水閘工程施工期混凝土裂縫成因探析

謝文棟

（臨沂市水利局，山東 臨沂 273300）

水閘工程是我國發(fā)展水運(yùn)工程的重要組成部分之一，水閘工程施工邊墩以及擋墻結(jié)構(gòu)均由混凝土組成，其具有較好的持久性和穩(wěn)定性，相比于其他材料價格更低廉、容易獲取、施工方便、承載能力較強(qiáng)，所以混凝土在房屋建設(shè)、橋梁施工以及水利工程上面得到了廣泛應(yīng)用[1]。因為水利工程的結(jié)構(gòu)大多數(shù)處于水下，裂縫長時間地存在會導(dǎo)致鋼筋腐蝕膨脹，加劇破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。所以在水閘擋墻以及邊墩施工的時候，需要提高混凝土澆筑質(zhì)量，盡量避免產(chǎn)生裂縫。

為減少水閘工程施工過程中混凝土裂縫的產(chǎn)生，本文從不同方向研究了混凝土裂縫的成因，并針對原因提出防治裂縫出現(xiàn)的有效建議。

1 混凝土基本概況

混凝土材料跟其他材料相比較，其承載能力較強(qiáng)，工人施工獲取以及使用便利，所以混凝土材料在社會各類工程的施工過程中都得到了廣泛使用[2]。混凝土大規(guī)模使用澆注的過程當(dāng)中，因其產(chǎn)生裂縫而長期困擾著研究專家與施工人員，對于其性能各類學(xué)者也做了長期研究?；炷潦褂贸跗谄湫阅軙×易冃危诖藭r期，混凝土產(chǎn)生裂縫的原理還未成熟。所對應(yīng)裂縫的深度取值范圍分別在，0.1 h～0.5 h，0.5 h～1.0 h，h，在實際工程的過程當(dāng)中，需要盡可能避免形成貫穿以及縱深裂縫的產(chǎn)生[3]。

2 水閘工程基本概況

一般的水閘工程由兩個孔道的泄水孔組成泄水閘，這里以遼寧省的某處水利工程為例，其總軸線長約110 m，兩孔一聯(lián)閘室的底板高度和寬度分別為30 m和32 m，底板厚度達(dá)到2.5 m。泄水閘高度達(dá)到17.5 m，兩邊的墩和中墩寬度分別為1.8 m和2.5 m，水閘孔的寬度能夠達(dá)到50 ～60 m。因為開挖基坑在水閘工程中存在較大難度，所以在施工的具體內(nèi)容當(dāng)中，難以進(jìn)行整體工程澆筑。因此在水閘工程施工過程中采用了3塊分層的澆筑模式，即先實施中間部分，再右側(cè)，最后澆筑左側(cè)部分。

3 目前水閘工程產(chǎn)生裂縫的原因

我國大多數(shù)水利工程都采取將3塊分層澆筑模式，但在實際水閘工程施工過程中，會因為各種內(nèi)部和外界因素導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，混凝土底層底板裂縫如圖1所示。

圖1 底層底板裂縫位置

因此，本文結(jié)合實際工程情況，從澆筑溫度、降溫速率、材料以及間歇期等方面分析混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，并據(jù)此提出了相應(yīng)對策。

3.1 溫度的收縮性

施工隊伍在完成混凝土澆筑的任務(wù)以后，其內(nèi)部水泥會持續(xù)發(fā)生水化，從而釋放出大量的水化熱。在整個水化熱的過程當(dāng)中，混凝土極容易受到溫度的變化而發(fā)生變形，例如其結(jié)構(gòu)感受到約束就會產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力，當(dāng)這種力超過一定的允許強(qiáng)度以后，構(gòu)件就會產(chǎn)生溫度裂縫。施工材料、溫度環(huán)境以及結(jié)構(gòu)的散熱情況等問題都會影響到混凝土的內(nèi)部溫度，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生較大變化時，混凝土內(nèi)部和外部就存在一定的溫度差。通常水利工程對混凝土內(nèi)外部溫度差規(guī)定為不超過25 ℃，保護(hù)層的降溫速率也不快于1.5 ℃每天，一旦超過上述規(guī)定數(shù)值，混凝土就容易出現(xiàn)裂縫。

