水利施工中預(yù)防混凝土裂縫的措施

朱曉英，葛朝陽(yáng)，陳 鋒

（1.江蘇筑宇工程技術(shù)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225200；2.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司揚(yáng)州分公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

水利工程的建設(shè)與發(fā)展利國(guó)利民，然而要想使水利施工的質(zhì)量得到保障，則還需相關(guān)施工人員從水利工程的各項(xiàng)細(xì)節(jié)著手，通過技術(shù)的改進(jìn)與提升，對(duì)水利工程的各個(gè)環(huán)節(jié)施以保障?；炷磷鳛樗┕ぶ械囊豁?xiàng)重要材料，常常會(huì)由于人為管理不到位和其他外在因素而引發(fā)裂縫現(xiàn)象，其對(duì)整體工程危害巨大，需要相關(guān)施工人員加以重視并采取相應(yīng)技術(shù)手段和管理措施對(duì)這一現(xiàn)象展開防治[1]。對(duì)于廣大水利工程施工者而言，開展水利施工混凝土裂縫預(yù)防的研究具有較高的實(shí)用價(jià)值。

1 混凝土裂縫概述

混凝土裂縫是水利工程中比較常見的一種現(xiàn)象，一般情況下可簡(jiǎn)單地從裂縫產(chǎn)生的時(shí)間分為使用過程中產(chǎn)生的使用裂縫和由于施工不當(dāng)引起的施工裂縫，使用裂縫可以通過正常的使用維護(hù)，以及后期的修補(bǔ)加固技術(shù)補(bǔ)救，在此就不多做闡述。施工裂縫又可以根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)功能的影響大小簡(jiǎn)單分為有害裂縫和無(wú)害裂縫，在正常使用情況下，無(wú)害裂縫僅影響結(jié)構(gòu)外觀，對(duì)結(jié)構(gòu)的性能或者耐久性不產(chǎn)生任何影響，但在使用過程中無(wú)害裂縫的寬度及深度發(fā)展到一定程度，也有可能發(fā)展成有害裂縫，所以做好水利施工的裂縫控制及預(yù)防對(duì)于提高水利工程的使用壽命有著很大的意義[2]。

2 水利施工中混凝土裂縫類型

2.1 沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫主要是指混凝土在發(fā)生向下沉降時(shí)所產(chǎn)生的裂縫。這一裂縫的形成原因有兩方面，一是混凝土塊地基土質(zhì)松軟，或是機(jī)器回填土?xí)r沒有壓實(shí)，混凝土在不均勻下沉?xí)r會(huì)產(chǎn)生深進(jìn)的裂縫；另一種是模板的支撐距離過大，剛度不足的模板也會(huì)令混凝土發(fā)生下沉，產(chǎn)生梭形裂縫，不過當(dāng)?shù)鼗€(wěn)定之后，這種裂縫也不會(huì)再有深向發(fā)展的可能。沉降收縮裂縫的產(chǎn)生與模板的選擇、施工人員的施工質(zhì)量、溫度的掌控都有一定的關(guān)系[3]。

2.2 干縮裂縫

干縮裂縫主要是指混凝土施工完成后初期（15 天左右）由于混凝土內(nèi)外部凝固程度不同（外部比內(nèi)部干燥凝固快）所造成的表層收縮變形的裂縫。這類裂縫基本上都停留在表層，內(nèi)里并沒有如沉降收縮裂縫那般的貫穿式傷痕，但仍然會(huì)對(duì)混凝土的抗?jié)B性產(chǎn)生影響，且其內(nèi)部鋼筋易在水下環(huán)境中遭到腐蝕，從而為混凝土的承重能力帶來較大的破壞。干縮裂縫的產(chǎn)生與混凝土的調(diào)配比例、溫度及其養(yǎng)護(hù)工作的開展具有直接的關(guān)聯(lián)，比如水灰比例不合理、外界溫度驟升驟降都會(huì)令混凝土發(fā)生干涸不均勻而產(chǎn)生裂縫。

2.3 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫主要是指混凝土內(nèi)部凝固后期，混凝土表面水分過快流失，混凝土內(nèi)外部拉伸力不同所產(chǎn)生的塑性收縮式裂縫。塑性收縮裂縫受到受力方向影響多呈現(xiàn)中間粗、兩邊細(xì)的縫形，長(zhǎng)度在20 cm 到3 m 之間，有大有小，互不交叉。這一裂縫多產(chǎn)生于外界溫度過高或風(fēng)力較大的情況下，而混凝土的配比也對(duì)其凝結(jié)時(shí)間有一定影響。為避免這類裂縫的產(chǎn)生，施工人員須根據(jù)施工的天氣情況對(duì)混凝土調(diào)制、攪拌作周密的判斷，否則一旦產(chǎn)生裂縫，將會(huì)為混凝土施工的整體質(zhì)量帶來較大沖擊。

