水閘閘墩混凝土裂縫的形成原因分析及處理措施

摘要：本文通過對(duì)水閘閘墩裂縫的深入研究，從人為原因和客觀原因詳細(xì)分析了水閘閘墩裂縫的形成原因，并且提出了水閘閘墩裂縫的防治措施要從混凝土的材料的選擇、澆筑時(shí)間、溫度控制、攪拌工藝以及混凝土的養(yǎng)護(hù)出發(fā)，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：水閘閘墩裂縫；原因分析；防治措施

水閘是一種在河道、水庫(kù)等貸方用以減災(zāi)防洪的水工建筑物，關(guān)閉閘門，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水的需要調(diào)節(jié)流量，在水利工程中的應(yīng)用十分重要。然而，水閘閘墩部位容易出現(xiàn)裂縫，這個(gè)問題長(zhǎng)期以來(lái)困擾著工程界，因此，分析水閘閘墩裂縫形成的原因以及提出裂縫的防治措施顯得尤為重要，希望本文的探究對(duì)工程界有所幫助。

1水閘閘墩裂縫的形成原因

水利工程中，水閘主要有底板以及閘墩兩個(gè)部分構(gòu)成，屬于混凝土結(jié)構(gòu)，在水閘閘墩的底部會(huì)受到底板的限制，而上部則可以自由伸縮。眾所周知，混凝土是現(xiàn)代化工程建設(shè)中最主要的施工材料之一，它具有熱脹冷縮的特點(diǎn)，在水閘工程施工過程中，混凝土中的水泥起到水化作用，從而產(chǎn)生大量的熱能，在正常的情況下，其熱能會(huì)在1～3天之內(nèi)排放完。當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度之后，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的熱量因逐步散發(fā)而迅速降溫，最終與外界的溫度相一致，但是如果外界溫度變化較大，那么混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生較大的溫差，最終產(chǎn)生一種較大的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過了混凝土的抗壓能力，那么就會(huì)形成裂縫。一般情況下，在水閘閘墩施工過程中，混凝土裂縫的原因可以分為以下兩種。

1.1人為因素

（1）混凝土配合比不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)不當(dāng)將直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度，是造成閘墩混凝土開裂的重要原因，配合比的不當(dāng)是指水泥用量過大、水灰比大、含砂率不適當(dāng)、骨料種類不佳。

（2）閘墩混凝土養(yǎng)護(hù)條件不到位產(chǎn)生的裂縫。混凝土養(yǎng)護(hù)是使混凝土正常硬化的重要措施，養(yǎng)護(hù)條件的好壞對(duì)裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。

（3）施工方法不規(guī)范會(huì)導(dǎo)致閘墩產(chǎn)生裂縫?；炷翝仓┕ぶ姓駬v不均勻或是漏振、過振等情況會(huì)造成混凝土離析、密實(shí)度差、降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，混凝土內(nèi)部氣泡不能完全排除時(shí)，鋼筋表面的氣泡則會(huì)降低混凝土與鋼筋的粘結(jié)力。

1.2客觀原因

（1）因混凝土內(nèi)外溫差大而引起的裂縫。在水閘閘墩施工過程中，由于是大體積混凝土施工，并且混凝土的導(dǎo)熱能力相對(duì)較差，因此在混凝土澆筑完成之后，其內(nèi)部與外部就會(huì)產(chǎn)生一定的溫差?；炷翝仓瓿珊蟮某跄A段，其內(nèi)部存在較大的壓力，而其外部結(jié)構(gòu)則會(huì)形成較大的拉力。在混凝土工程施工過程中，其溫度變化可以分為兩個(gè)階段：首先，混凝土澆筑完成之后，由于水泥會(huì)發(fā)生水熱化作用，產(chǎn)生大量的熱量，這就會(huì)提高混凝土的溫度，并且不會(huì)瞬間釋放，這就導(dǎo)致外界環(huán)境的溫度小于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度，經(jīng)過1～2天的積累，混凝土內(nèi)部的溫度就會(huì)上升到一個(gè)最高值，此時(shí)內(nèi)部與外部的溫差也就越來(lái)越大。在對(duì)水閘閘墩施工之后，混凝土就會(huì)一直處于收縮狀態(tài)，導(dǎo)致水閘閘墩表面形成一個(gè)較大的拉應(yīng)力，當(dāng)其拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，那么混凝土就會(huì)形成裂縫；當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最高值之后就會(huì)慢慢散發(fā)熱量，此時(shí)混凝土的溫度也就慢慢降低，但是由于受到散熱條件的差異，水閘閘墩內(nèi)外部的混凝土散熱情況存在很大的差異，這就導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生了不均勻變形，最終造成裂縫的產(chǎn)生。

