無(wú)伸縮縫混凝土防滲襯砌渠道跳倉(cāng)澆筑施工技術(shù)

陸文紅，張彩鉐，陳華堂，蔣紅艷

（1.中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054；2.湖南省雙牌水庫(kù)管理局，湖南 永州 425100）

1 研究背景

渠道防滲襯砌是節(jié)水灌溉最重要的工程措施，不僅可以減少渠道輸水過(guò)程中的滲漏損失，提高輸水能力，減少渠道占地面積，還可以有效防止渠道沖刷、淤積、坍塌，保證渠道運(yùn)行安全，降低渠道運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用。

渠道防滲效果的顯著與否在很大程度上取決于渠道的襯砌結(jié)構(gòu)形式。渠道防滲襯砌的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常用的有混凝土防滲、瀝青混凝土防滲、砌石防滲、膜料防滲、水泥土防滲、土料防滲等，其中以現(xiàn)澆混凝土防滲使用得最為廣泛。現(xiàn)澆混凝土防滲的主要優(yōu)點(diǎn)是防滲效果好；經(jīng)久耐用；糙率小，輸水流量大；強(qiáng)度高，渠床穩(wěn)定；混凝土可塑性好，可制成不同的結(jié)構(gòu)形式；表面堅(jiān)硬，易于維護(hù)。主要缺點(diǎn)是在澆筑凝固過(guò)程中總會(huì)受到某些方面的限制性收縮而使混凝土受拉，當(dāng)混凝土的收縮值達(dá)到混凝土的極限拉伸值時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)便會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，這不僅降低建筑物的抗?jié)B能力，而且影響擋水結(jié)構(gòu)的使用功能、損害混凝土的耐久性［1-2］。根據(jù)我國(guó)和國(guó)際上一些著名工程的統(tǒng)計(jì)，處理裂縫所花費(fèi)用約為造價(jià)的5%～10%，相反，如果混凝土不產(chǎn)生裂縫，則將節(jié)省投入5%～10%。因而控制收縮裂縫成為控制混凝土質(zhì)量的一項(xiàng)重要內(nèi)容［3］。

為防止或減少混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生，對(duì)于渠道內(nèi)坡現(xiàn)澆混凝土襯砌這種超長(zhǎng)、超薄型素混凝土結(jié)構(gòu)，目前采取的解決辦法就是普遍采用橫向伸縮縫，將超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)每間隔一定距離進(jìn)行分段，以縮短單次澆筑混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，起到緩沖混凝土板塊硬化伸縮、防止產(chǎn)生裂縫的作用，以及防止因渠基底不均勻沉降或溫度變化引起渠道防滲體破壞；并用柔性材料填充預(yù)留伸縮縫，起到止水的作用。

但是，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，設(shè)置預(yù)留伸縮縫仍然存在著一些問(wèn)題：①設(shè)計(jì)的分縫長(zhǎng)度很難達(dá)到預(yù)期的目的，工程完工后仍會(huì)出現(xiàn)裂縫，甚至有的裂縫就在分縫的附近。②預(yù)留伸縮縫不僅施工工藝復(fù)雜，填充處理比較麻煩，費(fèi)工費(fèi)料、造價(jià)高，而且施工中難以直觀監(jiān)督混凝土的厚度和密實(shí)度，施工質(zhì)量難以保證。③伸縮縫處理不好，或渠道運(yùn)行年久后，在伸縮縫材料老化損壞而沒(méi)有及時(shí)修補(bǔ)的情況下，易沿伸縮縫產(chǎn)生滲漏、形成滲漏通道，不僅浪費(fèi)水資源、增加維修費(fèi)用，還會(huì)給渠道運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。④存在沿伸縮縫生長(zhǎng)雜草、甚至灌木，并易損壞伸縮縫等的弊端（特別是南方灌區(qū)），阻礙渠道行水，對(duì)渠道用水管理不便，增加清除雜草的運(yùn)行管理費(fèi)用。⑤伸縮縫填料損壞，需要及時(shí)修補(bǔ)，費(fèi)時(shí)費(fèi)錢。

