渠道襯砌混凝土裂縫分析與處理

1、渠道襯砌混凝土裂縫分析與處理1 引言南水北調(diào)中線工程渠道襯砌采用C20W6F150素混凝土，襯砌機(jī)襯砌施工，渠底混凝土厚度為8cm、邊坡混凝土厚度為10cm。橫縫每12m設(shè)一道通縫、中間4m間隔采用切縫，切縫深度7cm，縱縫以4m左右設(shè)一道切縫，切縫深度為67cm，渠底中間設(shè)一道通縫。渠道11標(biāo)地處河北省新樂市，渠道全長4.9km，全部為土渠段，地質(zhì)巖性多為黃土狀壤土、砂壤土、沙礫等。渠段內(nèi)地下水的類型主要為孔隙水,主要賦存于第四系全新統(tǒng)的砂土及礫卵石含水層中，地下水埋深一般1025m，多屬潛水。地下水與地表水聯(lián)系緊密，具有較強(qiáng)或強(qiáng)的富水性和強(qiáng)透水性，部分具中等透水性。渠段內(nèi)凍土為季節(jié)性凍土，

2、凍土厚度0.780.88m?；炷料虏捎脧?fù)合土工膜加強(qiáng)防滲，土質(zhì)基礎(chǔ)鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫塑料板保溫防凍。2 渠道混凝土裂縫的出現(xiàn)至2007年11月底已襯砌渠道3.5km， 2008年1月5日檢查，渠道左、右邊坡、渠底出現(xiàn)裂縫共計53處；2008年2月3日再次檢查，渠道左、右邊坡、渠底裂縫增加到183處，其中渠左、渠底裂縫比前期數(shù)量大量增加，渠底裂縫大部分位于渠底低洼積水處，同時這些部位出現(xiàn)混凝土表皮脫落；部分混凝土板隆起，最大隆起高度40mm。裂縫出現(xiàn)的時間及部位見下表。3 渠道混凝土裂縫成因分析從表中裂縫出現(xiàn)的時間、部位、形狀和裂縫發(fā)生的環(huán)境條件分析，結(jié)合有關(guān)資料，筆者將引起裂縫的原因歸結(jié)為兩類

3、：3.1基礎(chǔ)凍漲引起的裂縫3.1.1基礎(chǔ)凍漲的原因基礎(chǔ)凍漲是由于在負(fù)溫天氣下，基礎(chǔ)土質(zhì)中的水結(jié)冰造成基礎(chǔ)體積膨脹，當(dāng)膨脹達(dá)到混凝土抗折強(qiáng)度極限時，導(dǎo)致混凝土板斷裂，基礎(chǔ)凍漲必須具備負(fù)溫和一定的含水量兩個主要因素。據(jù)氣象統(tǒng)計資料顯示，一月是當(dāng)?shù)厝曜罾涞脑路荩缕骄鶜鉁貫?2.8，凍土厚度達(dá)0.780.88m。2008年12月至1月最低氣溫達(dá)-8，平均負(fù)溫天氣持續(xù)近一個月。根據(jù)基礎(chǔ)含水量測定，砂土層含水量5.78.7%，土層含水量12.514.2%，砂層含水量5.66.2%，很明顯壤土層含水量偏高，正是由于這兩個主要因素的存在造成了基礎(chǔ)凍漲。3.1.2 裂縫的形成本段地質(zhì)情況是渠道邊坡下部和渠底

4、基礎(chǔ)土質(zhì)多為砂土或壤土，由于地面水的下滲，加之本表1 渠道襯砌混凝土裂縫統(tǒng)計裂縫出現(xiàn)時間裂縫數(shù)量(條)部位走向?qū)挾龋╩m）基礎(chǔ)土質(zhì)結(jié)構(gòu)形式2右邊坡縱向0.21壤土/砂混凝土+膜+保溫板4左邊坡縱向0.21壤土/砂混凝土+膜+保溫板4渠底縱向0.20.8砂混凝土+膜+保溫板39右邊坡縱向0.21.6壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜2左邊坡縱向0.20.8壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜2渠底縱向0.20.5砂土；砂混凝土+膜39右邊坡縱向0.21.8壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜42左邊坡縱向0.21.5壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜49渠底縱向0.21砂土；砂混凝土+膜區(qū)域地下水與地表水聯(lián)