2.4 溫度裂縫

溫度裂縫主要是指混凝土施工階段受驟冷、驟熱溫度的影響而產(chǎn)生的裂縫，其形成原因與干縮裂縫或塑性收縮裂縫相似，但裂縫走向通常沒什么規(guī)律，受高溫影響所產(chǎn)生的裂縫通常比較窄，相對(duì)的受低溫影響所產(chǎn)生的裂縫則比較寬，而且高溫裂縫會(huì)有中間粗、兩邊細(xì)的區(qū)別，而低溫裂縫粗細(xì)變化則不明顯。大面積的裂縫會(huì)呈現(xiàn)出蜘蛛網(wǎng)形態(tài)，不過一旦存在大面積裂縫，施工后期的修復(fù)保養(yǎng)成本就會(huì)比較高，因而這類裂縫也較為棘手。

3 水利施工中混凝土裂縫的預(yù)防措施

3.1 做好施工前期的各項(xiàng)測(cè)量工作

水利工程的混凝土施工對(duì)于混凝土量與比例的要求十分嚴(yán)格，因而在正式施工前往往要開展一系列的準(zhǔn)備工作。首先施工管理者要熟悉圖紙，明確施工項(xiàng)目的有關(guān)規(guī)范，并依此制定施工標(biāo)準(zhǔn)，尤其是測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要保證精準(zhǔn)，以為后面的混凝土調(diào)制、澆灌奠定良好的基礎(chǔ)。其次就是建筑物的放樣測(cè)量，這一工作要求極高，應(yīng)選取專人負(fù)責(zé)，以對(duì)各個(gè)工段進(jìn)行數(shù)據(jù)資料采集[4]。需要注意的是，測(cè)量?jī)x器與工具等要保證精確度，并定期送檢、校對(duì)，否則測(cè)量誤差大，會(huì)對(duì)后期的混凝土澆筑施工產(chǎn)生較為不利的影響。

3.2 重視混凝土的原料采購(gòu)與配比

混凝土的原材料包括水泥、砂、粗骨料和外加劑。其中水泥與水?dāng)嚢杩善鸬浇Y(jié)膠作用，但添加時(shí)要考慮粗骨料酸堿性，如粗骨料為堿性，則水泥中的含堿量必須得到控制；砂是混凝土中的細(xì)骨料，采購(gòu)時(shí)要選取硬度高（模數(shù)2.4～2.8）、清潔的原料；粗骨料（碎石等）的選擇通常對(duì)大小有明確的控制，并保持清潔，以免摻入雜物；最后外加劑包含速凝劑、膨脹劑等，應(yīng)盡量選擇質(zhì)量好的制劑以為混凝土的澆筑與凝固帶來質(zhì)量保障。而混凝土的配比要根據(jù)工程的實(shí)際要求與施工天氣、溫度來進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要施工人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，在保證混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)不發(fā)生坍落的同時(shí)，也要盡可能減少因天氣、溫度對(duì)混凝土凝固的影響。

3.3 注重混凝土的澆筑細(xì)節(jié)

混凝土澆筑首先要保證攪拌細(xì)節(jié)，施工人員在混凝土的配料、攪拌過程中應(yīng)做好稱重記錄，做到8 h 內(nèi)不少于兩次檢查，以確?；炷临|(zhì)量。澆筑環(huán)節(jié)中施工人員要明確混凝土分倉(cāng)、鋪料、平倉(cāng)細(xì)節(jié)。一般分倉(cāng)都是按照閘室和閘墩（閘壩工程）進(jìn)行分配的，分好后將混凝土料平鋪成30～50 cm 厚度，之后便是平倉(cāng)過程中對(duì)大骨料的振搗。由于大骨料顆粒較大，不經(jīng)振搗容易給混凝土整體質(zhì)量帶來破壞，所以這一過程中施工人員要保證施工質(zhì)量，避免骨料集中、漏振和振搗程度不足的情況發(fā)生，具體操作以混凝土停止下沉、表面反漿無(wú)氣泡為合格，注意振搗棒的快速插入和緩慢勻速抽出，以防止混凝土面留有棒孔。

