水利渠道衬砌混凝土裂缝成因及预防管理办法

2024-02-28 41点热度 0人点赞

随着经济的不断发展,我国水利设施建设逐渐完善,然而在渠道衬砌混凝土施工中,普遍容易产生裂缝,尤其在斜坡上,造成输水渗漏甚至工程破坏。由于裂缝产生的原因复杂,涉及学科多,因此,渠道衬砌混凝土裂缝处理措施是一个相当普遍性的技术难题。这需要广大科技工作者与工程技术人员携手努力,长期探索。文章结合近年的工作实践,对渠道衬砌混凝土裂缝产生的原因、危害及预防处理措施进行了如下分析,供同行参考之用。

1. 混凝土裂缝的分类

根据深度、范围和原因的不同,衬砌混凝土板产生的裂缝可分为表层裂缝、塑性裂缝和贯穿裂缝。表层裂缝产生在混凝土板表面,裂缝长度一般不超过10cm,深度不超过3mm,纹理细碎,形状不规则,如鸡爪状或龟背状,一般只见裂纹,看不见明显的缝隙。塑性裂缝深3~6mm,长1~3m,在一块混凝土板上有一道至数道,走向基本平行。贯穿裂缝是指裂缝将混凝土板全部切穿,贯穿整块甚至数块混凝土板,长度达数米至数十米,走向连续规则。

2.衬砌混凝土裂缝的危害

表层裂缝基本不影响混凝土强度及工程使用。塑性裂缝危害较小,在初期不影响工程的运用,但如不及时处理会发展成贯穿裂缝。贯穿裂缝会对工程造成很大的危害。渠道输水时水沿着裂缝渗入到混凝土板下,使基础的含水量提高乃至饱和,由于混凝土板的覆盖,这些水分难以蒸发而存留在土壤中。在寒冷地区,如密云水库上游,极端最低气温为-35.3℃,到冬季时饱含水分的土壤受冻膨胀变形,对工程产生破坏。形式有三种:一是加大破坏范围,基础膨胀使混凝土板裂缝加宽延长,来年灌溉时水侵入到更大的范围内,形成恶性循环;二是加重破坏程度,基础变形使混凝土板产生错茬,致使灌溉时同一范围内进入更多的水量,冬季时冻胀加剧,造成混凝土板沿裂缝鼓起、 错位甚至翘起;三是水沿裂缝钻入混凝土板下产生渗流,把基础冲刷掏空或沿着兽洞蚁穴渗流到堤外,严重时造成溃堤。

3.裂缝产生的原因

混凝土板产生裂缝的原因是多方面的,经观察研究,主要原因如下。3.1表层裂缝产生的原因。

①混凝土压面次数不足或压面不及时;②抹面时因表面干涩加水或因混凝土稀薄洒干水泥;③施工人员为了搅拌或抹面方便在混凝土拌和时随意加水,造成水灰比偏大,混凝土凝固时产生收缩裂缝;④养护不及时,形成干缩裂缝。

3.2塑性裂缝产生的原因

①工期延误造成冬季施工,遇到急剧降温时尚未凝固的混凝土板收缩产生裂缝;②夏季天气炎热,遇大风天气表层水分损失过快;③基础干燥使混凝土失水;④漏振或振捣不密。这种裂缝发生时间较早,中间宽两头细,位置集中,深度为1~3cm,长度一般不超过10cm。

3.3贯穿裂缝产生的原因

①单块混凝土板设计长度偏大。许多长度为6m的混凝土板在中间产生了垂直裂缝,形状规则,呈直线状。②基础原因。这种原因产生的裂缝比例最大,裂缝长度从数米至数十米,往往伴有混凝土板表面错茬。具体又分为几种情况:一是地质勘察不细致,个别渠堤段以前为坑溏、洞穴,勘测时虽已回填但基础软弱;二是施工单位为降低成本,开挖基础时用机械一次开挖到位而没有预留保护层,造成部分基础超挖;三是回填土不密实;四是设临时车道的部位由于车辆通行造成过压;五是降雨后施工单位为抢工期,基础没有晾干就浇筑底板,覆盖在下面的水分到冬季时冻胀使混凝土板折裂,这种裂缝多产生在渠底混凝土板中间。 ③外来降水。一些基础处理和混凝土施工质量都很好的混凝土板也产生了裂缝,经勘察发现是自然降水侵入到混凝土板下造成的。一种情况渠道两侧是高出渠顶数米的土坡丘陵,雨水或雪水沿浸润线侵入到混凝土板下,另一种是渠顶混凝土板边沿回填土不密实或渠顶高程低于混凝土板,致使自然降水沿着混凝土板与基础的接合面侵入,侵入的水分到冬季产生冻胀把混凝土板拱裂。④对与渠道交叉的外来水源如天然泉眼、村庄污水等没采取处理措施,这些水源借部分渠段四季穿流,冬季冻胀造成混凝土板折裂、翘起、交错。