雖然伸縮縫在渠道中所占的位置很小，但如忽視了其位置與作用，則將造成很大的危害，由于伸縮縫漏水，造成縫周圍局部土體近乎呈飽和狀態(tài)，土壤變得十分稀軟，使渠道又添新的漏水通道，造成大面積漏水，并導(dǎo)致渠體沉陷、破壞［4］。

針對(duì)現(xiàn)澆混凝土防滲襯砌渠道因設(shè)置預(yù)留伸縮縫而存在的弊端，根據(jù)南方灌區(qū)的氣候條件和渠道運(yùn)行所處環(huán)境的溫度變化對(duì)混凝土的收縮影響，結(jié)合湖南省雙牌灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的實(shí)際需要，經(jīng)多次試驗(yàn)研究，探索出一種無(wú)伸縮縫混凝土防滲襯砌渠道隔板跳倉(cāng)澆筑施工技術(shù)，并于2003—2008年在雙牌灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目中全面應(yīng)用，共襯砌了40多km渠道，迄今已成功應(yīng)用了10多年，取得了明顯的渠道防滲襯砌效果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 混凝土防滲襯砌渠道不設(shè)伸縮縫的施工技術(shù)研究

渠道混凝土襯砌裂縫的產(chǎn)生有很多原因，主要有溫度裂縫、干縮裂縫、施工裂縫、地基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫等［5-6］。對(duì)地基不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫以及混凝土澆筑過(guò)程及雨季過(guò)后發(fā)生在基礎(chǔ)薄弱環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)變形裂縫、澆筑時(shí)振搗不足以及施工過(guò)程中原材料的配備、混凝土入倉(cāng)時(shí)間的控制和保溫切縫過(guò)程中產(chǎn)生的施工裂縫，可采取適當(dāng)?shù)牡鼗幚砑笆┕す芾泶胧┘右越鉀Q。

渠道襯砌混凝土面積較大，厚度相對(duì)較薄，為8～12 cm，容易產(chǎn)生溫度裂縫和干縮裂縫。工程實(shí)踐證明，適當(dāng)選擇混凝土澆筑厚度，減小混凝土中的水化熱溫升，且適當(dāng)?shù)胤挚p，減小澆筑塊體長(zhǎng)度以減小約束應(yīng)力是減小減少裂縫的一個(gè)有效措施［7-8］。大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明：通過(guò)對(duì)渠道坡面合理劃分混凝土澆筑施工塊，采用分塊隔板跳倉(cāng)澆筑混凝土，對(duì)相鄰分塊分兩期澆筑，并控制相鄰兩個(gè)施工塊的澆筑時(shí)間間隔在48h以上，即在第一期澆筑分塊混凝土完成初凝、強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上，然后再填倉(cāng)澆筑相鄰的第二期施工分塊，前后二期澆筑的施工分塊間接縫處不設(shè)置預(yù)留伸縮縫而達(dá)到與設(shè)置預(yù)留伸縮縫同樣的效果。

通過(guò)這種先進(jìn)的施工工藝，在第一期澆筑的施工分塊混凝土在沒(méi)有約束應(yīng)力的條件下初凝，其收縮已基本完成，因此，填倉(cāng)澆筑相鄰的第二期混凝土?xí)r，其混凝土收縮已不再受到先澆鄰塊的影響，而且有利于混凝土內(nèi)部水化熱的散發(fā)，從而使相鄰分塊間先后分二期澆筑形成的施工工作縫完全可以代替常規(guī)的連續(xù)澆筑方法需要專門設(shè)置的伸縮縫，并因縫隙很小或在基面預(yù)鋪土工膜而能有效止水，因而取消了常規(guī)的預(yù)留伸縮縫，無(wú)需對(duì)施工工作縫進(jìn)行填充處理。

