祁縣閘加固工程閘墩防裂縫控制

侯培軒

祁縣閘加固工程閘墩防裂縫控制

侯培軒

安徽省宿州市祁縣閘工程為拆除重建工程，設(shè)計為12孔，凈寬8m，總過水寬度96 m，閘室順?biāo)鞣较蜷L度為16 m，屬于大（2）型工程，是宿州市重點工程。施工項目部總結(jié)以往的經(jīng)驗和教訓(xùn)，對易于出現(xiàn)質(zhì)量通病的部位制定了相應(yīng)的措施，其中閘墩裂縫控制作為重點之一。

水閘是常見的水工建筑物，閘墩部位易出現(xiàn)裂縫的問題長期以來困擾著工程施工，一直未能得到有效的解決。在已建的眾多水閘工程中，很多工程在閘墩上出現(xiàn)了裂縫。閘墩裂縫的出現(xiàn)和存在，勢必會對其整體性、安全性帶來不利的影響，并且由于混凝土開裂后滲水加速碳化反應(yīng)，影響其耐久性。作為水工建筑物，其抗?jié)B性也會受到不利的影響，由此會產(chǎn)生溶蝕破壞作用。對于邊墩，有時還會出現(xiàn)透過裂縫而發(fā)生滲透變形的嚴(yán)重問題，裂縫出現(xiàn)后進行修復(fù)補強，增加了工程的維修費用。另外，出現(xiàn)裂縫還影響建筑物的美觀，給人們帶來視覺上的不良效果和心理上的不安全感。

為了有效控制墩墻裂縫的產(chǎn)生，祁門閘施工項目部組織相關(guān)技術(shù)人員對裂縫產(chǎn)生的原因進行深入分析，制定出切實可行的技術(shù)措施。

一、成因分析

為了更好地控制裂縫和制定有效措施對裂縫進行預(yù)防，需要對裂縫的成因機理進行全面的分析。以往的工程施工經(jīng)驗證明，閘墩裂縫的產(chǎn)生主要與墩體內(nèi)外溫差、混凝土的干縮、外部約束、施工方法和施工工藝等有關(guān)，通常是多因素綜合作用的結(jié)果。

1.墩體內(nèi)外溫差

水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，在1～3d內(nèi)可放出熱量的50%，甚至更多，尤其是環(huán)境溫度高的季節(jié)。當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后隨著熱量的散發(fā)又開始降溫，直到與環(huán)境溫度相同。閘墩作為大體積混凝土，熱量傳遞的同時更易在內(nèi)部積存，導(dǎo)致了內(nèi)部溫度高于外部溫度，內(nèi)部出現(xiàn)峰值溫度，升溫階段結(jié)束后是散熱階段，內(nèi)外混凝土散熱條件不同，外部混凝土和外界環(huán)境接觸，散熱條件好，熱量容易散發(fā)，內(nèi)部混凝土散熱條件差，于是在降溫階段又造成了外部混凝土溫度低于內(nèi)部混凝土溫度。這樣在升溫和降溫階段都使閘墩內(nèi)外混凝土形成了同一方向的溫度差，導(dǎo)致了其變形的不一致，內(nèi)部膨脹受到外部的限制，或相應(yīng)地外部收縮受到內(nèi)部約束，于是在外部混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力，當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)變達(dá)到其極限拉應(yīng)變，裂縫就由此產(chǎn)生，裂縫初期很細(xì)，隨著時間發(fā)展繼續(xù)擴大、變深甚至貫穿。

除了混凝土水化引起的溫度作用外，運行期環(huán)境溫度變化也會產(chǎn)生作用，特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時，裂縫發(fā)展更為嚴(yán)重。

從以上分析可以看出，影響內(nèi)外溫差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品種、澆筑入模溫度及環(huán)境溫度等。

2.混凝土的干縮

混凝土內(nèi)的水分一小部分提供了水泥水化的需要，一小部分泌出流失，大部分水分是在澆搗完畢后慢慢蒸發(fā)掉的，隨著水泥的凝結(jié)、硬化，混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失，引起混凝土體積縮小、變形，這種變形稱為干縮，由于混凝土的水分蒸發(fā)及含濕量的不均勻分布，形成濕度變化梯度。其水分蒸發(fā)總是從外向內(nèi)，由表及里，表層混凝土的水分蒸發(fā)程度和速度總是大于內(nèi)部，表層混凝土收縮的程度亦大，其變形會受到內(nèi)部混凝土的限制，在表層混凝土中也產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得表層混凝土總的拉應(yīng)力加大，產(chǎn)生干縮裂縫。但表面干縮不容忽視，它會誘導(dǎo)拉裂縫的產(chǎn)生，閘墩屬水工薄壁結(jié)構(gòu)，尤其是在閘門槽位置更為突出，其影響深度及程度相對較大，在干熱風(fēng)大季節(jié)，如不及時處理和養(yǎng)護，將會發(fā)生局部貫穿性裂縫。

