渠道衬砌混凝土板常见问题及分析
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摘要：混凝土预制板在河道衬砌中广泛应用，但是由于混凝土预制板厚度不均匀，极易发生断裂、沉陷等一系列问题。经过实践经验，本文介绍了衬砌板常见问题的解决方法，并总结出混凝土预制板勾缝砂浆的裂缝处理方法。
关键词：河道 衬砌混凝土预制板 裂缝
混凝土防渗渠道按施工方式可分为现场浇筑和预制混凝土板两种形式，预制混凝土板造价低，而且施工方便，周期也短，在渠道衬砌中得到了广泛的应用。
我国衬砌用混凝土板厚度一般在3.5cm~10.0cm之间，混凝土板厚度较薄，施工中及运行中混凝土板都易损坏。
一、混凝土板破坏类型
渠道混凝土面板破坏的类型大致可分为以下三种: 第一种是混凝土板角部垂直对角线方向的裂缝甚至裂，或在板中部出现平行短边的裂缝，由于面水泥沙浆相对较多，不易发现，在相对粗的板底可见此裂缝。脱模时由于模具充分填实成真空且混凝土板与模具四边粘连，造成板部位不能同时脱离模具，形成裂缝或断角。
第二种是混凝土面板破裂、翘起、滑落或严重的渠道边坡塌陷,在此类破坏过程中,混凝土本身的强度、抗冻、抗渗等指标改变很小,或没有发生改变,仅是混凝土面板的整体结构受到破坏,这种破坏我们称之为冻胀破坏。
第三种情况是混凝土面板表面受到侵蚀,主要是混凝土与土壤水中的酸类、盐类等发生化学反应,然后慢慢地由外向内发展,最后导致局部或整个混凝土板酥松,直到混凝土完全失去强度,我们称之为渠道混凝土面板的侵蚀破坏。几种破坏形式虽不相同,但最后都将导致渠道节水功能的下降。另外,随着渠道断面输水糙率不断变大,渠道的过水能力也会大大降低严重的会导致整个渠道丧失输水功能。因此,在存在冻胀土的寒冷地区以及地下水对混凝土具有侵蚀性的地区,渠道防渗设计如果对以上问题考虑不足,势必会影响到整个工程效益的发挥,从而造成国家财产的损失。
二、混凝土板破坏原因及各因素之间的相互关系
渠道混凝土面板发生冻胀破坏的原因是渠基土发生冻胀。渠基土的冻胀与以下几个因素有关:一是寒冷地区的气温长期低于0℃;二是基土中存在冻结的主体―――水分;三是基土的物理性质,如基土中的颗粒成分较多等。
我们知道,渠基土中含有土壤水,这些土壤水主要是由土粒子间填充的自由水和吸附在粒子周围的束缚水组成,自由水的多少与粒子间空隙的大小有关,束缚水的多少与土粒子总的表面积有关。对渠道混凝土面板基土来说,因为其多为夯实土,粒子间隙小,所以其含水量的大小主要与粒子周围的束缚水有关。而束缚水的多少又与基土的性质有关,即土质组成颗粒越细,其颗粒的比面积就越大(比面积为1 g土体中所有土颗粒的表面积之和),粒子所吸附的水分(也就是基土的含水量)就越多。这样当气温长时间处于0ºC以下时,基土中的水分就会结冰,根据水在结冰时体积增大0.09倍的性质,基土的体积也将增大,这将给其上面的混凝土面板以向上的推力,如果该力足够大将引起混凝土面板在该力方向上的位移,或使板体本身发生破裂、翘起滑落,严重的将导致渠道边坡塌陷。
因为在不同土颗粒表面吸附水之间存在着电位差,当气温长时间低于0ºC时,在该电位差和毛管水表面张力的共同作用下,土颗粒表层的活跃水分子将会顺着温度梯度方向,向土壤水冻结峰面迁移,如果基土水份有充足的补给源,基土冻结锋面将会产生更为严重的冻胀。因为常规冻胀量一般为原来体积的10% ~50%,而在水份迁移的情况下,冻结锋面上的冻胀量可达到原来体积的数倍。在重力作用下,冻土水分垂直迁移以及毛细管水上升高度都有一定的范围,该范围的大小与土质有关。理论分析和工程实践证明,粒径>0.1mm的基土,因其所含水份较少,在其结冰时产生的膨胀力较小,不足以对面板产生破坏;当基土粒径在0.1~0.05mm时,破坏较大,而当粒径在0.05~0.0002mm时,基土冻胀破坏最强。
三、渠道混凝土板修复方法
