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浅谈混凝土渠道的裂缝原因及防治措施
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【论文关键词】：混凝土渠道; 裂缝原因; 防治措施
【论文摘要】：混凝土U形渠道被广泛用于渠道的防渗衬砌中，并且对减少渠系水渗漏发挥了很大的作用。文章针对混凝土U形渠道产生裂缝的原因进行分析，并提出相应的防治措施。
U形渠道是我国20世纪70年代在陕西率先发展起来的一种新型断面渠道。它整体性强,防渗效果优于梯形渠道;水力条件好,近似水力最佳断面;输沙能力强,有利于输送高含沙水流;在冻胀性和湿陷性地基上有一定适应地基不均匀变形的能力;渠口窄,节省土地,减少挖填方量,减少衬砌工程量;便于机械化施工。目前在中小型渠道衬砌中，混凝土U形衬砌渠道被广泛采用。混凝土U形渠较梯形渠每公里输水损失减小3.7%,较土渠可以减少渗漏损失97%。U形渠断面形式有标准U形、弧底梯形和弧形坡脚梯形等；衬砌材料有混凝土、沥青混凝土、砌石等；结构形式有混凝土等厚板、变厚板、等厚加肋板、板膜复合、板与保温材料复合、板与垫层以及砌石与砂砾石垫层复合等；施工方法有人工预制安装(包括人工砌石)、人工木(钢)模现浇、喷混凝土和渠底现浇侧壁预制吊装相结合等。
实践证明,U形衬砌渠道不但在无冻害地区是非常成功的,在冻胀量不超过5cm的Ⅱ级基土冻胀性工程地区,在采用适当的防冻措施后,也是一种完全适用的、良好的防渗方案。依据土质、地下水位、气候条件和流量大小及施工水平选择U形渠断面形式,依据水流特性和当地材料选择U形渠结构形式及嵌缝材料。宁夏引黄灌区广泛使用U形断面混凝土衬砌的形式，渠道普遍产生裂缝，不但直接影响渠道的正常使用，而且增加了修复次数和工程费用。
1. 混凝土U形渠道裂缝的原因
1.1 温度裂缝
温度裂缝多发生在混凝土表面。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生水化热，从而使混凝土内部温度升高，而混凝土表面因昼夜温差较大，散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束就会产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，混凝土衬砌面板上温度裂缝通常纵横交错，裂缝宽度大小不一[1]，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。
1.2 塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土浇筑后4～5h左右，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽l～5mm。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。
1.3 干缩裂缝
干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.2mm之间，大面积混凝土中间部位多见[2]。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，和混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
1.4 施工冷缝
在渠道混凝土面板衬砌过程中，由于机械故障、天气变化、或其他突发性事件的发生，引起混凝土浇筑过程不连续而出现施工冷缝。这种缝的产生主要是因为前期混凝土已经浇筑，由于不可预见性事件造成继续浇筑的混凝土与前期浇筑的混凝土间隔时间太长，甚至前期混凝土已经初凝，对于薄层面板结构，接缝的处理很难达到要求，在混凝土的凝固过程中，因混凝土有自收缩的特性，在抗拉应力最薄弱的接缝处裂开，形成施工冷缝。这种裂缝一般为贯穿性，走向沿新旧混凝土结合面。
1.5 沉降裂缝
沉降裂缝多因基础面的处理有关，主要体现在坡面质量的好坏，坡面质量主要表现在坡面平整度及基面密实，若支撑混凝土面板的削坡基面平整度不够，甚至凸凹不平，则面板在同一高程就不会是等厚的，面板柔性就会降低，抵抗拉应力的能力也随之减弱，从而产生应力裂缝；若基面地基土质不匀、或回填土不实，密度达不到设计要求的指标，则衬砌面板可能产生过大的沉降或产生局部的不均匀沉降，从面引起沉陷裂缝，此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°～45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