圖1 渠道橫斷面形狀示意圖

3 無(wú)伸縮縫混凝土防滲襯砌渠道施工方法

3.1基面處理對(duì)于土基渠道，需清除渠道表面雜草、樹(shù)根、原邊坡老舊混凝土等雜物，按渠道設(shè)計(jì)斷面清基整坡，保持渠道澆筑基面平整。對(duì)于巖基渠道，需將澆筑基底松軟風(fēng)化的巖石表層撬除并清理干凈。為加固邊坡面板與渠底面板在坡腳處良好連接，可在渠道坡腳開(kāi)挖成齒槽形（如圖1、圖2所示）。

3.2隔板間距隔板跳倉(cāng)間距是指渠道邊坡混凝土澆筑的施工縫之間的長(zhǎng)度，即分縫長(zhǎng)度或間距，可根據(jù)渠道襯砌高度、澆筑厚度、高低溫度變化引起的混凝土伸縮值等因素確定。根據(jù)渠道混凝土防滲襯砌無(wú)伸縮縫施工技術(shù)多次試驗(yàn)及施工應(yīng)用實(shí)踐，適宜的分縫間距為：渠道襯砌高度在5 m以內(nèi)（或渠道邊坡斜長(zhǎng)在10 m以內(nèi)）、混凝土襯砌厚度在0.2m以內(nèi)、溫差在20℃以內(nèi)，分縫間距以2.5 m較為適宜。

圖2 渠坡及基礎(chǔ)清理整形后

3.3澆筑工序首先，對(duì)渠道兩側(cè)坡面在渠線方向上按隔板間距劃分施工塊（例如連續(xù)編號(hào)1、2、3、4……，如圖3）、確定分縫線位置，且兩側(cè)渠坡的分縫線相對(duì)齊，彎道處以大彎邊為準(zhǔn)。其次，在分縫處架設(shè)立擋模板；對(duì)于有防滲要求的，可在分縫處基底表面鋪設(shè)40 cm寬的土工膜，上下游兩邊各搭接20 cm（圖4），或可全部鋪設(shè)土工膜。第三，對(duì)渠坡面各分塊依次進(jìn)行第一期隔板跳倉(cāng)澆筑（例如澆筑1、3、5……等塊）。第四，待第一期各分塊澆筑完成48 h后，拆除立擋模板，對(duì)未澆筑分塊進(jìn)行第二期隔板填倉(cāng)澆筑（例如澆筑2、4、6……等塊），且與上下游兩側(cè)已澆筑分塊間不留伸縮縫，實(shí)現(xiàn)無(wú)伸縮縫施工；同時(shí)對(duì)渠道底板按2個(gè)分塊長(zhǎng)度為一個(gè)澆筑塊進(jìn)行連續(xù)澆筑。

圖3 隔板跳倉(cāng)間距

圖4 分縫處基底表面鋪設(shè)土工膜

3.4操作要點(diǎn)

3.4.1 跳倉(cāng)澆筑 先跳倉(cāng)澆筑渠道兩側(cè)邊坡，分二期澆筑，待第二期填倉(cāng)澆筑邊坡時(shí)，同時(shí)連續(xù)澆筑渠道底板。第一期隔板跳倉(cāng)澆筑渠道邊坡時(shí)，按分縫間距在分縫處鋪土工膜（如需要）、立擋板模板（一般使用槽鋼、鋁合金板等）。澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)自下而上、從坡腳按水平方向往渠頂方向逐段鋪料澆筑，鋪料厚度應(yīng)比設(shè)計(jì)值大10%～20%，同一個(gè)澆筑分塊應(yīng)一次連續(xù)澆筑完成，不得間歇、斷續(xù)澆筑（圖5）。第一期混凝土分塊澆筑48h后，拆除擋板，直接填倉(cāng)澆筑第二期渠道邊坡待澆分塊，無(wú)需留伸縮縫、無(wú)需填充其它止水材料（圖6）。

