范繼友，劉廣輝，任澤儉

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

南水北調(diào)濟(jì)南至引黃濟(jì)青明渠段工程呈東西走向，全長(zhǎng)111.26km，其中，混凝土現(xiàn)澆襯砌渠道長(zhǎng)76.7km，沿小清河新辟梯形明渠，渠底寬9.1～13.5m，渠內(nèi)坡 1∶2.25，外坡 1∶2.0，渠道縱坡1/18000，采用全斷面現(xiàn)澆混凝土防滲襯砌。設(shè)計(jì)流量為50m3/s，加大流量為60m3/s。

渠底采用中粗砂反濾盲溝+透水管逆止排水防揚(yáng)壓，渠底縱向伸縮縫沿輸水渠方向布置。橫向伸縮縫垂直于輸水渠軸線布置，長(zhǎng)度與輸水渠橫斷面輪廓相同，渠底橫向伸縮縫每隔3.5m設(shè)置一條，渠坡每隔28m設(shè)一道橫向通縫，其余伸縮縫均為半縫，切縫深度6cm，縫寬均為1cm，渠道襯砌采用C20W8F200素混凝土。

1 渠道混凝土襯砌型式及施工工序

1.1 結(jié)構(gòu)型式

明渠段全斷面機(jī)械現(xiàn)澆高性能混凝土面板防滲渠道，混凝土襯砌結(jié)構(gòu)型式分為兩種：型式Ⅰ為板下?lián)Q填砂礫石墊層防凍脹、渠底碎石盲溝逆止排水防揚(yáng)壓；渠道襯砌自下而上鋪設(shè)10cm厚中粗砂、10cm厚碎石墊層（渠坡碎石墊層為5～30cm），現(xiàn)澆C20厚20cm高性能混凝土面板。型式Ⅱ?yàn)榍落佋O(shè)聚苯乙烯泡沫板、渠底換填碎石墊層防凍脹，渠坡暗管逆止排水防揚(yáng)壓；渠坡襯砌自下而上鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫板保溫、PE復(fù)合土工膜防滲，現(xiàn)澆8cm厚高性能混凝土；渠底自下而上鋪設(shè)10cm厚中粗砂、10cm厚礦石墊層，現(xiàn)澆C20厚10cm高性能混凝土板。

1.2 機(jī)械化襯砌施工工序

明渠段渠道主體工程共分9個(gè)施工標(biāo)段，其中1～7標(biāo)段為全斷面混凝土襯砌。2011年2月18日開(kāi)工，3月下旬開(kāi)始渠道試驗(yàn)段襯砌，5月開(kāi)始渠道襯砌全面施工。渠道襯砌主要施工工序?yàn)椋呵蚕髌?、砂石料鋪設(shè)及碾壓、襯砌機(jī)現(xiàn)澆襯砌混凝土、襯砌板養(yǎng)護(hù)及割縫。

2 襯砌渠道凍脹裂縫情況及原因

2.1 襯砌渠道凍脹裂縫情況

2012年1月下旬（春節(jié)前后），施工2標(biāo)段、5標(biāo)段均為襯砌型式I，已澆筑成型的部分渠底混凝土板有凍脹上浮現(xiàn)象，與渠坡混凝土板縱向分縫處出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、渠底襯砌板抬高，最高處高出3cm，個(gè)別部位渠底襯砌板因凍脹壅高，出現(xiàn)縱向（順渠道方向）裂縫，縫寬約1mm。渠底襯砌縱向上分為三幅，三幅全部襯砌的，兩邊幅部分襯砌板中間受凍漲向上隆起、裂縫，均為順渠道方向裂縫，中幅板基本沒(méi)裂縫；渠底只澆筑兩邊幅板中幅未澆筑的，基本無(wú)裂縫。個(gè)別渠坡襯砌在位于坡腳上1m左右，出現(xiàn)順渠道方向裂縫，大部分位于渠坡陰面。換填砂礫料墊層較厚的渠坡襯砌未出現(xiàn)凍脹（樁號(hào)27+766～30+093段），該段渠坡中粗砂墊層厚度為10cm，碎石墊層厚為30cm。

施工3標(biāo)段襯砌型式II渠坡襯砌在坡腳以上30～50cm范圍內(nèi)出現(xiàn)縱向裂縫，一般在渠坡陰面，縫寬1.0～1.3mm，渠坡陽(yáng)面裂縫較少。

施工1標(biāo)段地下水位較高，渠內(nèi)水深約為1.5m，渠底無(wú)凍脹，其余標(biāo)段渠內(nèi)無(wú)水。施工4、6、7標(biāo)段冬季之前未進(jìn)行渠底襯砌，渠坡基本無(wú)凍脹裂縫現(xiàn)象。