混凝土的配合比和組成也是影響干縮的主要因素。一般水泥用量多，水灰比大，則干縮也大。骨料密度大，級配好，彈性模量高，骨料粒徑大，可以減小混凝土的干縮。其次，混凝土的養(yǎng)護和環(huán)境對干縮也有很大的影響。

3.外部約束

底板對閘墩的約束是閘墩產(chǎn)生裂縫的最主要因素。閘墩是底部固結(jié)在底板上，上部自由的結(jié)構(gòu)。通常是在底板澆筑完間隔一定時間后才開始澆筑閘墩，此時底板混凝土已經(jīng)收縮固結(jié)，是“老混凝土”。閘墩在沿其高度方向可以自由伸縮，不受約束；厚度方向由于閘墩厚度不大，約束很小；而在沿水流方向，則受底板約束相對很大。閘墩混凝土澆筑早期，產(chǎn)生大量水化熱，溫度升高，體積膨脹，隨著熱量的散發(fā)，混凝土開始降溫，加上干縮變形等影響，體積開始收縮，受到底板約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于沿水流方向受到的約束最大，該方向的拉應(yīng)力也最大，當(dāng)拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，于是在閘墩上產(chǎn)生了常見的垂直于底板和水流方向的裂縫。

影響外部約束的因素主要是閘墩的長度和底板與閘墩混凝土的澆筑時間間隔。

二、防止和控制措施

混凝土在各種不同情況下的開裂有著多方面的原因，并且通常是諸多因素共同作用的結(jié)果。了解了各種原因及影響因素后，施工單位在材料、溫度控制、施工方法與工藝、養(yǎng)護等方面采取了相應(yīng)措施。

1.材料

混凝土材料的合理選擇是預(yù)防并控制裂縫的重要措施。祁縣閘工程由于開工時間較晚，施工時間緊迫，工期緊張，同時施工場地也受到制約，不具備自拌條件，因此確定采用商品混凝土。為了預(yù)防閘墩裂縫，要求商混站采用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。在確保強度標(biāo)準(zhǔn)的情況下，減少水泥用量，在混凝土中摻活性混合料粉煤灰，降低水化熱。同時使用緩凝劑減慢混凝土放熱的速率，有利于熱量消散。

2.溫度控制

首先降低混凝土的入倉溫度，工程于冬春季施工，氣溫較低，有利于混凝土熱量散發(fā)，同時商混站距離較遠(yuǎn)，運輸時間較長，也有利于混凝土降溫。混凝土入倉溫度實際為8℃左右，采取兩個閘墩分層輪換澆筑，延長澆筑時間，降低混凝土的內(nèi)部溫度。混凝土墩墻模板采用膠合板，有利于混凝土外部隔熱保護，以調(diào)節(jié)表面溫度下降的速度，使內(nèi)外溫差減小。

3.施工方法與工藝

商品混凝土入倉采用泵送更為方便，但也存在一些弊端?；炷了涠容^大，流動性好，對于像閘門槽等位置由于空間狹窄、鋼筋密集不易插泵管，往往流進去的都是混凝土漿，骨料較少，恰恰這些地方就是最薄弱部位，裂縫多發(fā)。因此澆筑時在倉面安排專門的人員，配備專用工具，輔助做到混凝土均勻下料，防止砂漿集中在薄弱部位，并確保振搗密實。

為了使混凝土更好地散熱，采取薄層澆筑混凝土，分層的深度為0.4～0.6m。同時兩個閘墩交替輪換施工，每層一輪換，并在前一層混凝土初凝前澆完下一道工序的混凝土的澆筑。

底板對閘墩的約束是墩墻產(chǎn)生裂縫的最主要因素，混凝土在凝固過程中體積逐漸縮小，最終穩(wěn)定下來。在混凝土收縮穩(wěn)定之前，收縮量和時間成正比，因此應(yīng)盡量縮短底板澆筑和墩墻澆筑的間隔時間，底板澆筑完成后，盡快進行墩墻澆筑，可削弱和減輕底板對閘墩混凝土的約束程度。

4.養(yǎng)護

由于是冬春季澆筑閘墩，模板采用膠合板有利于保溫，減小混凝土墩墻內(nèi)外溫差。同時推遲3～4d拆除模板，起到隔熱和保濕作用，拆模后立即采取薄膜覆蓋，防止水分流失引起表面干裂，也有利于保溫。

三、控制結(jié)果

水閘閘墩混凝土產(chǎn)生裂縫是諸多因素共同作用的結(jié)果，所以在施工中應(yīng)綜合考慮制定完善的技術(shù)措施。在祁縣閘工程施工中，采取的上述綜合措施取得了良好的效果。該工程閘墩于2014年1~3月進行施工，5月通過底部驗收和通水驗收，到目前為止沒有出現(xiàn)任何裂縫，實現(xiàn)了工程施工的控制目標(biāo)，為工程創(chuàng)優(yōu)打下了基礎(chǔ)

（作者單位：安徽省阜陽市水利建筑安裝工程公司 236028）