5、系緊密，具有較強(qiáng)或強(qiáng)的富水性和強(qiáng)透水性，使得砂土和壤土層含水量偏高，并且形成持水層，基礎(chǔ)極易受凍。從渠道邊坡發(fā)生裂縫的部位分析，渠坡上部發(fā)生裂縫41處，而下部裂縫87處，渠道下部砂土或壤土基礎(chǔ)部位的裂縫明顯高于上部砂層基礎(chǔ)部位的裂縫。并且大部分裂縫發(fā)生在未鋪設(shè)聚乙烯保溫板的渠段，已鋪設(shè)聚乙烯保溫板的渠段僅出現(xiàn)少量裂縫。從裂縫發(fā)生的時間上分析，渠底和渠左邊坡裂縫較渠右邊坡出現(xiàn)時間晚，但裂縫數(shù)量急劇增加。渠道走向為西南至東北向，渠左邊坡為陽面，渠底處于半陽面，所以裂縫出現(xiàn)時間較晚。從裂縫的形狀看，裂縫處混凝土板均有隆起現(xiàn)象，縫口上大下小。冬季后檢查裂縫時，發(fā)現(xiàn)大部分裂縫在基礎(chǔ)凍漲消失后有所收縮，隆

6、起的混凝土板不同程度的回落。綜合以上裂縫發(fā)生的情況，可以看出，基礎(chǔ)凍漲導(dǎo)致了襯砌混凝土板裂縫的出現(xiàn)。3.2 混凝土表面冰凍引起的裂縫2008年1月5日前出現(xiàn)53處裂縫，其中渠道右邊坡出現(xiàn)39處，渠底和渠左邊坡各2處。2008年1月5日至2008年2月3日之間，出現(xiàn)130處裂縫，渠道左邊坡和渠底大量增加。渠道邊坡由于后期氣溫急劇下降的原因，直接造成了混凝土板裂縫大量增加和隆起。2008年1月份出現(xiàn)的兩次降雪，使渠底低洼處出現(xiàn)積水，隨氣溫的降低，積水處混凝土表面出現(xiàn)冰凍。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)?shù)刈罾湓缕骄鶜鉁?3時，最低可達(dá)-10以下，可出現(xiàn)6070次通過0的正負(fù)交替次數(shù)。另據(jù)有關(guān)研究水結(jié)冰的膨脹體

7、積公式： Ud=0.09SUM式中 Ud毛細(xì)管水的過剩體積（膨脹體積）； U毛細(xì)管的空隙體積； S飽和度； M成冰率?？芍?，水完全結(jié)冰可產(chǎn)生9%的體積膨脹，使混凝土遭受很大的內(nèi)部破壞力。渠底的積水造成了混凝土處于完全飽和狀態(tài)，冰凍后混凝土體積膨脹更為嚴(yán)重。由于日夜氣溫的交替變化，經(jīng)過凍融交替，使渠底積水處混凝土板出現(xiàn)裂縫。同時，此處的混凝土表皮大面積脫落，正是由于混凝土出現(xiàn)凍融交替，使得混凝土表面遭受更為嚴(yán)重的破壞。3.3 保溫措施不足造成的基礎(chǔ)凍漲已襯砌完成的3.5km渠道，只有1km段的基礎(chǔ)采取了鋪設(shè)聚乙烯保溫板防凍措施，本段渠底只出現(xiàn)4處裂縫，渠坡6處裂縫，其余未鋪設(shè)聚乙烯保溫板渠段的渠