在第二期填倉(cāng)澆筑邊坡時(shí)，可同時(shí)澆筑渠道底板混凝土，按2個(gè)邊坡分塊隔板間距長(zhǎng)度為一個(gè)澆筑塊，可按常規(guī)的預(yù)留伸縮縫方法進(jìn)行連續(xù)澆筑（圖7）。

3.4.2 振搗 澆筑時(shí)堆疊的骨料應(yīng)均勻分散于有漿處，先用刮板初步整平，再用小型平板振搗器自下而上縱向振搗，并在水平方向上橫移振搗，橫向搭接寬度不小于5cm，縱、橫向振搗至少一遍，嚴(yán)禁過(guò)度振搗（圖6）。

圖5 第1期隔板跳倉(cāng)澆筑渠坡混凝土

圖6 第2期隔板跳倉(cāng)澆筑渠坡混凝土

3.4.3 抹面 渠坡混凝土振搗完成后，可先用長(zhǎng)木泥抹對(duì)混凝土表面初抹，再用鐵泥抹細(xì)抹，直至表面平整。抹面采用原漿抹面，在振搗后表面泛出水泥漿時(shí)進(jìn)行，并用鐵泥抹對(duì)混凝土表面進(jìn)行壓光。在混凝土初凝前可再進(jìn)行一次壓光，以做到內(nèi)實(shí)外平，表面無(wú)蜂窩、麻面、砂眼、爆皮、龜裂等現(xiàn)象（圖8）。

圖7 渠底澆筑

圖8 抹面和壓光

4 推廣應(yīng)用情況

4.1技術(shù)要求混凝土澆筑的材料質(zhì)量是保障工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，各種材料要符合規(guī)格、檢驗(yàn)合格。水泥要求為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)宜選用32.5及以上，最好為同一廠家；砂、碎（卵）石要求級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈、不含雜質(zhì)；土工膜可使用二布一膜或三布二膜；立擋模板建議采用槽鋼或鋁合金板，便于安裝、重復(fù)使用和減少損耗。

此外，在施工過(guò)程中要符合操作、工藝要求：①渠道基礎(chǔ)處理完成后必須驗(yàn)收；②按分縫間距劃分邊坡澆筑分塊，分2期隔板跳倉(cāng)澆筑，時(shí)間間隔48 h以上，不設(shè)置預(yù)留伸縮縫；③混凝土采用機(jī)械拌和，要保證水泥用量，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況嚴(yán)格控制混凝土配合比和坍落度，混凝土標(biāo)號(hào)不低于C20；④采用原漿抹面，不得加漿；⑤根據(jù)渠坡的高度，可制作一活動(dòng)操作架，便于施工人員上下操作混凝土入倉(cāng)、振搗和抹面等。通過(guò)規(guī)范的施工操作，總體上達(dá)到：直如線、彎如月，平如鏡、硬如鐵。

無(wú)伸縮縫混凝土防滲襯砌渠道隔板跳倉(cāng)澆筑施工技術(shù)適用于土質(zhì)或石基梯形渠道；邊坡采用無(wú)?；炷烈r砌，邊坡系數(shù)（邊坡水平距離與垂直距離之比）大于0.8；不預(yù)留伸縮縫，由施工工作縫代替伸縮縫。