4.混凝土板裂缝预防

对混凝土板裂缝的治理重在预防,主要有几个方面。

4.1设计方面。

设计改进成本最小,效果最好。①根据当地气候地质等因素合理确定单块混凝土板的尺寸。经实践,长度为3m 的混凝土板中间没再发生垂直裂缝。②将渠道断面由梯形改为U形,并在每块混凝土板下垂直水流方向增设上口宽 20cm、 下口宽12cm、深12cm的梯形肋梁两道,改善混凝土板受力结构。③渠底增设纵向切割缝,用热沥青封灌。④在泉水或污水与渠道相交的渠段设计过水管等跨越设施,借渠道穿流的渠段可将混凝土板衬砌改为浆砌石衬砌。

4.2施工方面。

施工是保证质量的关键,施工时应注意以下问题:①做好施工安排,避免冬季施工;在气温骤降时采取保温保湿措施,也可用电抹子抹面,以缩短抹面时间。②晾晒时间过长的基础在浇筑混凝土前洒水湿润。 ③基础回填要均匀密实,临时车道过压部位应拆除重新回填。④混凝土搅拌时严格控制水灰比,运输时防止离析,浇筑派专职质检员控制振捣、抹面质量。⑤雨季施工采取排水措施,雨后等基槽彻底晾干后再施以下道工序。⑥发现软弱地基及时向监理和设计部门汇报,对基础进行处理后再施工。⑦混凝土凝固后及时养护。由于渠道衬砌混凝土面积大线路长,容易受风吹雨淋、人员践踏等因素影响,因此不宜采取洒水或喷养护剂养护,可采用覆盖塑料薄膜的办法,覆盖时注意要严密,并用土将薄膜压实。

4.3运行管理方面。

运行管理单位及时发现问题,可以将损失减小到最低程度。①经常巡视检查,发现裂缝及时处理,防止裂缝发展扩大甚至发生冲刷掏空现象,造成维修成本增加。②每次灌溉完毕后和冬季来临前提闸放空渠道内积水。

5.渠道裂缝处理及预防措施

表层裂缝一般不需处理,塑性裂缝和贯穿裂缝必须及时处理,处理时分析产生的原因,根据破坏程度采取相应的措施,常用的处理措施如灌浆、结构补强、仿生自愈等方法因施工工艺复杂、难度大、成本高而不适合渠道衬砌裂缝的处理。根据混凝土板截面薄、裂缝受基础影响大的特点,经实践总结出以下几种简单实用经济的处理方案:未贯穿的塑性裂缝,可采用局部处理的办法,划出裂缝范围予以凿除,重新浇筑混凝土面层。由基础原因引起的裂缝必须对基础进行处理,否则即便浇筑了新的混凝土面层,混凝土板以后仍会发生破坏。处理时拆除混凝土板及原基础,对含水量高的土壤进行晾晒,保证基础回填均匀密实后重新浇筑混凝土板。

非基础原因形成的裂缝,可采用人工用钢钎沿着裂缝在其两侧凿出宽20~30cm的带状沟槽,将接合面清理干净,按照原配比浇筑混凝土,水泥采用原配比水泥品种。为防止新浇混凝土自然收缩而产生新的裂缝,施工时掺入适量的膨胀水泥,掺入比例参考使用说明书,如为了外表美观,可掺入20%的白水泥。

其他措施:渠顶回填土不密实或渠顶高程达不到设计要求的,重新回填至设计要求;雨雪水沿浸润线侵入混凝土板下基础的,在混凝土板上沿外侧开挖截水沟,使自然降水沿截水沟排出。

6.结语

水利渠道等设施的混凝土面板产生裂缝的现象是较为普遍的,裂缝的成因也较复杂,但是经过因地制宜改进设计,加强施工管理,混凝土衬砌裂缝是可以预防的。以上的处理措施经实践证明行之有效。

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