水利工程施工混凝土裂縫成因分析及控制措施

袁月麗

(山東省菏澤市東明縣水務局，山東 菏澤 274500)

0 引 言

混凝土作為水利工程施工中的常規(guī)材料，更是此類工程項目的建設基礎，可見混凝土質量會對水利工程項目施工質量、進度產生直接影響。伴隨著社會時代的發(fā)展，人們對公共基礎建筑設施的質量要求也在不斷提高，水利工程也不例外。倘若施工中混凝土質量出現問題，那么水利工程項目投入使用后的服役壽命也會大打折扣，尤其是混凝土裂縫問題更會影響水利工程的安全性，這也是目前水利工程施工中的常見問題之一。所以，全面把握水利工程施工中各種混凝土裂縫的成因以及了解針對性控制措施，在水利工程項目建設中顯得尤為重要。

1 混凝土裂縫概述

在水利工程施工中，混凝土裂縫屬于常見現象，而根據裂縫對結構、功能的影響程度，可簡單劃分為有害裂縫與無害裂縫，其中無害裂縫僅僅影響結構外觀，不影響功能及其安全性、耐久性[1]。但是隨著時間推移，無害裂縫的深度與寬度有發(fā)展的趨勢，一段時間后可能發(fā)展成為有害裂縫，所以做好對水利工程施工混凝土裂縫的控制工作非常必要。相關從業(yè)者必須關注混凝土裂縫問題，對裂縫進行及時處理，否則就會因為力長時間集中作用于裂縫處，形成疲勞裂紋，誘發(fā)深層裂縫形成，威脅到水利工程的安全性。另外，在水利工程當中，裂縫的出現會加速混凝土老化，并且因為裂縫與河水直接接觸，會影響堤壩安全性，而且會導致混凝土內部金屬元素泄漏在水中，對水質形成污染，引發(fā)其他問題。

2 水利工程施工混凝土裂縫的成因分析

在水利工程施工過程中，混凝土會產生不同類型的裂縫，而不同類型混凝土裂縫的形成原因有所不同，所以下文將基于混凝土裂縫類型著手，對各自的形成原因進行分析。

2.1 收縮裂縫的形成原因

收縮裂縫作為水利工程施工混凝土裂縫的主要類型之一，導致其形成的因素并非單一，而是在多種原因的混合影響下形成。舉例來講，在混凝土攪拌過程中如果時間超出標準值，那么水泥漿會漂浮于表面，而骨料會在鋼筋以及其他物質的影響下而無法完全沉降至底部，便極易產生混凝土裂縫問題[2]。另外，水利工程施工中會用到大量混凝土，同時混凝土施工完畢后還要對混凝土建筑予以保護，否則混凝土會因為外部因素的影響而出現表面水分快速流失的情況，也會產生收縮型裂縫。

另外，混凝土作為施工材料，本身質量也是導致其裂縫問題出現的主要原因之一，甚至會影響后續(xù)施工工藝，所以必須保證混凝土配合比的科學合理性，才能提升混凝土本身質量。但是在實際施工過程中，常常會因為混凝土配合比不合理的情況存在，而導致混凝土裂縫出現(如圖1所示)。

圖1 塑性收縮裂縫

2.2 溫差裂縫的形成原因

水利工程施工中，混凝土內外部溫度的驟升驟降，同樣會引發(fā)裂縫出現，與下面幾種因素相關：

1)季節(jié)溫度差異。不同季節(jié)的溫度有所不同，而且某些地區(qū)的年度整體溫度變化也有差異，如果年度溫差過大，水利工程易出現位移情況，尤其是橋梁類工程，其支座出現位移會導致橋面出現伸縮縫。當混凝土結構位移超出預設值后，則會引發(fā)溫度裂縫，嚴重影響項目質量。

2)日照溫差。日照形成的溫度差是形成混凝土裂縫的主要原因之一。長時間接受太陽照射的部位，溫度必定比其他部位更高，而在日照溫差的應下轄，局部拉應力逐漸增大，一旦混凝土無法承受局部拉應力，便會出現裂縫[3]。