2.2 凍脹原因分析

對(duì)凍脹破壞的渠底襯砌板拆除、探查發(fā)現(xiàn)：渠道襯砌砂礫料墊層厚度滿足設(shè)計(jì)要求；襯砌混凝土板頂面以下凍土深度達(dá)40～50cm，砂礫料墊層凍結(jié)成塊，砂石料墊層底以下凍土厚度達(dá)10～20cm；地下水位距襯砌混凝土板頂面約50cm。根據(jù)檢查情況和當(dāng)時(shí)氣象條件，初步分析產(chǎn)生凍脹破壞原因如下：

1）特殊氣候條件影響。根據(jù)工程沿線氣象資料，2012年冬季（2011.12～2012.2月）氣溫比常年低，低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，1月22日～25日連續(xù)4d最低溫度低于-10℃，最低為-14.4℃，為30年一遇嚴(yán)寒天氣，凍土深達(dá)到50cm；冬季雨雪較多，雨雪水沿渠坡會(huì)流至渠底，通過(guò)渠底與渠坡的施工縫及渠底襯砌板切割縫斷裂處滲入砂石料墊層（切割縫大部分還沒(méi)有填膠），同時(shí)遇到低溫，使墊層凍結(jié)，持續(xù)寒冷凍層加厚，造成墊層和地基土凍脹。

渠底地基及墊層發(fā)生凍脹后，渠底襯砌板受兩側(cè)坡腳處渠坡襯砌的約束（渠底、渠坡全部襯砌完成后，相當(dāng)于全部封閉的倒拱底板，地基凍脹變形產(chǎn)生約束力），產(chǎn)生約束應(yīng)力，造成分縫處錯(cuò)臺(tái)、渠底及渠坡襯砌板裂縫等凍脹破壞。渠底襯砌板未澆筑或未全部澆筑的則不產(chǎn)生約束應(yīng)力，未發(fā)生凍脹破壞。

2）地下水位影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探查、觀測(cè)，出現(xiàn)凍脹段地下水位較高，水位在砂石墊層以下約20～40cm，持續(xù)寒冷低溫，凍結(jié)緣逐漸加厚，地下水通過(guò)毛細(xì)管上升，滲入砂礫料墊層，逐漸使墊層結(jié)凍、地基土凍脹，發(fā)生凍脹破壞。

3）地質(zhì)因素影響。部分渠段渠坡中間位置及渠底存在連續(xù)或間斷的黏土層，黏土層中含水量較大，在持續(xù)低溫條件下，水分受凍結(jié)、滲透作用滲入砂石料墊層中，使砂礫料墊層和地基土凍脹，直接導(dǎo)致襯砌面板凍脹破壞，襯砌板出現(xiàn)凍脹裂縫。

3 預(yù)防及處理措施

3．1 地下水位要求

對(duì)渠底、渠坡全斷面襯砌完成的渠道冬季蓄水保溫，防止凍脹，對(duì)地下水位較高的渠段蓄水位應(yīng)高于地下水位。

3．2 渠底渠坡襯砌施工注意事項(xiàng)

若冬季不能蓄水保溫，應(yīng)科學(xué)安排渠底、渠坡襯砌施工的時(shí)間順序，或渠底襯砌不全部封閉，避免冬季因凍脹渠底、渠坡相互約束產(chǎn)生應(yīng)力，造成破壞。渠道襯砌應(yīng)及時(shí)割縫，施工縫和切割縫按要求及時(shí)充填聚硫密封膠等止水材料，防止?jié)B水。

3．3 渠坡黏土夾層帶處理

為防止渠坡黏土夾層凍脹，宜將渠坡上富含水分的黏土夾層帶適當(dāng)多清除，增加換填墊層厚度，提高排水、防凍脹效果，特別是陰坡。

3．4 渠底襯砌板凍脹抬高、錯(cuò)臺(tái)處的處理

渠底襯砌板凍脹抬高、錯(cuò)臺(tái)的，隨著溫度升高一般逐漸恢復(fù)到位，影響不大。對(duì)個(gè)別地方抬高仍較大的（抬高1cm以上），整塊板全部斷裂的拆除重新澆筑。

3．5 未貫通的裂縫處理

對(duì)未貫通的裂縫，根據(jù)裂縫類(lèi)型試驗(yàn)確定處理方案，待氣溫適宜時(shí)進(jìn)行裂縫處理，以滿足工程安全及使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械化混凝土襯砌是一種較先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用渠道工程施工工藝，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。大型渠道襯砌工程施工周期長(zhǎng)，有些工程項(xiàng)目需要跨冬季、雨季施工，由于工程的水文氣象、地質(zhì)條件、運(yùn)行工況不同，根據(jù)襯砌渠道工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，需要不斷探索越冬保溫措施、科學(xué)施工工藝和預(yù)防凍脹破壞方案，才能確保工程安全。