预制混凝土板砌筑多采用水泥砂浆缝。面板防渗渠道的砂浆填缝一般有以下缺点:①砂浆强度低;②施工挤压不实;③不能与混凝土板紧密结合,勾缝的砂浆容易脱落,有的从勾缝中长出了杂草,甚至有些小型填方渠道衬砌完后,试水时发生垮渠等破坏情况,能保持完好的工程基本很少。造成原因,除了其他因素外,笔者认为衬砌部分勾缝的漏水是主要的原因。为了保证工程质量,建议对混凝土预制板改用方形或长方形,块的大小应便于施工为宜；但是为了防止混凝土预制板产生通缝，可以将混凝土预制板做成正六边形的形状。混凝土板的以厚度8~10 cm为好,面板厚度太小时，板容易产生裂缝或者被破坏；面板厚度太大时，会增加投资。混凝土板缝用高标号混凝土填充,人工机械均能施工,振捣出浆与混凝土板能紧密结合,使衬砌段形成整体,基本达到现浇的质量。
把旧混凝土冻胀隆起的部分压平后,在上面铺设保温板(聚苯保温板),然后铺一层塑料薄膜,砂浆找平后,铺筑混凝土板。此种方法的优点是混凝土板可集中预制,混凝土质量易控制,集中铺砌,适应工程在干渠输水间隔期施工,工期短的要求。缺点:混凝土板尺寸固定,难以适合渠道现状尺寸。采用聚苯板对受冻害渠道进行防冻坏处理,经过实验是可行的。两种方案中聚苯板的选择:①要选择重质聚苯板,
抗压强度不得<2 kg/cm2。②聚苯板得厚度选择可以根据实际基础埋深与规定最小埋深之差选定。一般为10：1,即:每10 cm埋深差,选1 cm厚保温板。
四、混凝土板勾缝裂缝的处理方法
（1）勾缝裂缝产生原因
预制混凝土板在铺砌完成后,勾缝前必须将勾缝表面清理干净,达到设计要求，如果混凝土板表面很脏，在勾缝时，勾缝砂浆或细粒混凝土，不能与混凝土板很好结合，在混凝土板与勾缝材料结合面之间产生一个隔层，且该隔层无任何强度，勾缝的砂浆或细粒混凝土凝固干燥收缩，在两者之间产生裂缝，且该裂缝由于受到温度应力影响，裂缝通常是从渠顶至渠底纵向裂开，或出现横向一个分割段长度的横向裂缝。
如果勾缝细粒混凝土、砂浆配合比不当。水泥用量多，水灰比大，干缩变形大，也容易产生裂缝。因为对与工程用细粒混凝土和砂浆，其干缩变形与水泥用量，水灰比成正比关系，其水泥用量越多，干缩变形越厉害，就容易产生裂缝；水灰比大，干缩变形严重产生裂缝。在进行勾缝工作时没有按设计要求及施工技术规范要求施工，对设计提供配合比控制不严，为了便于勾缝工作擅自改变水灰比，造成勾缝产生较大干缩变形，形成裂缝。
渠道勾缝工作完成后，没有及时进行养护，或者养护时间不够，造成所勾缝干燥快，形成干缩，发生收缩变形，产生裂缝。
（2）防止勾缝出现裂缝的措施
对需要勾缝部分,预制混凝土板应冲刷干净,缝宽缝深达到设计要求。当渠道预制混凝土板铺筑完毕后,勾缝前必须对勾缝处认真检查清理，冲刷干净后，方准勾缝，使勾缝用混凝土或砂浆能够与混凝土板很好结合，保证渠道施工质量及其使用寿命。施工中，严格控制勾缝砂浆、细粒混凝土水灰比和水泥用量，按设计提供配合比及规范施工。勾缝震捣密实，减小干缩变形，防止勾缝产生裂缝。勾缝用混凝土或砂浆强度等级应当与需勾缝混凝土板混凝土强度等级尽量一致，或高于混凝土板强度，但不能低于需勾缝部位混凝土强度，保持勾缝材料收缩比一致，以避免产生裂缝。
勾缝前，应对勾缝部位采取降温措施，或勾缝时，在较低气温条件下进行。防渗渠道预制混凝土板铺筑完毕后，勾缝时，需保证勾缝施工部位温度不超过15℃。采取降温措施，可用水冲洗降温或者选择早晨或傍晚前一段时间进行，确保勾缝质量，以保证勾缝细粒混凝土或勾缝部位温度过高，干燥太快，干缩变形大而产生裂缝。砌混凝土板渠道防冻体夯填密实。对预制混凝土板砌筑防渗渠道的防冻体，严格按设计要求及施工规范施工，保证垫层密实度达到设计要求，从而不致因施工原因造成渠道防冻体在运行使用时产生不均匀沉陷，造成勾缝产生裂缝，影响渠道使用。勾缝工作完成后及时进行养护，保证养护时间达到规范要求，防止干缩变形过快而出现裂缝。
以上处理方法，在这几年的水利施工中，对混凝土质量问题进行处理时都采用过，取得了良好的效果。
参考文献：
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