影响水闸工程开裂因素分析及处理策略

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摘要:为了确保水闸工程的安全可靠运行，必须对水闸出现的裂缝进行及时有效的处理。本文以水闸工程为例，介绍了裂缝的类型，对影响水闸开裂的各因素进行了阐述，最后从制定出了裂缝的处理策略，为水闸的安全运行提供了保障。

关键词:裂缝；温差；处理策略；温度控制；养护

中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

混凝土作为一种非均质脆性材料，从目前使用现状来看，混凝土作为建筑材料，已被广泛应用，多见于建筑工程、水利基础设施建设及道路工程当中。但由于混凝土自身特性问题，常常会导致施工中出现自身的约束、形变等。混凝土不同程度的开裂，在水闸工程中已成为常见的工程病害。裂缝的出现对水闸的整体性、耐久性和防渗能力具有严重的危害，因此，必须充分重视和控制混凝土裂缝。

2 水闸工程裂缝情况分析

某水闸工程建成后，闸底板都出现了裂缝。水闸闸墩裂缝的出现和存在，对其整体性、安全性带来不利的影响。并且由于混凝土开裂后会发生碳化等化学反应，影响其耐久性。作为水工建筑物，其抗渗性也会受到不利的影响，对于边墩，有时还会出现通过裂缝而发生渗漏变形的现象。裂缝出现后进行修补，不但增加了工程的维修费用，还影响了建筑物的美观，给人们带来视觉上的不良效果和心理上的不安全感。

3水闸工程裂缝类型及影响因素

3.1混凝土的干缩产生的裂缝

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥砂浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果；干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.20mm之间。但干缩一般只发生在表层，对大体积混凝土而言，干缩扩散深度达6cm需花1个月的时间，所以干缩裂缝也只是表面裂缝并且深度不大。影响干缩的主要因素是混凝土的配合比和组成。其次，混凝土的养护和环境对干缩也有很大影响。

3.2沉陷产生的裂缝

沉陷裂缝的产生原因是由于结构地基土质不匀、松软，回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等所致。此类裂缝多为贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°～45°角方向发展。较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小。

3.3内外温差产生的裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。水泥水化产生大量的水化热，在1～3d内可放出热量的50%，甚至更多，当混凝土达到最高温度后随着热量的散发又开始降温。闸墩作为大体积混凝土，热量传递的同时更容易在内部积存，导致了内部温度高于外部温度，内部出现最高温度。在降温阶段又形成了外部温度低于内部温度内部膨胀受到外部的限制，于是在外部混凝土中产生了拉应力，当外部拉应力达到其极限拉应力时，裂缝就由此产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝通常纵横交错；裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。

影响内外温差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品种、浇筑入模温度及环境温度等。

3.4混凝土受外部约束产生的裂缝

闸墩是底部固定结合在底板上，上部自由的结构，通常是在底板浇筑完成后间隔一定时间才开始浇筑闸墩，此时底板混凝土已经凝结，是“老混凝土”。闸墩混凝土浇筑早期，产生大量水化热，温度升高，体积膨胀，受到底板约束，产生压应力。由于混凝土浇筑早期，弹性模量低，产生的压应力很小；随着热量的散发，混凝土开始降温，加上干缩、自生体积变形等影响，体积开始收缩；同样受到底板约束，产生拉应力。但此时混凝土龄期短，强度低，产生的拉应力易超过其抗拉强度，于是在闸墩上产生了常见的垂直于底板和水流方向的裂缝。影响外部约束的因素主要是闸墩的伸缩缝长度和底板与闸墩混凝土的浇筑时间间隔。

3.5混凝土自生体积的变形产生的裂缝

混凝土即使没有水分蒸发，其各组成部分的化学反应也会产生自生体积变形。普通混凝土的自生体积变形通常为收缩型的，它是由于水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，产生自干燥作用，使混凝土体相对湿度降低，体积减小。

影响混凝土自生体积收缩的因素主要是材料的化学成分和水灰比。当水灰比大于0.50时，其自生收缩和干缩相比忽略不计，而当水灰比小于0.35时，自生收缩和干缩的作用相当，必须加以考虑。

4 裂缝控制与处理策略

4.1材料

混凝土材料的合理选择是预防并控制裂缝的重要方面。为了降低水化热，可采用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下（表1），可降低水化热和混凝土的拉应力。在混凝土中掺活性混合料（如粉煤灰），可使混凝土的最高温度降低，并可将达到最高温度的时间向后推迟。用时间控制裂缝，使混凝土和易性得到改善，减小了水泥和水的用量，减小混凝土的自身体积收缩；降低混凝土吸附水的能力，使混凝土干缩减小，抗裂性提高。

表1 325# 普通水泥碎石混凝土

4.2温度控制

首先要降低混凝土的入仓温度，使现场新拌混凝土的温度被限制在6℃左右。在高温期拌和时，可以加入冰片代替一部分水进行混凝土冷却；浇筑时尽量在春季或秋季，避免在夏季午间高温时和冬季浇筑；对运送混凝土的工具或浇筑仓面采取遮阳或降温措施。必要时，在混凝土内部埋设冷却水管，降低混凝土的内部温度。

4.3施工工艺与方法

在浇筑闸墩混凝土时，为了使混凝土更好地散热，可分层浇筑混凝土，分层的深度为1.0～1.5m，上一层混凝土的浇筑在前一层混凝土初凝前浇完，最底一层混凝土可与底板同时浇筑，这样就可削弱或消除底板对闸墩混凝土的约束。另外，可以缩短伸缩缝长度，或者分段浇筑，预留1～2m的后浇带，待各段收缩完成之后，再在后浇带中浇筑混凝土。

4.4养护

对混凝土进行养护是为了减慢其变形速度，浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透，拆模后可从结构顶部浇水或淋水，保证混凝土表面湿润，若在闸墩四周裹上不透气塑料膜后再浇水或淋水，则养护效果会更好。或者在混凝土表面及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，也能起到保湿的作用；如果模板可推迟3～4d拆除，同样可以起到隔热和保湿作用。另外，在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，并及时养护。

4.5其它

一是对松软土、填土地基结构施工前应进行必要的夯实和加固；二是保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀；三是防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡；四是模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。

5结语

水闸工程开裂是常见并难以根治的质量通病，其原因是多方面的，主要原因是由于混凝土内部温度变化而产生的温度应力过大所致。本工程裂缝的处理工作已完成，经现场实际观察与记录，未发现出现有害裂缝，水闸至今运行正常，由此可见，上述裂缝的处理是行之有效的，相信其经验可为今后水闸裂缝处理提供借鉴。

参考文献

[1] 洪乃全;刘启阳;莫文海.混凝土裂缝的预防与处理[J].四川建筑,2007年第S1期

[2] 孙剑.浅析水闸施工期开裂的原因及预防[J].河南水利与南水北调,2012年08期