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摘要：随着水利施工技术水平的提高,输水渠道边坡混凝土衬砌板施工逐渐向机械化施工转变。机械化衬砌施工为连续作业,与人工施工相比,具有施工速度快、质量高等优点,但同时由于机械化衬砌施工为连续作业,一次衬砌成型表面尺寸较大,若不严格控制施工质量,成型衬砌板易产生裂缝。南水北调渠道沿线实施混凝土机械化衬砌施工以来，多出不同程度的出现了裂缝现象，有的标段还相当严重，其后期处理技术难度大、造价高，同时严重的裂缝还会影响工程的安全使用。
关键词：水利施工技术；衬砌施工；裂缝；
Abstract: With the level of water conservancy construction technology, construction of concrete lining canal slope gradually to the mechanized construction change. Mechanized lining for continuous operation, compared with the manual construction, has the advantages of fast construction speed, higher quality advantages, but at the same time as the mechanized lining for continuous operation, a surface lining forming large size, if not strictly control the construction quality, molding lining board easy to produce cracks. Since the south to north water diversion along the implementation of mechanized lining concrete, many different degrees of cracks phenomenon, some sections are quite serious, the post-processing technology is difficult, high cost, and serious cracks will affect the safety of the use of engineering.
Key words: water conservancy construction technology; lining; crack
中图分类号：TV52
1、工程概况
南水北调中线潮河段施工6标，设计桩号为SH（3)164+500～SH(3) 172+500，标段长度8.0km，跨教场王、大马村和后吕坡～老张村等3个工程地质段，成型后渠道为梯形断面，渠底宽度有15、16、16.5、17.5 、18.5、20、21m 七种，内坡1：2.5～3.5，每0.25 一档,共五种边坡,渠段内共有7 个连接段, 连接段长分15、20、和25m三种，高地下水位砂质渠坡段长4536m，采用4%水泥土贴坡贴破换填。渠道纵比降为1/26000。全渠段采用混凝土衬砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm。混凝土衬砌强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。全渠段采用复合土工膜防渗，在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层，保温板与渠坡土面间铺设10-20cm后砂砾料反滤层。全段渠道衬砌设备主要采用山东水总生产的SCFM07-Ⅱ振动滑模式渠道衬砌机。
2、混凝土面板裂缝的主要原因及类型
裂缝是混凝土结构物中普遍存在的问题，是混凝土施工中常见的质量缺陷之一，混凝土裂缝产生的原因很多，也较复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果，有施工不规范造成的，也有设计不当造成的，但施工不规范为主要因素。结合本工程渠道衬砌混凝土施工的特点，其裂缝类型及成因有以下几个方面。
2.1 温度裂缝
主要是由于混凝土结构在硬化期间表面和内部温差较大，此时其表面将受到很大的拉应力而出现裂缝，表现为：走向无一定规律，一般薄板类和长度较大的构件，进深和贯穿的温度裂缝与短边平行或接近平行，沿长度方向分段出现，宽度不一，一般出现在施工期间，但进深裂缝或贯穿裂缝一般出现在浇筑后2～3个月，温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面、初凝时间、风速、温差等影响较大，特别是风速和温差较大时，温度影响系数较大。2.2 干缩裂缝