8、底裂縫51處，渠坡裂縫122處。由此可見，聚乙烯保溫板對基礎(chǔ)的隔熱防凍起著關(guān)鍵作用，未鋪設(shè)聚乙烯保溫板的渠段基礎(chǔ)凍漲嚴(yán)重，直接導(dǎo)致了混凝土板裂縫的出現(xiàn)。4 渠道裂縫處理根據(jù)裂縫的寬度、裂縫的分布數(shù)量和材料的不同特性，采用不同的處理方法。處理后的裂縫要能保證結(jié)構(gòu)原有的整體性以及防水防滲漏的要求。本工程采取表面涂抹、鑿槽嵌縫、拆除重新澆筑混凝土等方法。4.1 表面涂抹處理對于縫寬0.2mm的裂縫，涂抹水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行表面處理，即可以保證原混凝土的整體性，又可利用防水材料的滲透作用，填塞縫隙，達(dá)到防水的目的?？p寬0.2mm0.4mm的裂縫，為防止裂縫的變化造成處理失效，采用涂抹水泥基柔性

9、防水材料進(jìn)行表面處理。材料性能及原理1）水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是一種剛性防水材料，具有呼吸性、防水作用的永久性和獨特的自修復(fù)能力，安全無毒。與水作用后，材料中含有的活性化學(xué)物質(zhì)通過載體向混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土中形成不溶于水的結(jié)晶體，填塞毛細(xì)孔道，從而使混凝土致密防水。2）水泥基柔性防水材料是一種雙組分、高聚物改性的水泥基防水材料，彌補(bǔ)了水泥基剛性防水材料抗拉強(qiáng)度過低、抗沖擊強(qiáng)度差的弱點。與普通水泥砂漿相比，具有高強(qiáng)度、高韌性、高粘結(jié)性和耐酸堿性、抗?jié)B透性以及低溫固化等特點。通過自然蒸發(fā)和水化反應(yīng)干燥成為粘結(jié)良好、柔韌、致密的防水涂膜，達(dá)到防水的目的。施工方法及要求1）水泥基滲透結(jié)晶型防水材

10、料防水基面預(yù)處理：除去浮灰、浮漿、油脂等物，沖洗干凈；鏟除空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位；將表面打磨粗糙后用水浸透防水基層。制備料漿：按體積比水泥基滲透結(jié)晶型防水材料：水=5：2進(jìn)行配置，攪拌均勻，每次拌料應(yīng)在25分鐘內(nèi)用完，使用過程中不得二次加水，料漿用量以干粉計約1kg/m2。在縫寬0.2mm的裂縫混凝土表面直接涂刷，涂刷范圍為裂縫兩側(cè)各10cm，涂刷一遍，厚度約1mm。養(yǎng)護(hù)：當(dāng)涂層固化到不會被灑水損壞時開始養(yǎng)護(hù)，以噴灑水霧為主，保持涂層濕潤，養(yǎng)護(hù)3天以上。養(yǎng)護(hù)主要是促進(jìn)防水涂層的強(qiáng)度盡早體現(xiàn)、防止開裂、更好的滲透。施工溫度：施工環(huán)境溫度不宜低于5和高于40。2）水泥基柔性防水材料水泥基柔性

11、防水材料涂抹前，基層混凝土強(qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計值的80%?；鶎討?yīng)平整、堅固、潔凈，如果有油污、孔洞等要進(jìn)行清洗、修補(bǔ)處理。施工前，基層面保持基本干燥，無大面積潮濕面時即可施工。水泥基柔性防水材料A與B組分按重量比1：1的配比混合，攪拌均勻。攪拌時用砂漿攪拌機(jī)或手提電鉆配以攪拌齒進(jìn)行現(xiàn)場攪拌，攪拌時間比普通砂漿要延長23分鐘。在裂縫兩側(cè)各10cm范圍內(nèi)涂刷一遍，厚度2mm，表面應(yīng)壓實、抹平。水泥基柔性防水材料凝結(jié)后，進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度不低于5。未達(dá)到硬化狀態(tài)時，不得澆水養(yǎng)護(hù)或直接受雨水沖刷。4.2 鑿槽嵌縫處理縫寬0.4mm的裂縫，由于裂縫較寬，進(jìn)行鑿槽嵌縫處理，保證修補(bǔ)材料的牢固性。嵌縫材料為

