李晓文
（甘肃省武威市凉州区杂木水管处，甘肃武威 733000）
作者简介：李晓文(1973-)，男，甘肃武威人，工程师，主要从事水利工程建设管理工作。
导读：从河西地区的地质、气候特征，深层次分析本地区混凝土渠道出现裂缝的原因，有针对性地提出相应的维护防治措施，为石羊河流域乃至本地区混凝土渠道裂缝防治提供有益的参考。
混凝土渠道防渗具有一次性投资比较大，防渗效果好，运行安全的特点。混凝土是由砂、石、水、水泥等材料组成的，这些材料具有一定的吸水性，又长期处在水的环境中，这些水分在负温条件下，体积会发生膨胀，经过多个冻胀，融化循环和应力的反复作用，最终导致混凝土的冻融破坏，形成裂缝。
河西地区气候属大陆性干旱气候，冬、春季常常会形成寒潮天气，夏季气候却十分干燥、冷热变化剧烈，现浇混凝土渠道极容易出现裂缝。渠道混凝土出现裂缝，会大大降低渠道运行的使用寿命。
一、渠道混凝土产生裂缝的原因分析
㈠气温变化使基础冻胀引起的裂缝
基础冻涨是由于在负温天气下，基础土质中的水分结冰造成基础体积膨胀，当膨胀达到混凝土抗折强度极限时，导致混凝土板断裂，产生不同形式的混凝土缺陷。此类裂缝在渠底以及地势较低的地方出现的密度比较大。
基础冻涨必须具备负温和一定的含水量两个主要因素。河西地区渠底基础土质多为壤土，由于地面水的下渗，加之本区域大部分渠道冬灌时间长，具有较强的富水性和透水性，使得砂土和壤土层含水量偏高，并且形成持水层，基础极易受冻。据气象统计资料显示，1月是本地全年最冷的月份，月平均气温为-15℃，冻土厚度达0.78一0.88米。在2010年12月至2011年1月期间，最低气温达-20℃，平均负温天气持续近一个月。根据基础含水量测定，砂土层含水量5.7%~8.7%，壤土层含水量12.5%~ 14.2%，砂层含水量5.6%~6.2%，很明显壤土层含水量偏高，正是由于这两个主要因素的存在，造成了渠道基础冻涨，形成裂缝。
㈡混凝土表面因为冰冻引起的裂缝
本地区农田有冬灌需求，混凝土渠道裂缝发生时间，一般为封冻期及解封期间，其中渠道阴坡出现机率较多。一是该时段气温急剧变化，对停水较迟的渠道，基础渗水无法排除，结冰后对渠道的冻胀破坏比较严重。二是本地区冬季降雪量大，使渠底低洼处出现积水结冰，随气温的降低，结冰处混凝土表面出现冰冻。
据统计，河西地区最冷月平均气温-15℃时，最低可达-20℃以下，可出现2~5次通过0℃的正负交替次数。另据有关研究水结冰膨胀体积的公式Ud=0.09·S·U·M(式中，U为毛细管水的膨胀体积，U为毛细管的空隙体积，S为饱和度，M为成冰率）。可知，水完全结冰可产生9%的体积膨胀，使混凝土遭受很大的内部破坏力。渠底的积水冻冰造成了混凝土处于完全饱和状态，冰冻后混凝土体积膨胀更为严重。由于日夜气温的交替变化，经过冻融交替，使渠底积水冻冰处混凝土渠道出现裂缝。同时，此处的混凝土部分表皮脱落，正是由于混凝土出现冻融交替，使得混凝土渠道表面遭受更为严重的破坏。
㈡施工管理措施不到位造成的裂缝 ℃ —是混凝土浇筑后，在硬化过程中，由于混凝土受外部条件的影响，内外水分蒸发程度不同，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。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面在混凝土施工中后期就会产生裂缝。二是渠道施工浇筑过程中，如果水灰比过小，会因为难以振捣使渠壁不密实；如果水灰比过大，则会在振捣中容易出现塌落裂缝现象。在坡板施工时，如果滑模长度不够，浇筑混凝土上部振捣容易引起下部塌落裂缝。如果在停水间隙施工，基础土含水率大，夯填不密实，浇筑的混凝土容易出现裂缝。在温度骤降的情况下施工，加大了冻胀应力，浇筑混凝土渠道必然产生裂缝。对撒落砼料不回拌合机重新拌合，直接现浇不能保证渠道的有效厚度，抗局部应力差，也容易导致裂缝。
二、有效处理渠道混凝土裂缝的措施