3)溫度驟降。溫度驟然下降同樣會導致混凝土裂縫形成，原因在于外部冷空氣環(huán)境作用，會直接導致混凝土內外部溫度下降，而混凝土結構外部與內部的溫度下降速度不一致，往往外部降溫更快，從在內外部溫度下降失衡的情況下，會導致混凝土產生溫差裂縫。

4)水熱化。在混凝土澆筑施工過程中，混凝土內部在水熱化的作用下釋放熱量，而此時混凝土外部結構溫度遠沒有內部高，所以會形成混凝土裂縫，這種裂縫會直接影響水利工程建筑的安全性與耐用性。

5)養(yǎng)護不當?；炷潦┕ね瓿珊笮枰谝粫r間進行養(yǎng)護，但由于養(yǎng)護不當的情況存在，所以也會造成混凝土產生裂縫。

2.3 沉降裂縫的形成原因

混凝土出現不均勻沉降情況，是導致沉降裂縫形成的主要原因，而引發(fā)混凝土不均勻沉降的因素眾多。其中，如果水利工程基地建設水平較低，則會直接影響地基本身承載能力，上層施工建筑不斷增多，則容易出現沉降情況，此時在地基兩端軟弱時，則會引發(fā)裂縫(如圖2所示)。另外，水利工程的各個部位負荷有所不同，如果差異過大，則極易產生沉降問題，一旦拉應力與剪應力超出水利工程自身的抗拉強度與抗剪強度，同樣會形成裂縫。同時，在水利工程結構部位脆弱處，相對來講更易產生裂縫，這類沉降裂縫主要表現為彎曲、剪切裂縫[4]。

圖2 沉降裂縫

2.4 構造裂縫

由于存在剛度突變、質量不均、形狀變形等情況，而引發(fā)傳力轉折、應力集中等問題，直接造成混凝土局部結構出現裂縫，這便是構造裂縫的形成原因。雖然在前期設計中綜合考量了構造裂縫的規(guī)避措施，但是無法完全避免這種裂縫的形成。

3 水利工程施工混凝土裂縫的控制措施

通過詳細分析水利工程施工中不同類型混凝土裂縫的形成原因，下文將針對相應類型混凝土裂縫提出有效控制措施。

3.1 收縮裂縫的控制措施

在水利工程施工中，必須重視對混凝土收縮裂縫的謹慎預防，確保水利工程項目施工質量。

1)合理開展混凝土養(yǎng)護工作。①混凝土澆筑完成后，需要第一時間開展養(yǎng)護工作，夜間覆蓋薄膜可防止水分過快流失，優(yōu)化混凝土結構整體性能，避免形成混凝土裂縫；②夏季施工由于室外溫度較高，在水利工程施工中必須開展對混凝土的澆水工作；③混凝土配合比會直接影響混凝土本身質量，所以要按照水利工程施工要求，合理確定配合比，嚴格按照配合比進行混凝土配制，并且在攪拌過程中合理投放骨料，降低混凝土坍落度。

2)合理設置控制縫。作為結構縫的一種類型，控制縫能夠有效防止混凝土裂縫對水利工程質量造成的負面影響。通過設置控制縫，能夠削弱混凝土結構的特定截面，誘導可能出現的裂縫沿著預設截面且按照預設形式開裂，如此一來能夠混凝土內部結構在外界力量影響下便能避免混凝土裂縫的肆意擴大[5]。一般來講，控制縫主要用在大體積或相對細長的混凝土結構中，也可設置在應力集中區(qū)域，能夠有效增強混凝土裂縫控制水平。當然，針對不同部位設置的控制縫需要合理布設間距，要了解各部位的間距范圍，在施工中合理把控。舉例來講，地面控制縫間距需控制在4.5-7.5m左右。要依據水利工程項目實際情況進行控制縫合理設置，并且要著重注意不可在鋼筋、止水片等部位設置控制縫，否則會直接影響控制縫效果。

3.2 溫度裂縫的控制措施

在水利工程施工過程中，必須重視對溫度裂縫的控制，防止嚴重溫度裂縫現象影響工程質量。

1)鑒于混凝土原料配合比與溫度裂縫的產生有著直接關系，所以需要合理選用混凝土配料。在配制混凝土時必須加入混合料，能夠有效降低混凝土裂縫的形成概率，同時于其中添加引氣劑、塑化劑等，不但能控制裂縫產生，也能提升水利工程施工效果。

