牛尚峰

（勝利油田勝利工程建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 東營 257000）

1 概述

新疆某水利工程工程干渠長度為110km，i=1/10000，設(shè)計(jì)輸水流量為55m3/s。渠道斷面為梯形，渠身采用10cm現(xiàn)澆砼板機(jī)械襯砌，0.6mm厚一布一膜防滲，膜下鋪設(shè)3cm厚的 M10砂漿墊層，渠底寬6m，內(nèi)邊坡1：2.5，渠道深度4.8m。

渠道襯砌混凝土這種結(jié)構(gòu)型式施工質(zhì)量好，能有效防止渠道滲水，而且施工中可以大量節(jié)約勞動力，若裂縫較多則會影響混凝土的質(zhì)量和使用壽命，甚至遭到破壞達(dá)不到防滲效果。

實(shí)際施工中渠道邊坡襯砌混凝土由于面積大，厚度?。▋H10cm）容易產(chǎn)生裂縫，如果采取一定的施工措施，很多裂縫是可以控制和減少的。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對渠道襯砌邊坡混凝土裂縫的認(rèn)識，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，本文盡可能對裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作較全面的分析、總結(jié)，以方便施工中找出控制裂縫的可行辦法，達(dá)到防范于未然的作用。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

實(shí)際上，渠道襯砌混凝土裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。渠道襯砌混凝土裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

2.1 收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。

塑性收縮一般在混凝土澆筑后4～5h左右發(fā)生，此時水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生面積很大，可達(dá)1%左右。

縮水收縮（干縮）。混凝土終凝以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到底部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時，便產(chǎn)生收縮裂縫?；炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。

混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

研究表明，影響混凝土收縮裂縫產(chǎn)生程度的主要因素有：(1)水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強(qiáng)度，施工時經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法，結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。(2)骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。(3)水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。(4)外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。(5)養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。(6)外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。(7)振搗方式及時間。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性能決定，一般以5～15s/次為宜。時間太短，振搗不密實(shí)，形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻；時間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細(xì)骨料留在上層，強(qiáng)度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。

2.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有：(1)水化熱：混凝土澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。渠道襯砌混凝土厚度為10cm，這一因素很小。(2)日照：兩布一膜表面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。(3)北疆地區(qū)晝夜溫差大，如果施工時間不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。(4)驟然降溫：突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。

2.3 施工質(zhì)量引起的裂縫

2.3.1 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和用水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

水泥：(1)水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢，在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。(2)水泥出廠時強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。(3)當(dāng)水泥含堿量較高（例如超過0.6%），同時又使用含有堿活性的骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

砂、石骨料：砂石的粒徑、級配、雜質(zhì)含量。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果更嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和水用量加大，而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹2.5倍。

拌和用水及外加劑：

拌和用水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用含堿水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

2.3.2 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在渠道邊坡混凝土澆筑過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有：

(1)混凝土振搗不密實(shí)、不均勻。

(2)混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。

(3)混凝土攪拌、運(yùn)輸時間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(4)混凝土初期養(yǎng)護(hù)時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(5)用混凝土罐車運(yùn)送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

(6)渠道邊坡混凝土澆筑時，襯砌機(jī)待機(jī)時間長，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

(7)施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料計(jì)量不準(zhǔn)，結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能（和易性、密實(shí)度）下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

3 渠道邊坡襯砌混凝土裂縫的控制

3.1 原材料的控制

3.1.1 水泥、粉煤灰

本工程采用P.O42.5級水泥，粉煤灰采用某電廠的一級粉煤灰，工地試驗(yàn)室針對供應(yīng)商提供的水泥、粉煤灰質(zhì)量合格證明，并按批次取樣進(jìn)行檢測，確保水泥、粉煤灰的質(zhì)量。

