淺談混凝土渠道的裂縫原因及防治措施

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 【論文關(guān)鍵詞】：混凝土渠道;裂縫原因;防治措施

    【論文摘要】：混凝土U形渠道被廣泛用于渠道的防滲襯砌中，并且對(duì)減少渠系水滲漏發(fā)揮了很大的作用。文章針對(duì)混凝土U形渠道產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的防治措施。       U形渠道是我國(guó)20世紀(jì)70年代在陜西率先發(fā)展起來(lái)的一種新型斷面渠道。它整體性強(qiáng),防滲效果優(yōu)于梯形渠道;水力條件好,近似水力最佳斷面;輸沙能力強(qiáng),有利于輸送高含沙水流;在凍脹性和濕陷性地基上有一定適應(yīng)地基不均勻變形的能力;渠口窄,節(jié)省土地,減少挖填方量,減少襯砌工程量;便于機(jī)械化施工。目前在中小型渠道襯砌中，混凝土U形襯砌渠道被廣泛采用?；炷罸形渠較梯形渠每公里輸水損失減小3.7%,較土渠可以減少滲漏損失97%。U形渠斷面形式有標(biāo)準(zhǔn)U形、弧底梯形和弧形坡腳梯形等；襯砌材料有混凝土、瀝青混凝土、砌石等；結(jié)構(gòu)形式有混凝土等厚板、變厚板、等厚加肋板、板膜復(fù)合、板與保溫材料復(fù)合、板與墊層以及砌石與砂礫石墊層復(fù)合等；施工方法有人工預(yù)制安裝(包括人工砌石)、人工木(鋼)模現(xiàn)澆、噴混凝土和渠底現(xiàn)澆側(cè)壁預(yù)制吊裝相結(jié)合等。   實(shí)踐證明,U形襯砌渠道不但在無(wú)凍害地區(qū)是非常成功的,在凍脹量不超過(guò)5cm的Ⅱ級(jí)基土凍脹性工程地區(qū),在采用適當(dāng)?shù)姆纼龃胧┖?也是一種完全適用的、良好的防滲方案。依據(jù)土質(zhì)、地下水位、氣候條件和流量大小及施工水平選擇U形渠斷面形式,依據(jù)水流特性和當(dāng)?shù)夭牧线x擇U形渠結(jié)構(gòu)形式及嵌縫材料。寧夏引黃灌區(qū)廣泛使用U形斷面混凝土襯砌的形式，渠道普遍產(chǎn)生裂縫，不但直接影響渠道的正常使用，而且增加了修復(fù)次數(shù)和工程費(fèi)用。       1.混凝土U形渠道裂縫的原因       1.1溫度裂縫   溫度裂縫多發(fā)生在混凝土表面?；炷翝仓?，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生水化熱，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，而混凝土表面因晝夜溫差較大，散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成混凝土內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。溫度裂縫的走向通常無(wú)一定規(guī)律，混凝土襯砌面板上溫度裂縫通?？v橫交錯(cuò)，裂縫寬度大小不一[1]，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。       1.2塑性收縮裂縫   塑性收縮是指混凝土澆筑后4～5h左右，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)現(xiàn)象，引起失水收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。較短的裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2～3m，寬l～5mm。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。       1.3干縮裂縫   干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對(duì)濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05～0.2mm之間，大面積混凝土中間部位多見[2]。干縮裂縫通常會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性，和混凝土的承載力等等?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。   1.4施工冷縫   在渠道混凝土面板襯砌過(guò)程中，由于機(jī)械故障、天氣變化、或其他突發(fā)性事件的發(fā)生，引起混凝土澆筑過(guò)程不連續(xù)而出現(xiàn)施工冷縫。這種縫的產(chǎn)生主要是因?yàn)榍捌诨炷烈呀?jīng)澆筑，由于不可預(yù)見性事件造成繼續(xù)澆筑的混凝土與前期澆筑的混凝土間隔時(shí)間太長(zhǎng)，甚至前期混凝土已經(jīng)初凝，對(duì)于薄層面板結(jié)構(gòu)，接縫的處理很難達(dá)到要求，在混凝土的凝固過(guò)程中，因混凝土有自收縮的特性，在抗拉應(yīng)力最薄弱的接縫處裂開，形成施工冷縫。