（2）因底板受到約束而出現(xiàn)裂縫。閘墩的底部是固定在底板之上，而上部結(jié)構(gòu)則是自由運(yùn)動(dòng)的。在混凝土施工過程中，由于進(jìn)行不連續(xù)施工，閘墩在建設(shè)過程中已被混凝土固結(jié)在底板上。此時(shí)閘墩可以縱向自由活動(dòng)，順著閘墩的厚度方向，其厚度相對(duì)比較小，受到的約束力也相對(duì)較小，而順著水流方向，其受到的約束力也就相對(duì)比較大。當(dāng)混凝土施工完畢之后，水閘閘墩受到了整個(gè)地板的約束力。雖然混凝土還處于初凝階段，但是如果其溫度在不斷下降，最終混凝土在收縮過程中也就會(huì)受到底板的約束，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，混凝土也就會(huì)出現(xiàn)裂縫，影響到水閘閘墩的質(zhì)量。

（3）因混凝土收縮而引起的裂縫。在實(shí)際工作中，混凝土的收縮情況主要有：①當(dāng)混凝土施工完畢處于初凝階段時(shí)，水泥會(huì)不斷硬化，混凝土內(nèi)部的水分也就慢慢蒸發(fā)，此時(shí)混凝土的整體體積也就會(huì)逐漸縮小，這種狀態(tài)也就是干縮狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，干縮裂縫只會(huì)出現(xiàn)在混凝土的表面，裂縫比較細(xì)長(zhǎng)，如果技術(shù)人員不及時(shí)對(duì)其處理，那么這種裂縫會(huì)不斷發(fā)展，不利于工程的正常運(yùn)行，存在較大的安全隱患。②當(dāng)混凝土施工完畢之后，水泥會(huì)發(fā)生水熱化作用，水熱化作用需要大量的水分，此時(shí)混凝土就會(huì)因?yàn)楦稍锒s小體積，這就是自身收縮，如果在混凝土中，水灰比不斷下降，干縮也就減小，相反，自身收縮也就會(huì)不斷增大。

（4）自生體積變形?；炷良词箾]有水分蒸發(fā)，其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生自生體積變形。在底板約束影響范圍內(nèi)，膨脹型自生體積變形會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，有利于防裂；收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的。它也是由于水分的遷移而引起的。但不是向外蒸發(fā)損失，而是由于水泥水化時(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月面，水泥石供水不足，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，使混凝土體相對(duì)濕度降低，體積減小，混凝土的自生收縮一般在拆模之前完成，雖然其量值不大，但如果同其他收縮疊加在一起，就會(huì)使表面拉應(yīng)力增大。像水閘閘墩這樣的斷面尺寸不是很大，但確屬必須解決水化熱問題的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。

2水閘閘墩裂縫的防治措施

2.1混凝土材料的選擇

（1）盡量選擇低熱水泥。在混凝土工程施工過程中，水泥的品種、用量以及混合料的品種、澆筑的溫度都是影響混凝土絕熱溫升的重要因素。一般來(lái)說(shuō)，水泥的礦物質(zhì)會(huì)使水熱化作用變輕，最終影響到混凝土的溫升條件。因此我們?cè)谶x擇水泥的過程中，應(yīng)該盡量選擇水熱化作用小的水泥，這樣才能夠保證混凝土在澆筑之后的質(zhì)量，從根本上避免裂縫的發(fā)生。

（2）盡量選擇熱性能好的骨料。在水工建筑物建設(shè)過程中，對(duì)混凝土中各個(gè)成分的質(zhì)量有非常高的要求，其中石子對(duì)整個(gè)混凝土的熱性能產(chǎn)生非常大的影響，砂子占第二位。因此我們?cè)趯?duì)混凝土熱性能判斷過程中，首先應(yīng)該對(duì)粗骨料中的物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行全面分析，盡量選擇熱性能好的粗骨料，這樣才能夠避免裂縫的發(fā)展。在現(xiàn)代化工程建設(shè)過程中，施工人員一般都會(huì)在當(dāng)?shù)厝〔牛绻x取的是天然骨料，那么技術(shù)人員必須要根據(jù)相關(guān)要求對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，等達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后才能投入使用。

