渠道襯砌混凝土裂縫分析與處理

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1、渠道襯砌混凝土裂縫分析與處理1引言南水北調(diào)中線工程渠道襯砌采用C20W6F150素混凝土，襯砌機襯砌施工，渠底混凝土厚度為8cm、邊坡混凝土厚度為10cm。橫縫每12m設(shè)一道通縫、中間4m間隔采用切縫，切縫深度7cm，縱縫以4m左右設(shè)一道切縫，切縫深度為6～7cm，渠底中間設(shè)一道通縫。渠道11標(biāo)地處河北省新樂市，渠道全長4.9km，全部為土渠段，地質(zhì)巖性多為黃土狀壤土、砂壤土、沙礫等。渠段內(nèi)地下水的類型主要為孔隙水,主要賦存于第四系全新統(tǒng)的砂土及礫卵石含水層中，地下水埋深一般10～25m，多屬潛水。地下水與地表水聯(lián)系緊密，具有較強或強的富

2、水性和強透水性，部分具中等透水性。渠段內(nèi)凍土為季節(jié)性凍土，凍土厚度0.78～0.88m?；炷料虏捎脧?fù)合土工膜加強防滲，土質(zhì)基礎(chǔ)鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫塑料板保溫防凍。2渠道混凝土裂縫的出現(xiàn)至2007年11月底已襯砌渠道3.5km，2008年1月5日檢查，渠道左、右邊坡、渠底出現(xiàn)裂縫共計53處；2008年2月3日再次檢查，渠道左、右邊坡、渠底裂縫增加到183處，其中渠左、渠底裂縫比前期數(shù)量大量增加，渠底裂縫大部分位于渠底低洼積水處，同時這些部位出現(xiàn)混凝土表皮脫落；部分混凝土板隆起，最大隆起高度40mm。裂縫出現(xiàn)的時間及部位見下表。3渠道混凝土裂縫

3、成因分析從表中裂縫出現(xiàn)的時間、部位、形狀和裂縫發(fā)生的環(huán)境條件分析，結(jié)合有關(guān)資料，筆者將引起裂縫的原因歸結(jié)為兩類：3.1基礎(chǔ)凍漲引起的裂縫3.1.1基礎(chǔ)凍漲的原因基礎(chǔ)凍漲是由于在負溫天氣下，基礎(chǔ)土質(zhì)中的水結(jié)冰造成基礎(chǔ)體積膨脹，當(dāng)膨脹達到混凝土抗折強度極限時，導(dǎo)致混凝土板斷裂，基礎(chǔ)凍漲必須具備負溫和一定的含水量兩個主要因素。據(jù)氣象統(tǒng)計資料顯示，一月是當(dāng)?shù)厝曜罾涞脑路?，月平均氣溫?2.8℃，凍土厚度達0.78～0.88m。2008年12月至1月最低氣溫達-8℃，平均負溫天氣持續(xù)近一個月。根據(jù)基礎(chǔ)含水量測定，砂土層含水量5.7～8.7%，土層

4、含水量12.5～14.2%，砂層含水量5.6～6.2%，很明顯壤土層含水量偏高，正是由于這兩個主要因素的存在造成了基礎(chǔ)凍漲。3.1.2裂縫的形成本段地質(zhì)情況是渠道邊坡下部和渠底基礎(chǔ)土質(zhì)多為砂土或壤土，由于地面水的下滲，加之本表1渠道襯砌混凝土裂縫統(tǒng)計裂縫出現(xiàn)時間裂縫數(shù)量(條)部位走向?qū)挾龋╩m）基礎(chǔ)土質(zhì)結(jié)構(gòu)形式2007.12.17～2008.1.52右邊坡縱向0.2～1壤土/砂混凝土+膜+保溫板4左邊坡縱向0.2～1壤土/砂混凝土+膜+保溫板2007.12.25～2008.1.54渠底縱向0.2～0.8砂混凝土+膜+保溫板52007.12

5、.17～2008.1.539右邊坡縱向0.2～1.6壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜2左邊坡縱向0.2～0.8壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜2渠底縱向0.2～0.5砂土；砂混凝土+膜2008.1.5～2008.2.339右邊坡縱向0.2～1.8壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜42左邊坡縱向0.2～1.5壤土/砂；砂/壤土；砂混凝土+膜49渠底縱向0.2～1砂土；砂混凝土+膜區(qū)域地下水與地表水聯(lián)系緊密，具有較強或強的富水性和強透水性，使得砂土和壤土層含水量偏高，并且形成持水層，基礎(chǔ)極易受凍。從渠道邊坡發(fā)生裂縫的部位分析，渠坡上部發(fā)生裂縫4

6、1處，而下部裂縫87處，渠道下部砂土或壤土基礎(chǔ)部位的裂縫明顯高于上部砂層基礎(chǔ)部位的裂縫。并且大部分裂縫發(fā)生在未鋪設(shè)聚乙烯保溫板的渠段，已鋪設(shè)聚乙烯保溫板的渠段僅出現(xiàn)少量裂縫。從裂縫發(fā)生的時間上分析，渠底和渠左邊坡裂縫較渠右邊坡出現(xiàn)時間晚，但裂縫數(shù)量急劇增加。渠道走向為西南至東北向，渠左邊坡為陽面，渠底處于半陽面，所以裂縫出現(xiàn)時間較晚。從裂縫的形狀看，裂縫處混凝土板均有隆起現(xiàn)象，縫口上大下小。冬季后檢查裂縫時，發(fā)現(xiàn)大部分裂縫在基礎(chǔ)凍漲消失后有所收縮，隆起的混凝土板不同程度的回落。綜合以上裂縫發(fā)生的情況，可以看出，基礎(chǔ)凍漲導(dǎo)致了襯砌混凝土板裂

7、縫的出現(xiàn)。3.2混凝土表面冰凍引起的裂縫2008年1月5日前出現(xiàn)53處裂縫，其中渠道右邊坡出現(xiàn)39處，渠底和渠左邊坡各2處。2008年1月5日至2008年2月3日之間，出現(xiàn)130處裂縫，渠道左邊坡和渠底大量增加。渠道邊坡由于后期氣溫急劇下降的原因，直接造成了混凝土板裂縫大量增加和隆起。2008年1月份出現(xiàn)的兩次降雪，使渠底低洼處出現(xiàn)積水，隨氣溫的降低，積水處混凝土表面出現(xiàn)冰凍。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)?shù)刈罾湓缕骄鶜鉁?3℃時，最低可達-10℃以下，可出現(xiàn)60～70次通過0℃的正負交替次數(shù)。另據(jù)有關(guān)研究水結(jié)冰的膨脹體積公式：Ud=0.09SUM

8、式中Ud——毛細管水的過剩體積（膨脹體積）；U——毛細管的空隙體積；S——飽和度；M——成冰率?？芍耆Y(jié)冰可產(chǎn)生9%的體積膨脹，使混凝土遭受很大的內(nèi)部破壞力。渠底的積水造成了混凝土處于完