2)為了抑制水化熱反應而造成混凝土內部溫度急劇升高，需要做好降溫處理。可在混凝土拌和過程中，往水中加入冰塊?；蛘咴谒槭瘮嚢钑r，提前對碎石進行冷卻，均能有效控制裂縫產生。

3)在夏季高溫時期進行混凝土澆筑時，要適當縮減澆筑厚度，并且提前埋入冷卻管，做好降溫處理，有效平衡混凝土結構的內外部溫度，避免因為溫差過大而出現裂縫[6]。

4)氣溫的驟然變化同樣會出現混凝土裂縫，所以必須提前掌握天氣信息，結合實際情況對混凝土開展保溫作業(yè)。

5)因為季節(jié)性溫差而引起的裂縫主要發(fā)生在混凝土暴露部分，所要對水利工程暴露部分進行隔熱或保溫處理，防止水利工程局部溫度太高或太低而出現裂縫。

3.3 沉降裂縫的控制措施

沉降裂縫的出現會直接影響水利工程的功能發(fā)揮，所以必須采取合理措施予以控制。

1)前期委派專業(yè)人員對水利工程施工現場進行地質勘察，全方位把握地質數據，為施工設計提供數據參考。

2)結合水利工程項目結構分析其荷載分布，杜絕出現單個部位承載受力過重的情況。

3)要想從根本上控制住沉降裂縫，則需要重視水利工程的設計工作，綜合考慮結構的剛度、靜定結構、細柔結構等因素，通過提高工程設計水準而規(guī)避因為沉降問題而出現的裂縫情況。

3.4 構造裂縫的控制措施

要想改善水利工程中構造裂縫問題，可采取如下幾種控制措施：

1)對受力鋼筋進行密布，選用細筋，能夠起到改善構造裂縫的效果，進而保障水利工程質量。

2)合理設置伸縮縫，降低構造裂縫發(fā)生可能性，也能弱化構造裂縫的擴大形勢，當然在設置伸縮縫時，一定要契合設計規(guī)范與水利工程設計要求。

3)合理設置后澆帶，同樣能抑制構造裂縫產生，在具體設置時要把控好后澆帶間距，不能超過30m。此外，還要對后澆帶混凝土間隔時間及澆筑材料合理控制，澆筑間隔時間不得超過2個月，并且在澆筑時不得采用膨脹型混凝土。

4)采用預制構件能夠有效抑制構造裂縫的產生。

4 水利工程施工混凝土裂縫的處理技術

雖然上文提到了水利工程施工中各種類型混凝土裂縫的控制措施，但在實際施工中無法做到混凝土100%不會出現裂縫，意味著裂縫的出現很難避免。而面對已出現的混凝土裂縫，則需要進行科學處理，加強混凝土強度，降低混凝土裂縫的負面影響。下文便對幾種常見的混凝土裂縫處理技術展開分析。

4.1 混凝土置換技術

當水利工程在施工過程中察覺到有混凝土出現裂縫質量問題，可用符合施工標準的材料將其中混凝土結構直接置換，從而降低裂縫問題對水利工程質量的影響。混凝土置換技術方法在使用時具備強化結構抗剪性與截面強度的效果，并且不會影響整體結構的凈空。然而缺點在于作業(yè)過程中周期較長，必須對時間進行合理控制，而且僅適用于受壓部位強度較低、存在一定質量缺陷的梁柱混凝土承重結構中，才能體現出應用效果，而其他部位的結構裂縫處理則要看實際情況而定，不得盲目應用，否則影響施工效果。

4.2 材料黏貼技術

一種是鋼材料黏貼技術。該技術主要適用于承載力較低的混凝土裂縫當中，特別是水利工程中正截面受拉區(qū)、受壓區(qū)或是斜截面部位，于表面部位黏貼符合要求的鋼板材料，不但能夠強化結構承載力，同時也能保證混凝土裂縫處理的便捷性，如圖3所示。

圖3 鋼板黏貼處理混凝土裂縫

另一種則是纖維增強塑料黏貼技術。選用膠結材料，在出現混凝土裂縫的部位黏貼纖維增強復合型材料，能夠保證該材料與裂縫結構形成共同工作面，同樣能強化結構本身承載性能[7]。