干缩多出现在混凝土终凝后的养护阶段，主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而造成的，较大的表面干缩变形受到混凝土内部的约束，产生较大的拉应力而导致裂缝，干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性、耐久性，在水压力作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等，混凝土干缩主要和水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量及现场养护等有关。
2.3沉陷裂缝
由于地基土质不均、回填不实或浸水造成的不均匀沉降所致，此类裂缝多为进深或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位。挖渠时对坡基原状土的扰动致使坡基土密实度达不到要求，渠坡软质透水管铺设时开挖的沟槽回填不密实、反滤层砂砾料未充分振实，均匀性差，难以承受混凝土的压力，造成混凝土板沉陷扭曲、移位甚至坍塌。
2.4塑性收缩裂缝。其是混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩，一般在于热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细、长短不一且互不连贯状态，其产生的原因主要为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使体积急剧收缩，而此时混凝土本身的强度又无法抵抗这种收缩，因此产生龟裂。主要影响因素有水灰比、凝结时间、环境温度、风速和相对湿度等，衬砌混凝土在浇筑过程中振捣质量差，衬砌板下基础或垫料过于干燥而未洒水湿润、干热或大风天气下混凝土面板成型后养护不及时，易产生塑性收缩裂缝。
2.5荷载裂缝
常见的是局部位置堆放材料超过承重能力，造成受力结构进深、贯穿裂缝，还有就是在混凝土强度未达到规范要求的情况下，就拆除支撑和模板，或在富水层水位线以下部位因降水设施过早停用造成水压力过大，致使混凝土结构遭到破坏，导致裂缝。
2.6基面平整度引发裂缝
渠道基面的表面平整度将影响混凝土的约束力，过大的凹凸会造成局部应力集中，产生裂缝，基层厚度不一致，过薄处或厚薄交界处将成为薄弱断面，在混凝土收缩时将难以承受拉应力而开裂。现场主要原因为反滤料层平整度不够、保温板铺设时“U”型钉固定不到位造成翘起，错位，或者是复合土工膜未充分展平、褶皱过大。
3、预防及控制措施
为了保证衬砌混凝土施工质量，防止上述各类裂缝的产生，在分析裂缝产生的原因后，采取有針对性的措施可有效的预防和控制混凝土面板产生裂缝。
3.1 先序控制
混凝土衬砌施工前的基础面质量高低直接影响着后期混凝土面板的稳定性，如前期的施工换填段的压实度、坡面削平整理、反滤料铺设等，若处理不当，都可能造成混凝土裂缝。在开挖过程中应严格控制预留层厚度，防止超挖，保证精削坡的控制精度，确保透水管沟槽的回填质量，反滤层砂砾料应按规范要求做到厚度均匀、振压密实。
3.2 原材料质量控制
衬砌混凝土所用的水泥、粉煤灰、外加剂，进场时必须有厂家提供的出厂合格证，并按照相关规定做好质量检验工作。为了减少单位混凝土的水泥用量，降低混凝土中水泥水化热，提高混凝土的和易性，延缓水泥水化热的释放过程，在混凝土配合比设计时应考虑使用高性能聚羧酸减水剂，并掺入一定量的粉煤灰并优先考虑使用一级粉煤灰以替代水泥。
用于混凝土的砂石料，进场前应进行检测，其各项指标应满足施工规范及规定要求。砂子必须是级配良好的中砂，使用机制砂的，应严格控制其石粉含量，机制砂的石粉含量超标会造成混凝土的塌落度過快损失。
3.3 混凝土生产过程控制
衬砌混凝土的拌制应严格按照现场试验室签发的混凝土配料单进行计量投料，并定期对拌合设备的计量系统进行校验，确保混凝土配料精度。按照规范要求做好砂石骨料的含水率检测控制，并按照实验数据及时调整配合比，及时进行水灰比、塌落度的检测，尤其要加大对塌落度的检测频率。
按照配合比设计文件要求，衬砌混凝土的搅拌时间应控制在1.5-2min，混凝土塌落度为7-9cm。为了保证衬砌浇筑现场的塌落度，其出机口的塌落度应根据季节、天气情况的不同而进行及时调整。春秋季节混凝土出机口的塌落度宜控制在7cm左右，夏季高温季节出机口塌落度应控制在9cm左右，同时浇筑时间应选在16:00以后进行。在高温季节施工，还应采取措施防止砂石骨料温度过高，控制混凝土的入仓温度，如采用遮阳棚遮盖料仓，用新抽井水对骨料进行喷洒降温等。