該技術(shù)適用于南方灌區(qū)的渠道防滲襯砌工程。對(duì)于北方凍脹不太嚴(yán)重的灌區(qū)，常年運(yùn)行的渠道也可應(yīng)用。

4.2推廣應(yīng)用效果無(wú)伸縮縫混凝土防滲襯砌渠道隔板跳倉(cāng)澆筑施工技術(shù)是在渠道混凝土防滲襯砌施工實(shí)踐過(guò)程中摸索出來(lái)的一種施工技術(shù)，符合《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》［9］的要求，已在湖南省雙牌灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目中應(yīng)用共計(jì)鋪設(shè)了干渠43 km，并已成功運(yùn)行了10多年。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用表明，采用隔板跳倉(cāng)澆筑，取消預(yù)留伸縮縫，避免了繁瑣的預(yù)留伸縮縫處理，改善了施工工序，有利于施工的操作和管理；混凝土澆筑分塊間距相對(duì)較小，能保證面板的平整度、澆筑厚度以及密實(shí)度和均勻度，質(zhì)量監(jiān)測(cè)方式簡(jiǎn)便、直觀、有效，利于施工質(zhì)量的控制；混凝土無(wú)伸縮縫澆筑節(jié)省了處理伸縮縫的材料和人工投入；基本杜絕雜草、灌木等沿工作縫的生長(zhǎng)，減少因伸縮縫受損或老化造成的面板損壞，從而大幅減少渠道運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用和維修費(fèi)用等（圖9）；降低渠道運(yùn)行中因沿伸縮縫滲漏帶來(lái)的渠道安全隱患，提高渠道運(yùn)行安全性，有效減少滲漏損失，節(jié)約水資源、提高渠道用水效率。

近些年，湖南省酒埠江灌區(qū)、歐陽(yáng)海灌區(qū)、韶山灌區(qū)等多個(gè)大型灌區(qū)也開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)，取得了良好的渠道工程改造效果，并逐步在湖南全省大中型灌區(qū)中推廣應(yīng)用，具有很強(qiáng)的技術(shù)適用性和應(yīng)用實(shí)用性。

圖9 運(yùn)行10年的渠道狀況對(duì)比

5 結(jié)論

無(wú)伸縮縫混凝土防滲襯砌渠道隔板跳倉(cāng)澆筑施工技術(shù)是在常規(guī)設(shè)置預(yù)留伸縮縫的渠道混凝土防滲襯砌施工方法基礎(chǔ)上，通過(guò)長(zhǎng)期摸索、試驗(yàn)、實(shí)踐創(chuàng)新出來(lái)的一種新型施工技術(shù)，經(jīng)多個(gè)灌區(qū)應(yīng)用實(shí)踐表明，與常規(guī)的設(shè)置預(yù)留伸縮縫的施工方法相比較，具有有利于施工管理，便于工程質(zhì)量控制，節(jié)省伸縮縫工程造價(jià)，省工、省投資，節(jié)省渠道運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用和維修費(fèi)用，降低安全隱患，有效減少滲漏損失，節(jié)約水資源、提高渠道用水效率等優(yōu)點(diǎn)，適于大面積推廣應(yīng)用。

［1］ 何武全，劉群昌，邢義川，等.渠道襯砌與防滲工程技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)水利水電水利出版社，2015.

［2］ 何武全，孔東.渠道襯砌與防滲工程技術(shù)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2011.

［3］ 王國(guó)秉，丁寶瑛，王歷，等.水工混凝土裂縫的防止［J］.山西水利科技，2001（1）：20-25.

［4］ 秦永果.襯砌渠道伸縮縫漏水原因分析及對(duì)策［J］.山西水利科技，1997（3）：29-32.

［5］ 吳元金.渠道混凝土裂縫成因及處理措施［J］.廣東水利水電，2009（8）：28-30.

［6］ 馬斌，姜仁貴，王春燕.南水北調(diào)中線渠道混凝土裂縫成因分析及處理［J］.水利水電技術(shù)，2009（3）：39-42.

［7］ 黃國(guó)興，陳改新.水工混凝土建筑物修補(bǔ)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

［8］ 王國(guó)秉，丁寶瑛，王歷，等.防止水工混凝土裂縫的措施和修補(bǔ)方法［J］.山西水利科技，2001（1）：26-33.

［9］ 中華人民共和國(guó)水利部.渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范（GB/T 50600-2010）［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.