当混凝土防渗渠道发生裂缝后，根据渠道混凝土裂缝的宽度、裂缝的分布数量和不同特性，可采用不同的处理方法。处理后的裂缝要能保证混凝土渠道结构原有的整体性以及防水防渗漏的要求。视裂缝的大小，可采取不同方法来维护修理。
㈠用表面涂抹渗透法，处理渠道较小的裂缝
对于较小的渠道裂缝，一般可采取涂抹水泥砂浆渗透结晶防水材料进行表面处理，既可以保证原混凝土的整体性，又可利用防水材料的渗透作用，填塞缝隙，达到防水的目的。
水泥砂浆渗透结晶型防水材料是一种刚性防水材料，具有呼吸性、防水作用的永久性和独特的自修复能力。与水作用后，材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土渠道致密防水。
在涂抹水泥砂浆渗透结晶型防水材料时，首先要除去渠壁表面的浮灰、浮浆、油脂等物，铲除空鼓、疙瘩等疏松部位，将渠壁表面打磨粗糙后用水浸透防水基层。然后在裂缝混凝土表面直接涂刷结晶型防水材料，涂刷范围为裂缝两侧各10厘米，涂刷一遍，厚度约l毫米。当涂层固化到不会被洒水损坏时就要开始养护，以喷洒水雾为主，保持涂层湿润，养护3天以上，促进防水涂层的强度尽早体现、防止开裂。
㈡用裂缝凿缝镶嵌法，处理渠道较大的裂缝。
如果裂缝较大，可以进行凿缝镶嵌法处理，保证修补材料的牢固性。镶嵌材料一般选择水泥砂浆柔性防水材料或聚硫密封胶，用聚硫密封胶处理会更有效。
如果使用水泥砂浆柔性防水材料填缝镶嵌，施工环境温度不宜过低和过高。首先沿渠道裂缝方向凿成—个合适的槽沟，槽的深度与槽的宽度比不得小于1.5。然后清除缝内的污物及杂质，用清洁的压力水彻底冲洗、湿润，确保施工面干净、潮湿。接下来把粉料、液料按约5:1的比例混合成厚质膏状。将拌和好的防水砂浆填入槽内压实，为确保表面平整度，在初凝具有一定强度后应立即进行造平处理。
聚硫密封胶是以液态聚硫橡胶为基料配制而成的，对金属及混凝土等材质具有良好的粘接性，可在连续伸缩、振动及温度变化下保持良好的气密性和防水性，耐久性甚佳。明渠专用聚硫密封胶是渠道工程选定的主要填缝材料。
如果使用聚硫密封胶填缝镶嵌，首先沿裂缝方向凿成—个宽深适度的槽沟，槽深为槽宽的2倍，并认真清除缝内的污物及杂质，保持缝内干燥。然后将混合好的双组分底涂液涂刷在被粘表面上，干燥成膜，一层一层涂刷，直到填平密封处为止。
㈡用拆除重新浇筑法，处理渠道的大面积裂缝
如果渠道混凝土防渗层损坏严重，渠道表面裂缝较大，如出现破碎、错位等现象，应拆除损坏部位，处理好地基土，重新浇筑破损部分。
重新浇筑部分时要特别注意将新旧混凝土的接合面处理好。接合面凿毛冲洗后，需涂一层厚1毫米的水泥净浆，才能开始浇筑混凝土。重新浇筑好的混凝土部分，要注意保湿养护。
科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的。但只要采取有效的措施，就能够将其危害程度控制在一定的范围之内。
设计时应根据不同的地质情况采取足够的保温措施，特别是对含水量高的土质基础和背阴面渠坡，在气温不理想的情况下控制施工工序及保养手段。
施工中严格控制模板拼接质量，模板尺寸应尽量大，板面完整无损，并且板间应粘结密实，提高整体效果。施工期较长的渠道，气温较低时应及时清理渠道底部的积水，防止混凝土冻融而出现裂缝。
三、结语
延长渠道使用寿命，要本着“预防为主，防重于修”的原则。科学的管理养护是延长渠道使用寿命的重要法宝，在渠道的日常维护中，要尽早的发现问题，及时予以解决，在渠道裂缝早期采取科学有效的修复措施，以维护渠道畅通无碍，提高水资源利用率。
（编辑：田野）
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参考文献：
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[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]北京：中国建筑工业出版社，1997