3.4 混凝土施工过程优化控制
严格控制不同温度条件下的混凝土运输时间，避免因出现混凝土塌落度的过大损失而无法满足施工需要的情况，混凝土的允许最长运输时间可按下表确定。
混凝土衬砌施工中，混凝土塌落度、浇筑时段选择、衬砌速度及振捣时间都是影响混凝土成型质量的重要因素。混凝土入仓时，应安排专人负责布料，做到布料与振捣相适应，布料后及时振捣，衬砌机工作宜匀速连续，控制好振捣时间，防止混凝土因振捣不足或过振而出现蜂窝麻面、骨料下沉离析、混凝土下滑等现象。渠道工程对混凝土衬砌表面的平整度要求非常高，当渠道混凝土衬砌成型后，应用专门的工作台车进行抹面，在混凝土初凝前及时进行人工收面处理，消除表面气泡。抹面能提高混凝土板表面的密实度，消除表面收缩裂缝，但也要控制避免过分收面压光，以免出现表面龟裂。
渠道衬砌混凝土属于薄板结构，应避免在大风、高温天气进行浇筑施工，以防止混凝土板在打到覆盖养护条件前因表面失水过快而出现裂缝。
3.5 混凝土面板伸缩缝施工
混凝土面板在施工完成后要及时进行切缝工作，切缝的作用是使混凝土面板在切缝除产生应力集中，从而使裂缝在切缝处出现。切缝施工时混凝土衬砌过程中重要的一个环节，如不加强控制，极易产生裂缝。
切缝施工应根据不同的施工季节及温度情况灵活掌握，遵循“能切就切，宁早勿晚”的原则。过早切缝，混凝土强度不足，会使粗骨料从砂浆中脱离，造成切缝残缺破损，影响美观，切缝过晚，混凝土面板就会开裂形成裂缝。伸缩缝切缝分为横向通缝、横向半缝和纵向半缝，按照要求其缝宽与深度各不相同，在切割缝面时应及时更换不同刀片，既要保证切缝质量，又要避免因切缝过深造成土工膜破损。切缝结束后应立即清除缝内浮浆、碎渣，清洗干净后及时按规范用明渠专用聚硫密封胶进行填充。
3.6 混凝土面板后期养护
衬砌混凝土在浇筑完成后，逐渐凝固硬化，当外界相对湿度较小时，混凝土板将会由外向内逐渐失水。如果养护不到位，就会造成混凝土板表面比内部失水快、收缩快，从而产生应力，形成裂缝。所以混凝土面板的后期养护要及时跟进，养护可使用400g/m2的土工布覆盖后洒水，洒水次数以能保持混凝土面湿润即可。一般天气条件下，洒水养护应每隔2-3h进行一次，夜间可是当减少，遇到干燥、高温、持续大风天气时，应是当增加洒水次数。在进行切缝施工时，应做到随切随掀覆盖层，切缝后及时恢复，避免混凝土大面积长期暴露于空气中。
渠道衬砌混凝土面板裂缝的预防与控制是南水北调工程的一个重点、难点技术课题，我们结合本项目衬砌混凝土的技术特点，并借鉴了其它标段的同类经验，通过衬砌施工中的总结，有针对性的提出上述预防及控制措施，在实际施工中收到非常明显的效果，有效的控制了各类裂缝的高频率、大面积产生。由于混凝土现场施工环境的不确定性，施工材料变化的多样性，在实际施工过程中，应根据现场情况灵活调整，综合采取多种措施对进行混凝土裂缝控制。
关键词：水利施工技术；衬砌施工；裂缝；
Abstract: With the level of water conservancy construction technology, construction of concrete lining canal slope gradually to the mechanized construction change. Mechanized lining for continuous operation, compared with the manual construction, has the advantages of fast construction speed, higher quality advantages, but at the same time as the mechanized lining for continuous operation, a surface lining forming large size, if not strictly control the construction quality, molding lining board easy to produce cracks. Since the south to north water diversion along the implementation of mechanized lining concrete, many different degrees of cracks phenomenon, some sections are quite serious, the post-processing technology is difficult, high cost, and serious cracks will affect the safety of the use of engineering.
