浅论水利工程中水闸闸墩裂缝与防控

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摘 要：水闸是城市水利基础设施的重要组成部分，具有排洪、排涝、减灾等作用。但水闸闸墩在浇筑后时常会出现裂缝的现象，给水闸的运行带来安全隐患。本文针对水闸闸墩工程中出现的裂缝问题进行了分析，并提出了相应的处理措施。

关键词：水闸闸墩；裂缝；混凝土配合比；防治措施

水闸闸墩裂缝是一个普遍现象。主要裂缝都位于闸门支座与面板之间范围内，大多数为竖直向裂缝，部分裂缝呈环形且大致与支座牛腿相垂直，有的裂缝长达数米、缝宽超过1mm，贯通整个闸墩。裂缝降低了闸墩的耐久性，直接影响闸墩的安全运行，增加渗漏。因此，分析闸墩裂缝产生的原因，采取有效措施控制闸墩裂缝，具有重大的经济和社会效益。

1 闸墩裂缝特点与规律

水闸闸墩裂缝具有一定的特点和规律性。一般说来，岩基上的闸墩比软基上的闸墩容易开裂。施工时，底板与闸墩浇筑间隔时间越长越容易开裂。闸墩长度不同，裂缝沿闸墩长度方向取向分布也不同。闸墩长度不大时（15m以下），裂缝一般位于闸墩中部。闸墩较长时（大于15m），裂缝多发生在墩长的等分线附近，如二分之一、四分之一处等。裂缝产生的时间和位置不同。闸墩裂缝首先产生于闸墩底部，随着时间延长，裂缝逐渐向上发展。裂缝长度差异较大，裂缝上端一般位于0.2L（L为闸墩顺水流方向长度）处左右，并且裂缝最终可沿闸墩厚度方向贯穿。闸墩裂缝形态和宽度不同，闸墩裂缝宽度一般为0.5mm～1.0mm，较大者可达2.5mm以上，靠近闸基底部，裂缝宽度大。

2 闸墩裂缝原因分析

混凝土结构的裂缝分为荷载作用裂缝和间接作用裂缝，由于在施工初期外荷载没有作用在闸墩结构上，此时的裂缝应是由于间接作用而产生的裂缝，是混凝土内部各组分材料之间相互约束的结果，与混凝土的材料组成、施工时环境温度和湿度的变化、相关部分的约束作用以及施工过程中的施工荷载等因素都有非常密切的关系。

根据混凝土的裂缝机理，结合闸墩的设计、施工材料使用和施工控制等情况分析，因裂缝具有一定的规律性，没有无规则的网状特征，可排除水泥安定性或碱骨料反应等材料原因所导致的裂缝；施工期间，闸底板也无异常变化，可排除地基变形和外荷载作用的原因。综合分析认为，引起闸墩出现裂缝的原因主要是混凝土内部的温度变化所引起的温度应力超过混凝土极限拉应力值所致。

2.1 混凝土配合比

配合比设计时在满足混凝土强度等技术条件的基础上，应尽量增加粗骨料含量，降低水泥浆量，减少混凝土的自收缩，提高抗裂能力。有关研究成果表明，混凝土早期自收s随着水灰比的减小而增大，且水灰比越小越明显。先期闸墩浇筑的混凝土其水泥用量是260kg，水灰比是0.48，对于中低强度的混凝土，显然水泥用量偏大，水灰比偏小，有可能造成混凝土的强度值偏高，弹性模量大，松弛能力降低，从而加大了混凝土闸墩的开裂趋势。

2.2 温度收缩

混凝土浇筑结束后，其内部的水泥成分持续水化，释放水化热，使混凝土内部温度上升，达到最高温度值后，混凝土温度持续降低，通过与外界的热交换，其温度逐渐回归到环境温度值。这时，热量变化引起温度变形，如结构受到约束限制则会产生拉应力，拉应力超过此时的混凝土允许拉应力强度，结构构件就会出现温度裂缝。混凝土的内部温度还与混凝土的材料温度、施工环境温度及结构的散热条件密切相关。材料温度、环境温度及散热条件差将导致混凝土内部温度高；环境温度变化大，将使混凝土的内外温差增大，一般规定大体积混凝土的内外温差不宜大于25℃，养护时的降温速度不大于1.5℃/d，否则，如果不采取相应的温度控制措施，混凝土将可能出现温度裂缝。

