水利工程混凝土裂縫發(fā)生原因探索和處理

陳 照 張建輝

(中國電建集團(tuán)海外投資有限公司 北京 100044)

一、導(dǎo)言

在水利施工工程施工過程中，混凝土施工技術(shù)措施不完善，會發(fā)生裂縫問題，裂縫的主要破壞因素即混凝土結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性降低，裂縫可能給整個水利工程項目安全隱患。因此，應(yīng)關(guān)注水利工程施工中混凝土裂縫問題，采用系統(tǒng)化管理模型，減少嚴(yán)重裂縫的產(chǎn)生，可以通過可行有效方法，保證混凝土施工質(zhì)量。

二、混凝土裂縫問題

(一)溫差裂縫

溫差裂縫由內(nèi)外溫差導(dǎo)致。大體上，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫差裂縫的主要原因如下：(1)大體積混凝土水化熱。在混凝土施工過程中，水泥發(fā)生水化，從而散發(fā)大量熱量，會導(dǎo)致大體積混凝土內(nèi)外混凝土之間會產(chǎn)生溫度梯度，當(dāng)外部混凝土熱量釋放時，外部混凝土收縮過程中受到拉力，裂縫由拉力超過混凝土的抗拉極限造成[1]。(2)外界氣溫影響。混凝土拆模中，由于混凝土結(jié)構(gòu)的外部溫度發(fā)生變化，產(chǎn)生溫差裂縫。混凝土之外的較高溫度將快速蒸發(fā)混凝土表面的水分，導(dǎo)致混凝土干裂和開縫?；炷林獾牡妮^低溫度會造成較大的溫度應(yīng)力，從而會使混凝土容易發(fā)生開裂。

(二)收縮裂縫

在水利工程中，發(fā)生塑性收縮裂縫概率較大。通過混凝土結(jié)構(gòu)的凝固，大概80%的水分會蒸發(fā)，其中外在水分蒸發(fā)相對較快，內(nèi)里水分蒸發(fā)相對較慢，因為混凝土結(jié)構(gòu)的總體積收縮，外部條件(基巖和鋼筋等)及混凝土內(nèi)部一起對其產(chǎn)生一定的作用力，使收縮的混凝土受到拉應(yīng)力，這個作用力會使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫。

(三)混凝土的均質(zhì)性

混凝土拌合物由不同材料組成，在其運(yùn)輸及澆筑過程中，由于拌合物的坍落度不一致，會造成混凝土離析，影響混凝土的均質(zhì)性，從而在混凝土發(fā)生硬化前，混凝土產(chǎn)生裂縫[2]。

(四)其他

(1)有些原因會產(chǎn)生裂縫，但很難去消除：閘墩間預(yù)制梁澆筑過程中雖然會有一定的頂拱，但梁底部裂縫仍很常見；混凝土基礎(chǔ)出現(xiàn)應(yīng)力集中時，澆筑后在應(yīng)力集中區(qū)域會出現(xiàn)裂縫。

工程投入初期，以及工程完工之后，建設(shè)期出現(xiàn)的混凝土裂縫，會逐漸積累，裂縫會越來越嚴(yán)重。有部分有害雜質(zhì)進(jìn)入裂縫之后，或損害混凝土的整體結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕、降低混凝土抗拉性能，縮短混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。如混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，將導(dǎo)致滲漏問題，甚至發(fā)生大壩結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的穩(wěn)定性下降，甚至?xí)绊懰そㄖ锏氖褂肹3]。

(2)混凝土養(yǎng)護(hù)。通過混凝土養(yǎng)護(hù)，才能讓混凝土更好的逐漸硬化。在此過程中，應(yīng)重視養(yǎng)護(hù)條件，避免產(chǎn)生裂縫。正常的養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土?xí)饾u硬化，不發(fā)生開裂現(xiàn)象，因此，現(xiàn)場混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)條件，通過有效措施，降低混凝土開裂可能性。

(3)施工質(zhì)量管理。以下工作將導(dǎo)致混凝土離析、非密實、結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度的減小，比如，振搗不規(guī)律，遺漏振搗、過度振搗等。混凝土內(nèi)部氣泡的產(chǎn)生，需要及時大量排除，多頻度震動鋼筋，或者鋼筋附近的水泥漿比較多，也會影響粘結(jié)力。

(4)混凝土材料及配合比。配合比的設(shè)置與混凝土的抗拉強(qiáng)度關(guān)系較大，配置不合理，將導(dǎo)致混凝土開裂。配合比設(shè)置有問題指水泥用量過大、水灰比大、含砂率有問題、骨料不合適等，以上彼此關(guān)聯(lián)，共同作用。