Key words: water conservancy construction technology; lining; crack
中图分类号：TV52
1、工程概况
南水北调中线潮河段施工6标，设计桩号为SH（3)164+500～SH(3) 172+500，标段长度8.0km，跨教场王、大马村和后吕坡～老张村等3个工程地质段，成型后渠道为梯形断面，渠底宽度有15、16、16.5、17.5 、18.5、20、21m 七种，内坡1：2.5～3.5，每0.25 一档,共五种边坡,渠段内共有7 个连接段, 连接段长分15、20、和25m三种，高地下水位砂质渠坡段长4536m，采用4%水泥土贴坡贴破换填。渠道纵比降为1/26000。全渠段采用混凝土衬砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm。混凝土衬砌强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。全渠段采用复合土工膜防渗，在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层，保温板与渠坡土面间铺设10-20cm后砂砾料反滤层。全段渠道衬砌设备主要采用山东水总生产的SCFM07-Ⅱ振动滑模式渠道衬砌机。
2、混凝土面板裂缝的主要原因及类型
裂缝是混凝土结构物中普遍存在的问题，是混凝土施工中常见的质量缺陷之一，混凝土裂缝产生的原因很多，也较复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果，有施工不规范造成的，也有设计不当造成的，但施工不规范为主要因素。结合本工程渠道衬砌混凝土施工的特点，其裂缝类型及成因有以下几个方面。
2.1 温度裂缝
主要是由于混凝土结构在硬化期间表面和内部温差较大，此时其表面将受到很大的拉应力而出现裂缝，表现为：走向无一定规律，一般薄板类和长度较大的构件，进深和贯穿的温度裂缝与短边平行或接近平行，沿长度方向分段出现，宽度不一，一般出现在施工期间，但进深裂缝或贯穿裂缝一般出现在浇筑后2～3个月，温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面、初凝时间、风速、温差等影响较大，特别是风速和温差较大时，温度影响系数较大。2.2 干缩裂缝
干缩多出现在混凝土终凝后的养护阶段，主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而造成的，较大的表面干缩变形受到混凝土内部的约束，产生较大的拉应力而导致裂缝，干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性、耐久性，在水压力作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等，混凝土干缩主要和水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量及现场养护等有关。
2.3沉陷裂缝
由于地基土质不均、回填不实或浸水造成的不均匀沉降所致，此类裂缝多为进深或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位。挖渠时对坡基原状土的扰动致使坡基土密实度达不到要求，渠坡软质透水管铺设时开挖的沟槽回填不密实、反滤层砂砾料未充分振实，均匀性差，难以承受混凝土的压力，造成混凝土板沉陷扭曲、移位甚至坍塌。
2.4塑性收缩裂缝。其是混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩，一般在于热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细、长短不一且互不连贯状态，其产生的原因主要为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使体积急剧收缩，而此时混凝土本身的强度又无法抵抗这种收缩，因此产生龟裂。主要影响因素有水灰比、凝结时间、环境温度、风速和相对湿度等，衬砌混凝土在浇筑过程中振捣质量差，衬砌板下基础或垫料过于干燥而未洒水湿润、干热或大风天气下混凝土面板成型后养护不及时，易产生塑性收缩裂缝。
2.5荷载裂缝
常见的是局部位置堆放材料超过承重能力，造成受力结构进深、贯穿裂缝，还有就是在混凝土强度未达到规范要求的情况下，就拆除支撑和模板，或在富水层水位线以下部位因降水设施过早停用造成水压力过大，致使混凝土结构遭到破坏，导致裂缝。
2.6基面平整度引发裂缝
渠道基面的表面平整度将影响混凝土的约束力，过大的凹凸会造成局部应力集中，产生裂缝，基层厚度不一致，过薄处或厚薄交界处将成为薄弱断面，在混凝土收缩时将难以承受拉应力而开裂。现场主要原因为反滤料层平整度不够、保温板铺设时“U”型钉固定不到位造成翘起，错位，或者是复合土工膜未充分展平、褶皱过大。
