）以及预冷骨料（如水冷法、风冷法）等措施进行；给立罐、汽车等运输砼的容器侧壁及顶部设防阳隔热设施可减少运输途中温度回升；砼浇筑前给坡面洒适量的水、铺设土工膜时根据当地气温变化幅度和产品说明书预留出温度变化引起的伸缩量、避开高温时段浇筑、采用跳仓法浇筑砼并加强砼的浇灌振捣、合理增加抹面次数等措施减少仓面的温度回升。

　　其次应在浇筑完毕后的 12h 以内对砼加以覆盖并保湿养护。 实践经验表明，砼所产生的裂缝，绝大多数都是表面裂缝，但其中有一部分会发展为深层或贯穿裂缝，影响结构的整体性和耐久性，危害极大。表面保护是防止表面裂缝的最有效措施，特别是砼浇筑初期内部温度较高时，尤其应注意表面保护。

　　裂缝是砼衬砌渠道中普遍存在的一种现象，它的出现会降低渠道的防渗能力，影响使用功能和寿命，对结构安全运行产生潜在危害，因此在施工中要对砼裂缝进行认真研究、区别对待，从裂缝产生原因入手，严格按照规范进行施，并在施工中采取多种有效的措施进行预防，保证渠道安全、稳定地运行。

　　参考文献：
　　［1］水利水电工程施工手册[Z].中国电力出版社.
　　［2］王铁梦.工程结构裂缝控制[M].
　　［3］鞠丽燕.砼裂缝抑制措施的研究进展[J].