2. 混凝土U形渠道裂缝的防治措施
2.1 严格施工程序，努力提高施工质量
① 应切实夯实土基，保证渠堤稳定，杜绝渗漏侵蚀。U形衬砌渠道首先要对定线基础进行彻底的清理，直至原状土。其次，要认真进行大断面的分层回填碾压。可采用碾压机进行，分层干容重要在1.6t/m3，以上。最后，在碾压到设计高程时即可放线、挂线开挖，逐段用土模校核标准，误差控制在0.3cm以内。
② 弄懂U形衬砌机的构造、性能和工作原理，熟练掌握其技术操作要领，确保衬砌振捣密实，表面光滑。U形衬砌机是薄壳反拱结构，背面以土基为模，一次振捣拉光成型。只有真正掌握了其操作技术，才能按施工要求平稳作业，从而达到两侧不挂土，底部不拥土，振捣密实，厚度均匀，表面光滑。
③ 精选材料，合理调整配合比，最大限度地减少混凝土体内存水空间。U形衬砌机对混凝土要求水灰比小，和易性能好，有较适宜的砂率.由于衬砌厚度小(一般为5～8cm)，故配合比要求选用早强水泥;骨料选用0.5～2cm河卵石;中砂，采用单级配。混凝土水灰比应控制在0.55左右，混凝土坍落度控制在2～4cm。
2.2 加强渠道日常运行管理和经常性维修保养，确保渠道安全高效运行
① 严格按渠道设计标准放水，严禁超载带病运行。U形衬砌渠道设计标准是根据渠道所在地理位置、灌溉面积等因素，在勘测设计时确定的，故行水应以设计标准为极限，不可为解一时之急，给工程留下后患。
② 建立经常性的渠道检查维修保养制度，防患于未然。每个灌季结束后，特别是人冬前和冬灌后，要对渠道进行一次全面检查，及时彻底清理淤积，整修渠堤，确保渠底无杂物、无积水，以免因冻胀破坏渠道。一旦发现局部裂缝、酥碎现象，应及时维修，以防破坏扩大。
参考文献
[1] 周维博, 李立新, 何武权, 等. 我国渠道防渗技术研究与进展[J]. 水利水电科技进展, 2004,24(5):60-63.
[2] 建功. 发展节水农业推广渠道防渗新成果[J]. 防渗技术, 1997,3(3):1-4.
[3] 王铁梦. 工程结构裂缝控制[M]. 中国建筑工业出版社, 1997.
[4] 李学军, 费良军, 穆红文. U形衬砌渠道冻胀机理与防渗技术研究[J]. 干旱地区农业研究, 2006-5. 来源: 《建筑中文网》.
【论文摘要】：混凝土U形渠道被广泛用于渠道的防渗衬砌中，并且对减少渠系水渗漏发挥了很大的作用。文章针对混凝土U形渠道产生裂缝的原因进行分析，并提出相应的防治措施。
U形渠道是我国20世纪70年代在陕西率先发展起来的一种新型断面渠道。它整体性强,防渗效果优于梯形渠道;水力条件好,近似水力最佳断面;输沙能力强,有利于输送高含沙水流;在冻胀性和湿陷性地基上有一定适应地基不均匀变形的能力;渠口窄,节省土地,减少挖填方量,减少衬砌工程量;便于机械化施工。目前在中小型渠道衬砌中，混凝土U形衬砌渠道被广泛采用。混凝土U形渠较梯形渠每公里输水损失减小3.7%,较土渠可以减少渗漏损失97%。U形渠断面形式有标准U形、弧底梯形和弧形坡脚梯形等；衬砌材料有混凝土、沥青混凝土、砌石等；结构形式有混凝土等厚板、变厚板、等厚加肋板、板膜复合、板与保温材料复合、板与垫层以及砌石与砂砾石垫层复合等；施工方法有人工预制安装(包括人工砌石)、人工木(钢)模现浇、喷混凝土和渠底现浇侧壁预制吊装相结合等。
实践证明,U形衬砌渠道不但在无冻害地区是非常成功的,在冻胀量不超过5cm的Ⅱ级基土冻胀性工程地区,在采用适当的防冻措施后,也是一种完全适用的、良好的防渗方案。依据土质、地下水位、气候条件和流量大小及施工水平选择U形渠断面形式,依据水流特性和当地材料选择U形渠结构形式及嵌缝材料。宁夏引黄灌区广泛使用U形断面混凝土衬砌的形式，渠道普遍产生裂缝，不但直接影响渠道的正常使用，而且增加了修复次数和工程费用。
1. 混凝土U形渠道裂缝的原因
1.1 温度裂缝
温度裂缝多发生在混凝土表面。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生水化热，从而使混凝土内部温度升高，而混凝土表面因昼夜温差较大，散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束就会产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，混凝土衬砌面板上温度裂缝通常纵横交错，裂缝宽度大小不一[1]，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。