3、预防及控制措施
为了保证衬砌混凝土施工质量，防止上述各类裂缝的产生，在分析裂缝产生的原因后，采取有針对性的措施可有效的预防和控制混凝土面板产生裂缝。
3.1 先序控制
混凝土衬砌施工前的基础面质量高低直接影响着后期混凝土面板的稳定性，如前期的施工换填段的压实度、坡面削平整理、反滤料铺设等，若处理不当，都可能造成混凝土裂缝。在开挖过程中应严格控制预留层厚度，防止超挖，保证精削坡的控制精度，确保透水管沟槽的回填质量，反滤层砂砾料应按规范要求做到厚度均匀、振压密实。
3.2 原材料质量控制
衬砌混凝土所用的水泥、粉煤灰、外加剂，进场时必须有厂家提供的出厂合格证，并按照相关规定做好质量检验工作。为了减少单位混凝土的水泥用量，降低混凝土中水泥水化热，提高混凝土的和易性，延缓水泥水化热的释放过程，在混凝土配合比设计时应考虑使用高性能聚羧酸减水剂，并掺入一定量的粉煤灰并优先考虑使用一级粉煤灰以替代水泥。
用于混凝土的砂石料，进场前应进行检测，其各项指标应满足施工规范及规定要求。砂子必须是级配良好的中砂，使用机制砂的，应严格控制其石粉含量，机制砂的石粉含量超标会造成混凝土的塌落度過快损失。
3.3 混凝土生产过程控制
衬砌混凝土的拌制应严格按照现场试验室签发的混凝土配料单进行计量投料，并定期对拌合设备的计量系统进行校验，确保混凝土配料精度。按照规范要求做好砂石骨料的含水率检测控制，并按照实验数据及时调整配合比，及时进行水灰比、塌落度的检测，尤其要加大对塌落度的检测频率。
按照配合比设计文件要求，衬砌混凝土的搅拌时间应控制在1.5-2min，混凝土塌落度为7-9cm。为了保证衬砌浇筑现场的塌落度，其出机口的塌落度应根据季节、天气情况的不同而进行及时调整。春秋季节混凝土出机口的塌落度宜控制在7cm左右，夏季高温季节出机口塌落度应控制在9cm左右，同时浇筑时间应选在16:00以后进行。在高温季节施工，还应采取措施防止砂石骨料温度过高，控制混凝土的入仓温度，如采用遮阳棚遮盖料仓，用新抽井水对骨料进行喷洒降温等。
3.4 混凝土施工过程优化控制
严格控制不同温度条件下的混凝土运输时间，避免因出现混凝土塌落度的过大损失而无法满足施工需要的情况，混凝土的允许最长运输时间可按下表确定。
混凝土衬砌施工中，混凝土塌落度、浇筑时段选择、衬砌速度及振捣时间都是影响混凝土成型质量的重要因素。混凝土入仓时，应安排专人负责布料，做到布料与振捣相适应，布料后及时振捣，衬砌机工作宜匀速连续，控制好振捣时间，防止混凝土因振捣不足或过振而出现蜂窝麻面、骨料下沉离析、混凝土下滑等现象。渠道工程对混凝土衬砌表面的平整度要求非常高，当渠道混凝土衬砌成型后，应用专门的工作台车进行抹面，在混凝土初凝前及时进行人工收面处理，消除表面气泡。抹面能提高混凝土板表面的密实度，消除表面收缩裂缝，但也要控制避免过分收面压光，以免出现表面龟裂。
渠道衬砌混凝土属于薄板结构，应避免在大风、高温天气进行浇筑施工，以防止混凝土板在打到覆盖养护条件前因表面失水过快而出现裂缝。
3.5 混凝土面板伸缩缝施工
混凝土面板在施工完成后要及时进行切缝工作，切缝的作用是使混凝土面板在切缝除产生应力集中，从而使裂缝在切缝处出现。切缝施工时混凝土衬砌过程中重要的一个环节，如不加强控制，极易产生裂缝。
切缝施工应根据不同的施工季节及温度情况灵活掌握，遵循“能切就切，宁早勿晚”的原则。过早切缝，混凝土强度不足，会使粗骨料从砂浆中脱离，造成切缝残缺破损，影响美观，切缝过晚，混凝土面板就会开裂形成裂缝。伸缩缝切缝分为横向通缝、横向半缝和纵向半缝，按照要求其缝宽与深度各不相同，在切割缝面时应及时更换不同刀片，既要保证切缝质量，又要避免因切缝过深造成土工膜破损。切缝结束后应立即清除缝内浮浆、碎渣，清洗干净后及时按规范用明渠专用聚硫密封胶进行填充。
3.6 混凝土面板后期养护
衬砌混凝土在浇筑完成后，逐渐凝固硬化，当外界相对湿度较小时，混凝土板将会由外向内逐渐失水。如果养护不到位，就会造成混凝土板表面比内部失水快、收缩快，从而产生应力，形成裂缝。所以混凝土面板的后期养护要及时跟进，养护可使用400g/m2的土工布覆盖后洒水，洒水次数以能保持混凝土面湿润即可。一般天气条件下，洒水养护应每隔2-3h进行一次，夜间可是当减少，遇到干燥、高温、持续大风天气时，应是当增加洒水次数。在进行切缝施工时，应做到随切随掀覆盖层，切缝后及时恢复，避免混凝土大面积长期暴露于空气中。
渠道衬砌混凝土面板裂缝的预防与控制是南水北调工程的一个重点、难点技术课题，我们结合本项目衬砌混凝土的技术特点，并借鉴了其它标段的同类经验，通过衬砌施工中的总结，有针对性的提出上述预防及控制措施，在实际施工中收到非常明显的效果，有效的控制了各类裂缝的高频率、大面积产生。由于混凝土现场施工环境的不确定性，施工材料变化的多样性，在实际施工过程中，应根据现场情况灵活调整，综合采取多种措施对进行混凝土裂缝控制。