水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫控制技術(shù)探析

劉曉會

（涿州市水利局，河北 涿州 072750）

水利工程是國家基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到人民的生命財產(chǎn)安全?；炷两Y(jié)構(gòu)作為水利工程的主要結(jié)構(gòu)形式，其施工質(zhì)量尤為重要。然而，在施工過程中，混凝土結(jié)構(gòu)常常會出現(xiàn)裂縫問題，這不僅影響了工程的美觀性，更嚴(yán)重的是會影響到工程的穩(wěn)定性和安全性。因此，如何有效控制水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工中的裂縫問題，是當(dāng)前水利工程建設(shè)中亟待解決的關(guān)鍵問題。通過對水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，可以有效地減少裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展的風(fēng)險，提高工程的安全性和可靠性。同時，也為今后水利工程的設(shè)計、施工和維護(hù)提供有益的參考和指導(dǎo)，推動水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的類型

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同?；炷猎谟不^程中，由于水分蒸發(fā)，表面水分損失快，變形較大，而內(nèi)部水分損失慢，變形較小。當(dāng)這種變形差異達(dá)到一定程度時，就會在混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫。干縮裂縫通常出現(xiàn)在混凝土澆筑后的一段時間內(nèi)，多為不規(guī)則的龜裂狀縫隙。干縮裂縫對混凝土的耐久性產(chǎn)生影響，容易使鋼筋銹蝕，降低混凝土的抗?jié)B能力。

1.2 沉陷裂縫

沉陷裂縫是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致?；蛘咭驗槟０鍎偠炔蛔恪⒛０逯伍g距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致。沉陷裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發(fā)展。裂縫寬度與沉降量成正比關(guān)系。較大的沉陷裂縫，往往上下或左右有一定的錯位，裂縫寬度隨溫度變化而變化，通常寬度會有所變化。沉陷裂縫往往對人體安全構(gòu)成威脅，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)立刻向相關(guān)部門報告。

1.3 溫差裂縫

溫差裂縫是由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差引起的?；炷猎谟不^程中會產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大，當(dāng)溫差超過一定的限度時，就會在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土表面產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫通常出現(xiàn)在大體積混凝土澆筑后的3～4 天內(nèi)，表現(xiàn)形式為短條狀裂縫，多為貫穿性裂縫。溫差裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積的結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯。

2 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因分析

2.1 施工質(zhì)量問題

水利工程施工質(zhì)量差會造成裂縫的出現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：第一，混凝土配合比設(shè)計不合理?；炷僚浜媳仁侵富炷林兴?、水泥、骨料和摻合料等各種材料的比例關(guān)系。如果配合比設(shè)計不合理，比如水灰比過大、水泥用量不足等，會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不夠，易發(fā)生裂縫。第二，施工過程中的振搗不均勻?；炷翝仓笮枰M(jìn)行振搗作用，以排除混凝土中的空氣和空隙，使混凝土內(nèi)部更加均勻致密。如果振搗不均勻，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在空隙，這些空隙會削弱混凝土的力學(xué)性能，從而引發(fā)裂縫。第三，未按規(guī)定的澆筑順序和方法施工?；炷两Y(jié)構(gòu)的澆筑順序和方法是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和受力要求來確定的。如果未按規(guī)定的澆筑順序和方法施工，比如連續(xù)澆筑過長的跨度、未進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓?jié)段澆筑等，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，從而引發(fā)裂縫。第四，混凝土濕養(yǎng)護(hù)不充分?；炷猎诔跄陀不^程中需要進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，以保持足夠的水分供應(yīng)，促進(jìn)水化反應(yīng)和強(qiáng)度的發(fā)展。如果濕養(yǎng)護(hù)不充分，比如水化反應(yīng)早期水分流失過快、未進(jìn)行濕潤保護(hù)等，會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度發(fā)展不良，易發(fā)生裂縫。

2.2 溫度變化

溫度變化是導(dǎo)致水利工程混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的重要原因之一。由于大體積混凝土的水化熱，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度可能會很高，而外部則由于散熱較快溫度較低，這種內(nèi)外溫差導(dǎo)致的不均勻溫度分布會使混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力。一方面，關(guān)于內(nèi)外溫差，大體積混凝土在凝固時會釋放出大量的水化熱，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急劇上升。由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，外部散熱較快，溫度較低，這就形成了明顯的內(nèi)外溫差。這種溫差導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而外部產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會引發(fā)裂縫。另一方面，季節(jié)溫差也是不可忽視的因素。水利工程常常暴露在自然環(huán)境中，會受到季節(jié)性溫度變化的影響。季節(jié)性的溫度變化會對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生周期性的作用，長期作用下，混凝土?xí)a(chǎn)生疲勞應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，尤其是在溫差較大的地區(qū)，季節(jié)性溫度變化對混凝土結(jié)構(gòu)的影響更為顯著。