2.2混凝土澆筑時(shí)間

混凝土的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而混凝土卻是不良導(dǎo)熱體，混凝土內(nèi)部的熱量很難散發(fā)出去。如在高溫季節(jié)施工，外部的環(huán)境溫度很高，不利于混凝土的散熱。所以，混凝土的施工應(yīng)避開夏季高溫時(shí)段，尤其是夏季中午時(shí)段，可以選擇溫度低的夜間進(jìn)行施工，同時(shí)注意混凝土的養(yǎng)護(hù)。

在低溫季節(jié)施工時(shí)，水泥的水化作用會(huì)減緩，相應(yīng)的混凝土凝固時(shí)間會(huì)增加，低溫澆筑的混凝土容易凍結(jié)而使混凝土強(qiáng)度減小，但這與養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)。因此，避開在嚴(yán)寒季節(jié)施工，可以避免混凝土受凍后強(qiáng)度降低，減少裂縫的產(chǎn)生。

2.3溫度控制

首先要降低混凝土的入倉(cāng)溫度，將現(xiàn)場(chǎng)新拌混凝土的溫度限制在6℃左右，在高溫期拌合時(shí)可以加入冰片代替一部分水進(jìn)行混凝土冷卻，澆筑時(shí)盡量在春季或者秋季，避免在夏季午間高溫時(shí)和冬季澆筑。對(duì)運(yùn)送混凝土的工具或澆筑倉(cāng)面采取遮陽(yáng)或降溫措施，必要時(shí)在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，降低混凝土溫度。

2.4改善攪拌工藝

現(xiàn)常采用泵送混凝土，由于泵送混凝土要求流動(dòng)性大，其水泥用量大、水灰比大，出骨料粒徑小，水化熱溫升高易產(chǎn)生溫度收縮裂縫，因此在澆筑閘墩混凝土?xí)r為了防裂不宜采用泵送混凝土?？紤]到泵送混凝土施工效率高，可以用于受約束較小的閘墩上部，而底部采用常態(tài)混凝土，為了使混凝土更好地散熱，可分層澆筑混凝土，分層的高度為（1.0～1.5）m，上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完，最底一層混凝土可與底板同時(shí)澆筑，這樣就可以削弱或消除底板對(duì)閘墩混凝土的約束。

二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)力增大，從而提高混凝土強(qiáng)度10%或節(jié)約水泥5%，并進(jìn)一步減少水化熱和裂縫。改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統(tǒng)三冷技術(shù)的基礎(chǔ)上采用二次風(fēng)冷新工藝，降低混凝土的澆筑溫度。

2.5改善混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)是防止表面裂縫的重要措施之一。當(dāng)澆灌完畢后，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)要保持適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻臐穸?，滿足混凝土的硬化條件?；炷琉B(yǎng)護(hù)的三要素是介質(zhì)的溫度、濕度及養(yǎng)護(hù)延續(xù)時(shí)間。水閘混凝土的裸露面大，施工初期氣溫驟降時(shí)極易發(fā)生表面裂縫；此外，施工中、后期氣溫驟降也可能產(chǎn)生表面裂縫或深層裂縫。對(duì)于閘墩，可以先覆蓋一層草袋或土工布，然后在上面再加蓋一層防水塑料膜。

2.6其它

一是對(duì)松軟土、填土地基結(jié)構(gòu)施工前進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固；二是保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度，且支撐牢固，并使地基受力均勻；三是防止混凝土澆筑過程中地基被水浸泡；四是模板拆除的時(shí)間不能太早，且要注意拆模的先后次序。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水閘閘墩裂縫的產(chǎn)生可以從多方面入手防治。施工單位在選擇材料時(shí)選擇低熱水泥和熱性能好的骨料，在澆筑混凝土?xí)r盡量選擇春季或者秋季，避免夏季午間高溫和冬季，在攪拌混凝土?xí)r改善混凝土的攪拌加工工藝以及在養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r選擇先覆蓋一層草袋或土工布，然后在上面再加蓋一層防水塑料膜的方法等防治措施可以減少閘墩的裂縫，確保水利工程的正常運(yùn)行。

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