3.1.2 骨料

粗骨料采用反擊式破碎機(jī)軋制的碎石，細(xì)骨料采用水洗砂。技術(shù)要求見下表。

粗集料技術(shù)要求

水洗砂技術(shù)要求

骨料中有一項(xiàng)不符合技術(shù)要求的均不允許進(jìn)場使用。

3.1.3 外加劑

本渠道襯砌混凝土外加劑采用NF-2減水劑和PMS-NE引氣劑。

進(jìn)場的外加劑必須有出廠檢驗(yàn)報告和合格證，并對每批次進(jìn)行檢測。

3.2 收縮引起裂縫的控制

(1)采用普通硅酸鹽水泥，并摻用粉煤灰以降低混凝土內(nèi)部溫度。

(2)控制每方混凝土的用水量，本渠道工程每方混凝土用水130kg。

(3)分段澆筑長度為伸縮縫（通縫）的整數(shù)倍即6m的整數(shù)倍。

渠道邊坡襯砌混凝土(C20F300W8)的設(shè)計(jì)配合比如下：

新疆某水利工程渠道一級半配合比

試驗(yàn)室配合比砂率37%，水膠比0.43、坍落度7cm～9cm、減水劑摻量0.8%、引氣劑摻量0.012%、粉煤灰摻量25%。

3.3 溫度變化引起的裂縫的控制

(1)當(dāng)日最高氣溫超過30℃時，宜選擇在早晨、傍晚或夜間施工，并對骨料降溫控制混凝土入倉溫度≤28℃，當(dāng)現(xiàn)場氣溫超過35℃時，應(yīng)停止施工。

(2)骨料溫度控制通過搭蓋遮陽網(wǎng)來降溫；混凝土拌合用水采用抽取深井水；因北疆地區(qū)晝夜溫差大，夜間澆筑氣溫相對較低，采取溫控措施后，容易控制混凝土的入倉溫度。因此，在工作中多把混凝土澆筑工序安排在早晨、下午和夜間進(jìn)行。通過這些溫控措施后，將入倉溫度控制在28℃，出機(jī)口溫度控制在18℃以內(nèi)，有效地控制了溫度變化引起的混凝土裂縫。

(3)風(fēng)天施工時，采取必要的防范措施，防止塑性收縮裂縫產(chǎn)生。適當(dāng)調(diào)整混凝土用水量，增加混凝土出機(jī)口的坍落度1～2cm。正在襯砌的作業(yè)面及時收面并立即養(yǎng)護(hù)，對已經(jīng)襯砌完成并出面的澆筑段及時采取覆蓋塑料布等養(yǎng)護(hù)措施。雨天施工時，砂石料場做好了排水通道，運(yùn)輸工具增加了防雨及防滑措施，澆筑倉面準(zhǔn)備了防雨覆蓋材料。當(dāng)澆筑期間降雨時，啟動應(yīng)急預(yù)案，澆筑倉面搭棚遮擋防雨水沖刷。降雨停止后清除倉面積水，不得帶水抹面壓光作業(yè)。降雨過后若襯砌混凝土尚未初凝，對混凝土表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗罄^續(xù)施工；否則按施工縫處理。雨后繼續(xù)施工，重新檢測骨料含水率，并適時調(diào)整混凝土配合比中用水量。低溫施工時，當(dāng)日平均氣溫連續(xù)5天穩(wěn)定在5℃以下或現(xiàn)場最低氣溫在0℃以下時，不宜施工。如因需要繼續(xù)施工，采取措施保證混凝拌和物的入倉溫度不低于5℃；當(dāng)日平均氣溫低于0℃時，停止施工。

3.4 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫的控制

3.4.1 混凝土拌制

渠道邊坡襯砌混凝土采用拌和站嚴(yán)格按照實(shí)際配合比集中拌制，充分考慮運(yùn)輸時間、氣溫、風(fēng)速對混凝土坍落度的影響和損失，并根據(jù)測定的坍落度在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.4.2 混凝土運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸采用混凝土罐車運(yùn)輸，在裝、運(yùn)、卸過程中杜絕加水。從拌和站出料到運(yùn)輸、卸完的最長時間不超過1.5h。