2.3 材料因素

混凝土是由水泥、骨料、水和其他添加劑混合而成的復(fù)合材料，其性能受到各種因素的影響，其中配合比和材料質(zhì)量是最為重要的因素。第一，混凝土的配合比。配合比不當(dāng)，如水灰比過大、骨料級配不良等，都可能對混凝土的強(qiáng)度和收縮性能產(chǎn)生不利影響。水灰比過大，會導(dǎo)致混凝土的收縮增大，增加裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險；骨料級配不良，會影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性，進(jìn)而引發(fā)裂縫問題。因此，合理設(shè)計混凝土的配合比，控制好水灰比和骨料級配，是減少裂縫產(chǎn)生的重要措施之一。第二，材料質(zhì)量也是影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要因素之一。如果使用不合格的材料，如劣質(zhì)的水泥、骨料或其他添加劑，可能會嚴(yán)重影響混凝土的性能，使其更容易開裂。例如，使用過期或受潮的水泥，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性會大大降低，增加裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險；使用質(zhì)量差的骨料，其粒徑、級配和堅固性不符合要求，會影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。因此，嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，選擇符合要求的高質(zhì)量材料，是保證混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量、減少裂縫產(chǎn)生的重要措施之一。

3 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫控制技術(shù)

3.1 強(qiáng)化施工流程

在水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，強(qiáng)化施工流程是非常重要的一環(huán)，具體而言：（1）土地準(zhǔn)備。在施工前，需要對施工現(xiàn)場進(jìn)行充分的土地準(zhǔn)備工作，包括清除雜物、平整土地等，確保施工時的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，減少土壤的不均勻沉降，從而降低裂縫的風(fēng)險。（2）基礎(chǔ)施工。基礎(chǔ)施工是水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，需要保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和均勻性。在基礎(chǔ)施工過程中，要注意控制施工過程中的振動和水平度，避免產(chǎn)生過大的應(yīng)力和變形。（3）模板搭設(shè)。模板搭設(shè)是混凝土結(jié)構(gòu)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要確保模板的剛度和穩(wěn)定性，在模板搭設(shè)過程中應(yīng)控制模板的尺寸和平整度，避免產(chǎn)生過大的變形和應(yīng)力。（4）混凝土澆筑?；炷翝仓撬こ袒炷两Y(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)，需要注意控制澆筑速度、澆筑高度和澆筑溫度?？刂茲仓俣瓤梢员苊猱a(chǎn)生過大的溫度差異，減少裂縫的產(chǎn)生；控制澆筑高度可以避免混凝土的分層和不均勻沉降；控制澆筑溫度可以避免混凝土的過早干燥和收縮。通過嚴(yán)格控制施工流程，可以有效地減少水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的裂縫產(chǎn)生，同時施工過程中需要密切監(jiān)測和記錄施工參數(shù)，及時調(diào)整和采取相應(yīng)的措施，以確保施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的安全性[1]。

3.2 調(diào)整混凝土配比

調(diào)整混凝土配比是控制水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫的重要手段之一。通過合理的配比設(shè)計，可以優(yōu)化混凝土的各項性能，提高其抗裂能力，從而減少裂縫的產(chǎn)生。在調(diào)整混凝土配比的過程中，應(yīng)考慮以下幾個關(guān)鍵因素：一是原材料選擇。選用質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良的原材料，如優(yōu)質(zhì)水泥、低堿骨料等，確?；炷恋幕拘阅?。二是控制水灰比控制。水灰比是影響混凝土性能的重要參數(shù)。過大的水灰比會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生裂縫；過小的水灰比則可能使混凝土過于硬化，導(dǎo)致收縮裂縫。應(yīng)根據(jù)工程要求和試驗結(jié)果，合理確定水灰比。三是確定合適砂率。砂率的大小直接影響混凝土的流動性和硬化后的性能。砂率過小，混凝土流動性差，澆注困難；砂率過大，則容易產(chǎn)生離析和干縮裂縫。應(yīng)通過試驗確定合適的砂率，確保混凝土的良好工作性能。四是摻合料與外加劑。通過摻加適量的摻合料（如粉煤灰、礦渣等）和外加劑（如減水劑、緩凝劑等），改善混凝土的硬化過程，減少收縮裂縫的產(chǎn)生。五是配合比設(shè)計。根據(jù)工程要求和實際情況，進(jìn)行多方案比較和試配，確定最優(yōu)的配比方案，采用抗裂性能更高的新型混凝土，如纖維混凝土等，提高混凝土的抗裂能力[2]。