3.2 配合比設(shè)計

混凝土的配合比不僅要滿足支持技術(shù)強(qiáng)度，還要盡量增添粗骨料，減少水泥用量，進(jìn)一步提高混凝土的抗裂功能，將其自收縮的頻率也降至最低。相關(guān)研究表明，早期使用的混凝土水灰比越小，其自收縮性就越大。而對于我國大部分中等強(qiáng)度的混凝土來說，水泥的用量普遍偏大，水灰比較小，造成了混凝土的強(qiáng)度值較大。由于強(qiáng)度較大的混凝土其松弛能力較弱，更進(jìn)一步加劇了混凝土水閘產(chǎn)生裂縫趨勢。

3.3 底板的約束

水閘墩的混凝土受到溫度效力和收縮力的雙重作用下，閘墩混凝土就會產(chǎn)生內(nèi)部變形，因為水閘底板約束其產(chǎn)生變形，從而使得水閘在其最脆弱的地方發(fā)生有規(guī)律的變形和裂縫。在水閘工程的施工期中，施工隊伍若不能有效解決底板對混凝土的約束作用，便只有加強(qiáng)工程監(jiān)督和控制，將混凝土的溫度效力降至最低。并且控制好拉伸力不超過混凝土本身能夠承受的范圍之外，盡量避免產(chǎn)生裂縫。

4 水閘工程防止裂縫的有效建議

為了進(jìn)一步控制混凝土產(chǎn)生裂縫，可以根據(jù)上述研究發(fā)現(xiàn)的問題采取針對性措施：

（1）在配合比當(dāng)中摻入一定量的膨脹劑，減少混凝土因為溫度收縮而產(chǎn)生的變形和裂縫。通過大量研究數(shù)據(jù)可知，一般的水利工程所使用配合比當(dāng)中，膨脹劑占比為6 %～8 %時能夠帶來較好的控制功能，提高整體壩體的穩(wěn)定性，有效防止凍裂破壞和滲透破壞。

（2）施工隊伍需要在水閘結(jié)構(gòu)的重要部位設(shè)置溫度測定器，監(jiān)測在不同的季節(jié)及不同時間段混凝土完成澆筑后的溫度，并且詳細(xì)記錄溫度，這樣也同時為后續(xù)的養(yǎng)護(hù)工作提供相應(yīng)依據(jù)。養(yǎng)護(hù)時間可以根據(jù)實際檢測到的混凝土內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)。在水閘墩受到較大溫度收縮力的區(qū)域增加構(gòu)造鋼筋，可以較好地控制混凝土在施工階段的溫度變化，消除水閘產(chǎn)生裂縫的情況，滿足目前水閘工程施工設(shè)計的需要。

（3）施工隊伍需要合理選擇水泥用量以及標(biāo)號，因為在冬季施工的過程中，混凝土容易水化熱，雖然能夠避免混凝土受到冷凍，保證其使用強(qiáng)度，但是也相應(yīng)增加了混凝土硬化的初期應(yīng)力。所以這就需要隊伍合理選擇水泥，預(yù)防混凝土出現(xiàn)裂縫。較大結(jié)構(gòu)的混凝土要控制膠骨比在1：3程度以上，這樣不僅可以減少水泥的用量，還能夠降低水化熱的程度，在一定程度上控制裂縫的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

本文分析了混凝土及水閘工程施工的基本概況，通過溫度、混凝土配合比、混凝土底板及混凝土養(yǎng)護(hù)四個方向，深入分析了水閘工程施工期間混凝土出現(xiàn)裂縫的原因，并提出針對性的防治措施，減少施工期裂縫的出現(xiàn)，有效提高施工質(zhì)量。