1.2 塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土浇筑后4～5h左右，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽l～5mm。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。
1.3 干缩裂缝
干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.2mm之间，大面积混凝土中间部位多见[2]。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，和混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
1.4 施工冷缝
在渠道混凝土面板衬砌过程中，由于机械故障、天气变化、或其他突发性事件的发生，引起混凝土浇筑过程不连续而出现施工冷缝。这种缝的产生主要是因为前期混凝土已经浇筑，由于不可预见性事件造成继续浇筑的混凝土与前期浇筑的混凝土间隔时间太长，甚至前期混凝土已经初凝，对于薄层面板结构，接缝的处理很难达到要求，在混凝土的凝固过程中，因混凝土有自收缩的特性，在抗拉应力最薄弱的接缝处裂开，形成施工冷缝。这种裂缝一般为贯穿性，走向沿新旧混凝土结合面。
1.5 沉降裂缝
沉降裂缝多因基础面的处理有关，主要体现在坡面质量的好坏，坡面质量主要表现在坡面平整度及基面密实，若支撑混凝土面板的削坡基面平整度不够，甚至凸凹不平，则面板在同一高程就不会是等厚的，面板柔性就会降低，抵抗拉应力的能力也随之减弱，从而产生应力裂缝；若基面地基土质不匀、或回填土不实，密度达不到设计要求的指标，则衬砌面板可能产生过大的沉降或产生局部的不均匀沉降，从面引起沉陷裂缝，此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°～45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
2. 混凝土U形渠道裂缝的防治措施
2.1 严格施工程序，努力提高施工质量
① 应切实夯实土基，保证渠堤稳定，杜绝渗漏侵蚀。U形衬砌渠道首先要对定线基础进行彻底的清理，直至原状土。其次，要认真进行大断面的分层回填碾压。可采用碾压机进行，分层干容重要在1.6t/m3，以上。最后，在碾压到设计高程时即可放线、挂线开挖，逐段用土模校核标准，误差控制在0.3cm以内。
② 弄懂U形衬砌机的构造、性能和工作原理，熟练掌握其技术操作要领，确保衬砌振捣密实，表面光滑。U形衬砌机是薄壳反拱结构，背面以土基为模，一次振捣拉光成型。只有真正掌握了其操作技术，才能按施工要求平稳作业，从而达到两侧不挂土，底部不拥土，振捣密实，厚度均匀，表面光滑。
③ 精选材料，合理调整配合比，最大限度地减少混凝土体内存水空间。U形衬砌机对混凝土要求水灰比小，和易性能好，有较适宜的砂率.由于衬砌厚度小(一般为5～8cm)，故配合比要求选用早强水泥;骨料选用0.5～2cm河卵石;中砂，采用单级配。混凝土水灰比应控制在0.55左右，混凝土坍落度控制在2～4cm。
2.2 加强渠道日常运行管理和经常性维修保养，确保渠道安全高效运行
① 严格按渠道设计标准放水，严禁超载带病运行。U形衬砌渠道设计标准是根据渠道所在地理位置、灌溉面积等因素，在勘测设计时确定的，故行水应以设计标准为极限，不可为解一时之急，给工程留下后患。
② 建立经常性的渠道检查维修保养制度，防患于未然。每个灌季结束后，特别是人冬前和冬灌后，要对渠道进行一次全面检查，及时彻底清理淤积，整修渠堤，确保渠底无杂物、无积水，以免因冻胀破坏渠道。一旦发现局部裂缝、酥碎现象，应及时维修，以防破坏扩大。
参考文献
[1] 周维博, 李立新, 何武权, 等. 我国渠道防渗技术研究与进展[J]. 水利水电科技进展, 2004,24(5):60-63.
[2] 建功. 发展节水农业推广渠道防渗新成果[J]. 防渗技术, 1997,3(3):1-4.
[3] 王铁梦. 工程结构裂缝控制[M]. 中国建筑工业出版社, 1997.
[4] 李学军, 费良军, 穆红文. U形衬砌渠道冻胀机理与防渗技术研究[J]. 干旱地区农业研究, 2006-5. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200903/12458.htm
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