3.4.3 混凝土澆筑

(1)布料及攤鋪

渠道邊坡上布料應(yīng)從下向上連續(xù)進(jìn)行，減少大石子向下滾動的數(shù)量。襯砌機(jī)行走時，及時打開振動，振動過程中，要保證混凝土不過振、漏振或欠振，達(dá)到表面出漿，不出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面等為宜，若出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面及時采取增加碾壓遍數(shù)等方式進(jìn)行處理，若出現(xiàn)欠料或露石現(xiàn)象，人工及時補(bǔ)料、整平。在渠道邊坡混凝土襯砌過程中，坡肩、坡腳及周邊易出現(xiàn)缺料和振搗不到位的地方，應(yīng)人工及時補(bǔ)料，并用插入式振動棒進(jìn)行振搗。襯砌機(jī)離開澆筑倉面時，用插入式振搗器自下而上沿模板邊界振搗一遍，以保證混凝土的密實(shí)性。

(2)抹光機(jī)抹面及收光

混凝土抹光機(jī)同襯砌機(jī)共用軌道，通過支腿的調(diào)節(jié)滿足襯砌坡比的需要，保證了壓光襯砌坡面平整度。

混凝土抹光機(jī)采用抹盤和抹片分別抹面。抹盤抹面起到擠壓及提漿整平功能，抹片起到壓光收面功能。

抹面壓光在渠道襯砌混凝土澆筑寬度約有3～4m時開始。第一次抹面時安裝抹盤，抹盤對襯砌混凝土面進(jìn)行平整和提漿，將裸露于表面的小石子壓入混凝土中。首次抹面時，因混凝土表面較軟，自坡腳至坡肩進(jìn)行，抹盤以剛好接觸到混凝土表面為宜。抹光機(jī)每次移動間距為2/3抹盤直徑。初凝前，卸掉抹盤、用收光刀片進(jìn)行收光。

根據(jù)澆筑時間、天氣狀況、濕度情況，第二次抹面時間一般控制在第一次抹面15～25min后。第二次抹面仍需使用抹盤，主要是找平。抹面中隨時用2m靠尺檢查混凝土表面的平整度，調(diào)整抹面機(jī)高度及斜度，保證抹盤底面與襯砌設(shè)計(jì)頂面重合，漿液厚度不得超過1.5mm。

第三次采用抹片抹面，提高襯砌混凝土表面的光潔度。

施工中人工采用鋼抹子配合抹面，一般為2～3遍。初凝前及時進(jìn)行壓光處理，清除表面氣泡，使混凝土表面平整、光滑、無抹痕。襯砌抹面施工嚴(yán)禁灑水、撒水泥面、涂抹砂漿。

3.4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)是混凝土施工的重要環(huán)節(jié)，待人工抹面后立即使用一布一膜覆蓋，混凝土澆筑24h后用φ100mmpvc管線等間距打孔灑水養(yǎng)護(hù)，施工隊(duì)設(shè)專職養(yǎng)護(hù)人員。

該工程渠道邊坡襯砌混凝土要求成型為切割而成的3m×3m的單塊混凝土板。由于一般切縫都在混凝土終凝后24h內(nèi)進(jìn)行，這個階段的養(yǎng)護(hù)尤其重要。在切縫期間采用噴霧法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。切縫完成后，立即覆蓋一布一膜對混凝土表面進(jìn)行全天候養(yǎng)護(hù)至28天。

結(jié)束語

新疆某水利工程渠道襯砌工程混凝土裂縫的控制技術(shù)直接關(guān)系到全長110km渠道襯砌混凝土施工的質(zhì)量和施工進(jìn)度。通過分析渠道襯砌混凝土裂縫的原因，采取上述防裂的控制技術(shù)，使得混凝土裂縫現(xiàn)象得到了很好的控制，取得了較好的效果。

[1]水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程DL-T5100-1999

[2]水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程 (DL-T5150－2001)[3]JGJ55-2000普通混凝土配合比設(shè)計(jì).