3.4 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)通常被定義為施工后的混凝土保養(yǎng)，實(shí)際在混凝土施工的過程中一旦發(fā)生裂縫顯現(xiàn)也是需要施工人員及時(shí)修復(fù)補(bǔ)救的。這樣的補(bǔ)救可隨時(shí)進(jìn)行，不會(huì)耽誤很長(zhǎng)的施工周期。相比而言，混凝土施工后的的裂縫修復(fù)就比較復(fù)雜，因此需要施工人員在施工后的養(yǎng)護(hù)方面要注意細(xì)節(jié)。根據(jù)上文所提的幾種裂縫類型可知，混凝土裂縫主要在于施工后混凝土內(nèi)外干涸不均，即受外界溫度影響較大所致。因而除了在調(diào)配過程中把握混凝土材料比例、控制其凝固時(shí)間外，還要對(duì)其后期凝固溫度展開調(diào)控，最常見的是將澆筑時(shí)間定在溫度較低的夜間，或在白天對(duì)混凝土進(jìn)行遮蓋，以此減少溫度過高和日曬所帶來的表層干涸、裂縫現(xiàn)象。

4 混凝土裂縫預(yù)防措施的實(shí)際應(yīng)用

4.1 工程介紹

我國(guó)雖然地大物博，但水資源分布十分不均衡。南水北調(diào)工程作為我國(guó)水資源分配使用的戰(zhàn)略性工程，其主要開展目的是通過南水北調(diào)解決北方用水問題，緩解北方地區(qū)地下水位下降，土地塌陷等現(xiàn)狀，令南北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境建設(shè)都得到進(jìn)一步的保障。南水北調(diào)工程分東、西、中三條線路，起點(diǎn)分別為江蘇揚(yáng)州的江都水利樞紐、武漢漢江中上游的丹江口水庫(kù)，供水區(qū)域遍布河南、河北、北京、天津四個(gè)地區(qū)，借助三條線路聯(lián)通長(zhǎng)江、黃河、淮河、海河四大江河，工程的東、西、中線路干線總長(zhǎng)4 350 km，其中東、中線一期工程總長(zhǎng)2 899 km，調(diào)水規(guī)模448 億m3，涉及人口4.38 億人，為我國(guó)南北資源調(diào)配、東西互濟(jì)提供發(fā)展新動(dòng)力，促進(jìn)了我國(guó)資源合理配置新格局的生成。

南水北調(diào)工程的江都段屬于東線的一個(gè)支段，是東線68 項(xiàng)設(shè)計(jì)單元工程中已完成的一項(xiàng)工程，其利用京杭大運(yùn)河及其平行河道輸水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖以作調(diào)蓄水庫(kù)，水經(jīng)泵站提水進(jìn)入東平湖后分為兩路，一是穿黃河、經(jīng)長(zhǎng)江流入天津，一是向東經(jīng)新辟的膠東地區(qū)輸出供水，途中由輸水工程、蓄水工程、供電工程三部分連接。建成到如今，這些水利工程經(jīng)歷過修正與改造，改造工程主要包括江都三站、四站更新改造、新建江都站變電所、西閘除險(xiǎn)加固、江都船閘改建等，工程實(shí)施后江都站年運(yùn)行時(shí)間8 000 h 以上，大大提高了南水北調(diào)東線設(shè)計(jì)供水的保證率，其中混凝土的防裂工程更是發(fā)揮了較關(guān)鍵的作用。

針對(duì)工程的建設(shè)必須服從工程運(yùn)行，工程改造需結(jié)合工程現(xiàn)狀的難點(diǎn)與特點(diǎn)，此項(xiàng)目工程的建設(shè)者制定了科學(xué)的工程實(shí)施計(jì)劃，使項(xiàng)目在施工過程中沒有停止運(yùn)行。項(xiàng)目精心組織，嚴(yán)抓管理，妥善解決了工程運(yùn)行與施工之間的矛盾，最終項(xiàng)目質(zhì)量安全，生產(chǎn)運(yùn)行無(wú)事故，其中在機(jī)電設(shè)備選擇、進(jìn)出水流道加固（混凝土施工）、監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)等方面還取得了優(yōu)秀的科研成果，其技術(shù)與精神都十分值得相似工程學(xué)習(xí)與借鑒。