三、混凝土裂縫防治方法

(一)優(yōu)化配比，減小溫差裂縫

混凝土應(yīng)采用低熱或者中熱水泥，減少水化熱；通過采用粉煤灰來代替水泥，以便增加混凝土的密實度，替考抗?jié)B能力，減少混凝土的用量，降低混凝土的水化熱；優(yōu)化砂石加工系統(tǒng)，選取強(qiáng)度高級配連續(xù)的骨料，降低部分空隙率，從而水泥用量變少；也可以在混凝土中使用適量的外加劑，以便降低混凝土溫度裂縫。由于混凝土是就地取材，所以需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑牧咸卣鬟M(jìn)行合理的設(shè)計，從而確保混凝土的質(zhì)量不受影響。

高溫地區(qū)混凝土澆筑時，盡可能采取有效措施，比如降低入倉溫度(一定的堆料高度、對骨料進(jìn)行遮陽封閉降溫、低溫期間澆筑)，加速混凝土散熱，合理的分倉分塊也可以有效的釋放水化熱。

寒冷地區(qū)混凝土澆筑時，保證混凝土有較高的澆筑溫度，外部要采取保溫措施。

(二)避免收縮裂縫，加強(qiáng)施工管理

因工程建筑的力荷載需要承受，對于地基結(jié)合的混凝土結(jié)構(gòu)，要求具備較強(qiáng)的抗壓抗拉能力，應(yīng)對其進(jìn)行合理的設(shè)計。在施工過程中，要對混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行清理，基礎(chǔ)強(qiáng)度需滿足承載力要求，不滿足要求的可采取置換基礎(chǔ)、加固基礎(chǔ)、加深開挖深度等方式來提高承載力。

在混凝土結(jié)構(gòu)突變部位，和易產(chǎn)生裂縫部位配置鋼筋，鋼筋可以有效的減小混凝土承受的拉應(yīng)力，大幅加強(qiáng)混凝土抗拉防裂能力。在溢流堰澆筑時，基礎(chǔ)混凝土經(jīng)常采用臺階澆筑，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，根據(jù)混凝土的質(zhì)量，在臺階外緣合理布置鋼筋，可以有效降低溢流面裂縫的產(chǎn)生，裂縫產(chǎn)生后，一般采用化學(xué)灌漿的方式進(jìn)行處理。

一般設(shè)計圖紙都會根據(jù)建筑物的特征合理設(shè)置伸縮縫，施工時可以根據(jù)施工企業(yè)的實力合理調(diào)整?；炷翝仓宛B(yǎng)護(hù)不應(yīng)間隔較久，通過保溫和保濕，減緩混凝土中的水分流失，也防止混凝土外部溫度進(jìn)行較大的變化。

(三)均質(zhì)性裂縫

在混凝土澆筑時，通過入倉方式的選擇，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象。混凝土澆筑之后，分層分塊澆筑，充分振搗，排除氣泡，保證混凝土的密實性。

(四)上防(或上堵)和下排

通過采取上游防控和下游排出措施，減少防滲壓力。上部防控包括上游的增設(shè)防滲鋪蓋、建設(shè)防滲帷幕、增加止水槽、增加迎水面防滲層等。下部排出包括混凝土壩帷幕后的增加排水孔、大壩上游防滲層后增加壩體排水管等。

(五)其他措施

(1)加密鋼筋以增強(qiáng)抗裂性能，鋼筋宜加密并且直徑小。配筋比率宜0.3～0.5%之間。(2)避免應(yīng)力過于集中，加強(qiáng)應(yīng)力弱的地方以解決應(yīng)力過于集中問題。(3)對于容易開裂的部位，考慮配置暗梁，通過提高易開裂部位的配筋，提高極限拉伸能力。(4)根據(jù)氣溫、施工工序和時間等特點，合理安排設(shè)置澆筑時間。在正常施工條件下，要求后澆縫間距在20米-30米之間，并且間隔時間低于60天。

四、結(jié)論

總而言之，在水利工程混凝土施工中，實施單位的工程技術(shù)和監(jiān)理人員應(yīng)高度重視水利工程混凝土裂縫對水利工程的影響，應(yīng)采取標(biāo)準(zhǔn)的施工程序，控制管理施工的每個環(huán)節(jié)，按照規(guī)章制度定期采取質(zhì)量檢驗，對于具體問題采取對應(yīng)的管控措施，降低混凝土裂縫風(fēng)險、保證工程質(zhì)量。