3.3 管理施工溫度

管理施工溫度是水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中非常重要的一環(huán)?；炷恋挠不^程中會釋放出大量的熱量，如果不能及時散發(fā)，就會導(dǎo)致溫度差異，從而引起混凝土的收縮和裂縫的產(chǎn)生。因此，需要采取一系列措施來管理施工溫度。首先，控制混凝土的澆筑時間是關(guān)鍵。在高溫季節(jié)，應(yīng)盡量選擇在早晨或晚上進(jìn)行混凝土澆筑，避免在日照強(qiáng)烈的高溫時段進(jìn)行施工，以減少混凝土受熱的時間。此外，可以采用分層澆筑的方式，每層混凝土澆筑完成后進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)，等待其溫度降低后再進(jìn)行下一層的澆筑，以避免過大的溫度差異。其次，澆筑層數(shù)的控制也十分重要。過厚的混凝土層會導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高過快，增加了裂縫的風(fēng)險。因此，在施工過程中，可以適當(dāng)減少單次澆筑的混凝土層數(shù)，使混凝土的溫度更加均勻，減少溫度差異。最后，覆蓋保溫也是管理施工溫度的有效手段。在混凝土澆筑完成后，及時進(jìn)行覆蓋保溫，減緩混凝土的散熱速度，使其溫度逐漸降低，減少溫度差異?？梢允褂帽夭牧细采w混凝土表面，并加強(qiáng)保溫措施，如使用保溫棚或加蓋保溫層，以降低混凝土的散熱速度[3]。

3.4 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)不僅影響其質(zhì)量，還直接關(guān)系到裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，采取科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對于提高混凝土的抗裂性能和整體穩(wěn)定性具有重要意義。在混凝土澆筑完成后，其硬化的過程中需要充足的水分，以完成水化反應(yīng)，防止因失水過快導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生。因此，及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)是防止裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)可以從以下幾個方面來實現(xiàn)：（1）及時覆蓋保濕。在混凝土澆筑完成后，應(yīng)盡快進(jìn)行表面覆蓋，防止水分過快蒸發(fā)。常用的覆蓋材料包括濕布、塑料薄膜等，這些材料可以有效保持混凝土表面的濕潤狀態(tài)，降低水分蒸發(fā)速度。（2）控制溫度梯度。在混凝土硬化的過程中，內(nèi)外溫差過大容易導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，因此應(yīng)加強(qiáng)溫度監(jiān)測，控制好混凝土內(nèi)部的溫度梯度。在高溫季節(jié)，可以采用灑水降溫等方式降低混凝土表面的溫度，減小內(nèi)外溫差。（3）延長養(yǎng)護(hù)時間。根據(jù)工程實際情況和氣候條件，應(yīng)合理延長混凝土的養(yǎng)護(hù)時間，在干燥或高溫環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)適當(dāng)延長，確?；炷劣凶銐虻臅r間完成水化反應(yīng)，提高其抗裂性能。（4）科學(xué)安排施工順序。在水利工程施工過程中，應(yīng)合理安排不同工序之間的施工順序，避免因施工交叉導(dǎo)致的混凝土暴露時間過長，澆筑完成后盡量避免對混凝土的擾動，以免影響其穩(wěn)定性。（5）建立質(zhì)量監(jiān)控體系。建立完善的質(zhì)量監(jiān)控體系，對混凝土的養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行全程監(jiān)控。通過定期檢查和記錄養(yǎng)護(hù)情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決養(yǎng)護(hù)過程中出現(xiàn)的問題，確?；炷恋馁|(zhì)量和穩(wěn)定性[4]。

3.5 布置防裂鋼筋

布置防裂鋼筋是水利工程混凝土結(jié)構(gòu)中常用的一種措施，可以有效增加混凝土的抗裂能力?；炷猎谑┕み^程中由于溫度變化和收縮等因素的影響，容易出現(xiàn)裂縫，而布置防裂鋼筋可以有效地限制裂縫的擴(kuò)展，提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體抗裂性能。防裂鋼筋一般布置在混凝土的受力區(qū)域，如梁、柱、板等部位，布置的方式可以根據(jù)具體的工程要求來確定，一般有單向和雙向布置兩種方式。單向布置防裂鋼筋是指在混凝土的主要受力方向上布置鋼筋，以增加混凝土在這個方向上的抗裂能力。通常情況下，將防裂鋼筋布置在梁、板等構(gòu)件的正張力區(qū)域，以承擔(dān)拉應(yīng)力，防止裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。雙向布置防裂鋼筋則是在混凝土的兩個主要受力方向上都布置鋼筋，以增加混凝土的整體抗裂能力。這種方式適用于大型水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)，如大壩、堤壩等。通過在不同方向上布置鋼筋，可以增加混凝土在各個方向上的抗裂性能，有效地限制裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。在布置防裂鋼筋時，需要根據(jù)具體的工程要求和設(shè)計規(guī)范來確定鋼筋的布置密度和間距。同時，還需要注意鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能，確保鋼筋能夠有效地與混凝土結(jié)合，發(fā)揮其抗裂作用[5]。

總的來說，控制水利工程混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫需要從多個方面入手，包括強(qiáng)化施工流程、調(diào)整混凝土配比、管理施工溫度、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)和布置防裂鋼筋等。只有綜合運(yùn)用這些措施，才能有效地防止混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，確保水利工程的施工質(zhì)量和使用安全。