這種裂縫一般為貫穿性，走向沿新舊混凝土結(jié)合面。       1.5沉降裂縫   沉降裂縫多因基礎(chǔ)面的處理有關(guān)，主要體現(xiàn)在坡面質(zhì)量的好壞，坡面質(zhì)量主要表現(xiàn)在坡面平整度及基面密實(shí)，若支撐混凝土面板的削坡基面平整度不夠，甚至凸凹不平，則面板在同一高程就不會(huì)是等厚的，面板柔性就會(huì)降低，抵抗拉應(yīng)力的能力也隨之減弱，從而產(chǎn)生應(yīng)力裂縫；若基面地基土質(zhì)不勻、或回填土不實(shí)，密度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)，則襯砌面板可能產(chǎn)生過(guò)大的沉降或產(chǎn)生局部的不均勻沉降，從面引起沉陷裂縫，此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。   2.混凝土U形渠道裂縫的防治措施       2.1嚴(yán)格施工程序，努力提高施工質(zhì)量   ①應(yīng)切實(shí)夯實(shí)土基，保證渠堤穩(wěn)定，杜絕滲漏侵蝕。U形襯砌渠道首先要對(duì)定線基礎(chǔ)進(jìn)行徹底的清理，直至原狀土。其次，要認(rèn)真進(jìn)行大斷面的分層回填碾壓?？刹捎媚雺簷C(jī)進(jìn)行，分層干容重要在1.6t/m3，以上。最后，在碾壓到設(shè)計(jì)高程時(shí)即可放線、掛線開挖，逐段用土模校核標(biāo)準(zhǔn)，誤差控制在0.3cm以內(nèi)。   ②弄懂U形襯砌機(jī)的構(gòu)造、性能和工作原理，熟練掌握其技術(shù)操作要領(lǐng)，確保襯砌振搗密實(shí)，表面光滑。U形襯砌機(jī)是薄殼反拱結(jié)構(gòu)，背面以土基為模，一次振搗拉光成型。只有真正掌握了其操作技術(shù)，才能按施工要求平穩(wěn)作業(yè)，從而達(dá)到兩側(cè)不掛土，底部不擁土，振搗密實(shí)，厚度均勻，表面光滑。   ③精選材料，合理調(diào)整配合比，最大限度地減少混凝土體內(nèi)存水空間。U形襯砌機(jī)對(duì)混凝土要求水灰比小，和易性能好，有較適宜的砂率.由于襯砌厚度小(一般為5～8cm)，故配合比要求選用早強(qiáng)水泥;骨料選用0.5～2cm河卵石;中砂，采用單級(jí)配。混凝土水灰比應(yīng)控制在0.55左右，混凝土坍落度控制在2～4cm。       2.2加強(qiáng)渠道日常運(yùn)行管理和經(jīng)常性維修保養(yǎng)，確保渠道安全高效運(yùn)行   ①嚴(yán)格按渠道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)放水，嚴(yán)禁超載帶病運(yùn)行。U形襯砌渠道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)渠道所在地理位置、灌溉面積等因素，在勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)確定的，故行水應(yīng)以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為極限，不可為解一時(shí)之急，給工程留下后患。   ②建立經(jīng)常性的渠道檢查維修保養(yǎng)制度，防患于未然。每個(gè)灌季結(jié)束后，特別是人冬前和冬灌后，要對(duì)渠道進(jìn)行一次全面檢查，及時(shí)徹底清理淤積，整修渠堤，確保渠底無(wú)雜物、無(wú)積水，以免因凍脹破壞渠道。一旦發(fā)現(xiàn)局部裂縫、酥碎現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)維修，以防破壞擴(kuò)大。       參考文獻(xiàn)   [1]周維博,李立新,何武權(quán),等.我國(guó)渠道防滲技術(shù)研究與進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展,2004,24(5):60-63.   [2]建功.發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)推廣渠道防滲新成果[J].防滲技術(shù),1997,3(3):1-4.   [3]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.   [4]李學(xué)軍,費(fèi)良軍,穆紅文.U形襯砌渠道凍脹機(jī)理與防滲技術(shù)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2006-5.