采取材料黏貼技術對水利工程施工中的混凝土裂縫進行處理，能夠表現出耐腐蝕、耐潮濕的效果，不會造成混凝土結構重量大幅增大，并且耐用性良好，無需投入過多維護成本。

4.3 灌漿填充技術

如果水利工程施工中的混凝土裂縫對結構本身的安全性、承載性能形成了明顯威脅，則要及時采取灌漿填充技術進行妥善處理，該技術方法可細致分成如下3種：

1)壓力注漿法。在面對相對較小的混凝土裂縫時，可選用這一方法，實際應用過程中，首先要對混凝土表層及裂縫周圍的雜物進行全面處理，然后連接封閉裂縫與注漿嘴，提前開展漏漿試驗以及配置合適的注漿液，待注漿完成后清理混凝土表面。

2)涂抹封閉法。面對寬度不超過0.2mm的細小裂縫，可采取涂抹封閉法進行處理，同樣也可用于防水處理和裝飾混凝土表面，從應用效果來看，能夠有效抑制混凝土保護層出現的碳化情況，減輕有害物質對混凝土的腐蝕作用。具體應用中，首先要沿著混凝土裂縫鑿出U形槽，對槽的深度及寬度嚴格控制，一般在30-50mm之間，然后于槽的底部及兩側涂抹上截面處理漿，并且向U形槽中注入提前預制的聚合物水泥砂漿[8]。后續(xù)的養(yǎng)護中不得浸濕或直接日照。

3)開槽填補法。結合結構物的實際情況，在表面合適部位開槽，如果混凝土表面裂縫控制偏大，也可選用這一技術方法，開槽完畢后涂抹截面處理漿，做好養(yǎng)護。

4.4 裂縫修補技術

水利工程施工中出現混凝土裂縫情況必須采用合理的修補技術進行處理，才能確保結構穩(wěn)定性。不同寬度的裂縫的處理方法有一定差異，具體表現在如下方面：

1)細小裂縫修補。對于寬度在0.3-3mm之間且未出現顯著剝落情況的混凝土裂縫，可直接用黏接劑灌漿的方式予以修補。首先，要根據混凝土裂縫的特征合理選用注射器、鉆孔或噴嘴等設備，將環(huán)氧樹脂材料直接灌進混凝土裂縫內部。在對細小裂縫的修補中，可以直接灌漿，也可間接灌漿，無論如何均需保證對裂縫的高效處理，才能強化混凝土強度及穩(wěn)定性。

2)一般裂縫修補。針對寬度在3-15cm之間的局部裂縫，則要根據實際情況合理修補，倘若不存在斷裂情況的裂縫，則可于裂縫周邊部位切除長度在12cm左右的材料，保證切除方向與裂縫方向平行，深度把控在10cm左右，進而在與裂縫方向垂直的部位設置螺絲鋼、與裂縫方向平行的部位設置圓鋼，通過綁扎形成鋼筋網結構。待條塊狀裂縫修補體系設置完成后，再配置混凝土材料進行均勻涂抹。

3)輕微斷裂型裂縫修補。針對存在輕微斷裂情況的裂縫，在修補時應當于裂縫周邊15cm左右的范圍內進行凹槽切割，深度則把控在混凝土結構的50%左右，于凹槽底部用沖擊鉆進行鉆孔，將表層雜質清理干凈，然后在鉆孔內部布置螺絲鋼，最終回填砂漿，能夠明顯提升混凝土裂縫控制效果。

5 結 語

綜上所述，水利工程項目建設施工有著復雜性、系統(tǒng)性的特點，對施工技術水平及現場管理水平要求較高。而混凝土裂縫問題作為水利工程施工中的常見問題之一，相關管理人員必須了解其中收縮裂縫、溫差裂縫、沉降裂縫以及構造裂縫等不同類型裂縫的形成原因，同時引進先進施工技術，對各種裂縫進行有效控制，保障水利工程施工質量。通過預防和治理兩方面手段的應用，能夠最大程度上減小混凝土裂縫的危害，從而為水利工程投入安全使用夯實基礎。