渠道衬砌混凝土裂缝分析与处理

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1、渠道衬砌混凝土裂缝分析与处理1引言南水北调中线工程渠道衬砌采用C20W6F150素混凝土，衬砌机衬砌施工，渠底混凝土厚度为8cm、边坡混凝土厚度为10cm。横缝每12m设一道通缝、中间4m间隔采用切缝，切缝深度7cm，纵缝以4m左右设一道切缝，切缝深度为6～7cm，渠底中间设一道通缝。渠道11标地处河北省新乐市，渠道全长4.9km，全部为土渠段，地质岩性多为黄土状壤土、砂壤土、沙砾等。渠段内地下水的类型主要为孔隙水,主要赋存于第四系全新统的砂土及砾卵石含水层中，地下水埋深一般10～25m，多属潜水。地下水与地表水联系紧密，具有较强或强的富水性和强透水性，部分具中等透水性。渠段内冻土为季节

2、性冻土，冻土厚度0.78～0.88m。混凝土下采用复合土工膜加强防渗，土质基础铺设聚苯乙烯泡沫塑料板保温防冻。2渠道混凝土裂缝的出现至2007年11月底已衬砌渠道3.5km，2008年1月5日检查，渠道左、右边坡、渠底出现裂缝共计53处；2008年2月3日再次检查，渠道左、右边坡、渠底裂缝增加到183处，其中渠左、渠底裂缝比前期数量大量增加，渠底裂缝大部分位于渠底低洼积水处，同时这些部位出现混凝土表皮脱落；部分混凝土板隆起，最大隆起高度40mm。裂缝出现的时间及部位见下表。3渠道混凝土裂缝成因分析从表中裂缝出现的时间、部位、形状和裂缝发生的环境条件分析，结合有关资料，笔者将引起裂缝的原因

3、归结为两类：3.1基础冻涨引起的裂缝3.1.1基础冻涨的原因基础冻涨是由于在负温天气下，基础土质中的水结冰造成基础体积膨胀，当膨胀达到混凝土抗折强度极限时，导致混凝土板断裂，基础冻涨必须具备负温和一定的含水量两个主要因素。据气象统计资料显示，一月是当地全年最冷的月份，月平均气温为-2.8℃，冻土厚度达0.78～0.88m。2008年12月至1月最低气温达-8℃，平均负温天气持续近一个月。根据基础含水量测定，砂土层含水量5.7～8.7%，土层含水量12.5～14.2%，砂层含水量5.6～6.2%，很明显壤土层含水量偏高，正是由于这两个主要因素的存在造成了基础冻涨。3.1.2裂缝的形成本段地

4、质情况是渠道边坡下部和渠底基础土质多为砂土或壤土，由于地面水的下渗，加之本表1渠道衬砌混凝土裂缝统计裂缝出现时间裂缝数量(条)部位走向宽度（mm）基础土质结构形式2007.12.17～2008.1.52右边坡纵向0.2～1壤土/砂混凝土+膜+保温板4左边坡纵向0.2～1壤土/砂混凝土+膜+保温板2007.12.25～2008.1.54渠底纵向0.2～0.8砂混凝土+膜+保温板52007.12.17～2008.1.539右边坡纵向0.2～1.6壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜2左边坡纵向0.2～0.8壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜2渠底纵向0.2～0.5砂土；砂混凝土+膜2008.1.5

5、～2008.2.339右边坡纵向0.2～1.8壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜42左边坡纵向0.2～1.5壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜49渠底纵向0.2～1砂土；砂混凝土+膜区域地下水与地表水联系紧密，具有较强或强的富水性和强透水性，使得砂土和壤土层含水量偏高，并且形成持水层，基础极易受冻。从渠道边坡发生裂缝的部位分析，渠坡上部发生裂缝41处，而下部裂缝87处，渠道下部砂土或壤土基础部位的裂缝明显高于上部砂层基础部位的裂缝。并且大部分裂缝发生在未铺设聚乙烯保温板的渠段，已铺设聚乙烯保温板的渠段仅出现少量裂缝。从裂缝发生的时间上分析，渠底和渠左边坡裂缝较渠右边坡出现时间晚，但裂缝数量急

6、剧增加。渠道走向为西南至东北向，渠左边坡为阳面，渠底处于半阳面，所以裂缝出现时间较晚。从裂缝的形状看，裂缝处混凝土板均有隆起现象，缝口上大下小。冬季后检查裂缝时，发现大部分裂缝在基础冻涨消失后有所收缩，隆起的混凝土板不同程度的回落。综合以上裂缝发生的情况，可以看出，基础冻涨导致了衬砌混凝土板裂缝的出现。3.2混凝土表面冰冻引起的裂缝2008年1月5日前出现53处裂缝，其中渠道右边坡出现39处，渠底和渠左边坡各2处。2008年1月5日至2008年2月3日之间，出现130处裂缝，渠道左边坡和渠底大量增加。渠道边坡由于后期气温急剧下降的原因，直接造成了混凝土板裂缝大量增加和隆起。2008年1月

7、份出现的两次降雪，使渠底低洼处出现积水，随气温的降低，积水处混凝土表面出现冰冻。根据有关资料统计，当地最冷月平均气温-3℃时，最低可达-10℃以下，可出现60～70次通过0℃的正负交替次数。另据有关研究水结冰的膨胀体积公式：Ud=0.09SUM式中Ud——毛细管水的过剩体积（膨胀体积）；U——毛细管的空隙体积；S——饱和度；M——成冰率。可知，水完全结冰可产生9%的体积膨胀，使混凝土遭受很大的内部破坏力。渠底的积水造成了混凝土处于完