在混凝土的施工养护的初始阶段，其强度值较低，不具有相应的抗拉强度能力。在浇筑后的3～5d混凝土内部温升达到最大，此时段拆模后，如遇到不利的环境温度，养护期没有按制度养护，按计算所得的混凝土的拉应力值，混凝土出现温度裂缝是必然的。

3 闸墩裂缝的预防和控制

从闸墩裂缝的原因分析，预防和控制裂缝主要从混凝土的原材料、配合比、施工时的温度控制以及养护等诸方面采取措施。

3.1 确定最优配合比

根据混凝土拌和物各组料的情况，通过试验确定最优配合比。调整粉煤灰掺量到20%，水胶比为0.50，控制水泥用量和用水量；通过对混凝土拌和物的强度和和易性等进行试验。

3.2 施工过程控制

3.2.1 原材料的质量控制

混凝土工程所用的水泥、粉煤灰、砂石骨料、水等必须选用符合质量要求的原材料，施工时按制度抽检，根据气候和材料情况的变化，及时调整配合比。

3.2.2 混凝土施工控制

从控制混凝土拌和料的出机口温度和入仓温度入手，做好原材料的温控工作。在砂石料堆顶上搭设遮阳棚，设置喷雾装置，同时，砂石料堆高必须保持大于6m高度，取料时从料堆底部取料；控制散装水泥和粉煤灰的进罐温度，如超过允许温度或外界气温偏高时，要求在阴凉处静置1d后才能使用；拌和用水箱加装隔热岩棉保温隔热，夏季温度过高时，水箱中加冰屑降温再拌和混凝土。夏季施工时，混凝土运输汽车加装防晒棚，避免阳光直射，减少运输过程中温度的升高。

混凝土浇筑时根据具体气候条件，适时调整浇筑时间，把浇筑工序尽量安排到气温较低的时段或夜间进行，以降低混凝土的内部温度。混凝土浇筑时要求分层浇筑，分层厚度不超过40cm，保证振捣密实，同时减少混凝土浇筑面的间歇时间。

3.3 做好温度观测，加强养护工作

不同的季节时段，在闸墩结构的相关部位埋设温度观测仪器，对浇筑后的混凝土内外的温度进行测量记录，为养护期间的控制提供理论依据。

浇筑完成拆模后，立即在外表面涂刷薄膜养护剂，然后在整个墩面将麻袋片串在一起覆盖，麻袋上始终洒水保持湿润。洒水养护时间可根据观测的温度进行调整。

3.4 增加温度构造钢筋

在闸墩结构的温度和收缩应力较大区域以及施工缝等薄弱处增配构造钢筋。采取上述措施后，较好地解决了闸墩混凝土施工过程中不同阶段的温度控制问题，基本消除了闸墩的裂缝现象，闸墩混凝土的强度及其他性能均满足设计要求。

4 结论

水闸挡墙及边墩均为典型的钢筋混凝土结构，具有较好的耐久性，但由于混凝土是一个复杂的非均质材料，抗拉强度较低，且又有自身体积变形、徐变等特性，在实际施工中常会出现不同程度的裂缝。由于水利工程结构大多处在水下，裂缝的存在很容易导致钢筋锈蚀膨胀，进一步加剧混凝土的破坏。因此，在水闸挡墙及边墩结构的施工过程中，必须严格进行质量监控，提高混凝土浇注质量，尽量避免工程裂缝的产生。而一旦出现了混凝土裂缝，则应采取有效的技术措施进行补救，以保证水利工程的安全和工程结构的耐久性。

参考文献

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