4.2 江都三站預(yù)防混凝土裂縫的措施

4.2.1 收縮裂縫的控制

從整個(gè)工程的改建施工角度來看，可將混凝土裂縫分為收縮裂縫和施工導(dǎo)致裂縫兩種。首先收縮裂縫的預(yù)防要遵循以下四點(diǎn)原則：合理選材、控制混凝土變形；降低混凝土約束，避免裂縫形成；提高混凝土抗拉伸強(qiáng)度與極限拉伸值；避免應(yīng)力的集中。原材料要選取水化熱、細(xì)度小的水泥配置，選用膨脹水泥，應(yīng)在混凝土中添加膨脹劑，搭配的骨料要保證混凝土后期的收縮變形不至過大，含泥量低的砂石配料也能有效降低混凝土的變形概率。當(dāng)然施工人員采用粉煤灰與膨脹劑的雙摻技術(shù)不僅令混凝土更加牢固，更在一定程度上代替了水泥用料。在混凝土注入過程中，施工人員在混凝土斷面和底板等部位設(shè)置了防水層，通過設(shè)置合理的伸縮間距，嚴(yán)格控制了開挖流程的超欠挖情況，并對(duì)沒有防水層部位進(jìn)行了加厚處理，大大降低了混凝土開裂的可能性。此外混凝土澆筑間隙的處理、拆模時(shí)間的把控和后期養(yǎng)護(hù)也在一定程度上降低了混凝土的集中應(yīng)力、提升了其拉伸程度，給混凝土的收縮裂縫防治水平帶來了較大地提升。

4.2.2 施工裂縫的控制

施工裂縫是指施工過程中導(dǎo)致的混凝土裂縫，其應(yīng)對(duì)方法為模板臺(tái)車搗固，盡量采取機(jī)械搗固，以令搗固均勻，進(jìn)一步提升混凝土質(zhì)量。強(qiáng)化隧道開挖過程的斷面檢測(cè)，為襯砌施工奠定條件基礎(chǔ)。控制二次襯砌使用時(shí)間，最好在圍巖初期支護(hù)變形穩(wěn)定時(shí)期進(jìn)行，避開圍巖流變特性較明顯時(shí)期?；炷恋拿撃Ｒ显O(shè)計(jì)規(guī)范，未經(jīng)試驗(yàn)人員許可禁止脫模，脫模要保證不傷害混凝土；對(duì)混凝土的保護(hù)要保證灑水作業(yè)均勻，最好能噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)液對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。南水北調(diào)江都段地處江蘇地區(qū)，要注意夏季施工的一些注意事項(xiàng)，如砂石材料不露天堆放，采取切實(shí)有效的降溫措施，因?yàn)榛炷翜囟冗^高會(huì)改變混凝土的凝固時(shí)間，進(jìn)而對(duì)其質(zhì)量造成影響。

4.3 江都三站治理裂縫的對(duì)應(yīng)方法

4.3.1 表面裂縫的治理

由于江都三站改造施工是在水利工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間完成，所以其隧洞襯砌混凝土表面必然會(huì)出現(xiàn)一些日常作業(yè)而產(chǎn)生的擴(kuò)展性裂縫。這種裂縫雖然細(xì)小卻極不穩(wěn)定，對(duì)混凝土的使用和壽命雖不會(huì)造成太大的影響，卻也需要及時(shí)展開防滲處理。一般會(huì)采用高壓水槍清洗干裂的裂縫，再用高壓風(fēng)槍風(fēng)干裂縫表面，涂刷環(huán)氧樹脂2～3 層；明確涂刷方向，如遇到環(huán)向裂縫要自上而下刷，走向裂縫則適合單項(xiàng)涂刷。最后為了美觀，刮抹料和顏料要保證和其他部分一致。

4.3.2 深層裂縫的治理

對(duì)于裂縫較深的情況，施工人員采取的施工工藝為在裂縫中線位置鑿開口寬20～30 mm 的倒V 槽，深度控制在1～2 cm，以鋼絲刷清潔槽口，加水沖刷，保證槽口濕潤(rùn)而不積水，沿縫線方向在每隔0.5 m 的位置布置注漿管，管徑10 mm 即可，用丙乳水泥凈漿涂刷嵌縫，之后的15 min后開始攤鋪丙乳水泥砂漿，將縫填實(shí)，控制灌漿壓力逐級(jí)提升，令裂縫得到完善修復(fù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水利工程施工環(huán)境復(fù)雜多變，施工周期長(zhǎng)，對(duì)于施工人員的技術(shù)、管理水平有著較高的要求。若要進(jìn)一步提高水利工程的施工質(zhì)量，則需要施工人員從設(shè)備配置到人員管理再到具體施工均須做到謹(jǐn)慎與完善。尤其針對(duì)混凝土的開裂現(xiàn)象，工程管理人員必須抓好施工現(xiàn)場(chǎng)的流程管理，引進(jìn)成熟的施工技術(shù)，通過對(duì)技術(shù)人員施工作業(yè)情況的層層把關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工質(zhì)量的保障，從而讓混凝土施工從材料采購(gòu)到配比再到溫度、時(shí)間的控制都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土裂縫現(xiàn)象的治與防。