12、水泥基柔性防水材料或聚硫密封膠。4.2.1材料性能雙組份聚硫密封膠是以液態(tài)聚硫橡膠為基料配制而成的常溫下能夠自硫化交聯(lián)的雙組分密封膠，對金屬及混凝土等材質(zhì)具有良好的粘接性，可在連續(xù)伸縮、振動及溫度變化下保持良好的氣密性和防水性，耐久性甚佳。明渠專用聚硫密封膠是渠道工程選定的填縫材料。 施工方法及要求1）水泥基柔性防水材料沿裂縫方向鑿成一個寬25mm、深38mm的“U”型槽溝，槽深為槽寬的1.5倍。清除縫內(nèi)的污物及雜質(zhì)，用清潔的壓力水徹底沖洗、濕潤，確保施工面干凈、潮濕。粉料、液料按約5：1的比例混合成厚質(zhì)膏狀。將拌和好的防水砂漿填入槽內(nèi)壓實，為確保表面平整度，在初凝具有一定強(qiáng)度后立即

13、進(jìn)行找平處理。施工環(huán)境溫度不宜低于5和高于40，拌和好的料漿在20分鐘內(nèi)用完。2）聚硫密封膠沿裂縫方向鑿成一個寬25mm、深38mm的“U”型槽溝，槽深為槽寬的1.5倍。清除縫內(nèi)的污物及雜質(zhì)，并保持縫內(nèi)干燥。將混合好的雙組分底涂液涂刷在被粘表面上，干燥成膜。按產(chǎn)品使用規(guī)定的配合比，將兩個組份混合，達(dá)到色澤均勻無色差，填平密封處，并壓實。4.3 拆除重新澆筑混凝土對于單塊混凝土板抬動1cm以上且有多處裂縫的進(jìn)行拆除處理，拆除后對基礎(chǔ)的凍漲層清除，更換與原基礎(chǔ)介質(zhì)相同的材料，壓實度達(dá)到設(shè)計指標(biāo)后重新澆筑混凝土；抬動1cm以上裂縫較少，且裂縫危害不大的只對裂縫進(jìn)行處理。5 結(jié)論據(jù)統(tǒng)計，南水北調(diào)渠道沿

14、線有18個標(biāo)段的襯砌混凝土均出現(xiàn)類似裂縫，其中只有一個標(biāo)段襯砌混凝土為巖基，裂縫較輕，其余標(biāo)段襯砌混凝土基礎(chǔ)均為土質(zhì)和砂礫料，裂縫較為嚴(yán)重。渠道襯砌混凝土板厚僅810cm，極易受基礎(chǔ)凍漲而出現(xiàn)裂縫甚至斷裂，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)對引起基礎(chǔ)凍漲的原因進(jìn)行綜合分析，采取足夠的保溫措施。1）設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況采取足夠的保溫措施，特別是對含水量高的土質(zhì)基礎(chǔ)和背陰面渠坡，保溫板的設(shè)計是重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)對渠道混凝土板裂縫分析及處理措施專題研究，及時對原設(shè)計進(jìn)行完善，后期襯砌的混凝土且未鋪設(shè)保溫板或換填砂礫料的基礎(chǔ)，全部增設(shè)聚乙烯泡沫板保溫層，加強(qiáng)了對基礎(chǔ)的保溫措施。2）施工中嚴(yán)格控制保溫板拼接質(zhì)量，保溫板尺寸應(yīng)盡量大，板面完整無損，并且板間應(yīng)粘結(jié)，提高保溫效果。施工期較長的渠道，氣溫較低時應(yīng)及時清理渠道底部的積雪、積水，防止混凝土凍融而出現(xiàn)裂縫。3）基礎(chǔ)凍漲消失后，抬起的混凝土板有不同程度的回落，根據(jù)裂縫的寬度，