淺論水利工程中水閘閘墩裂縫與防控

萬艷霞+張建峰

摘 要：水閘是城市水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，具有排洪、排澇、減災等作用。但水閘閘墩在澆筑后時常會出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，給水閘的運行帶來安全隱患。本文針對水閘閘墩工程中出現(xiàn)的裂縫問題進行了分析，并提出了相應的處理措施。

關(guān)鍵詞：水閘閘墩；裂縫；混凝土配合比；防治措施

水閘閘墩裂縫是一個普遍現(xiàn)象。主要裂縫都位于閘門支座與面板之間范圍內(nèi)，大多數(shù)為豎直向裂縫，部分裂縫呈環(huán)形且大致與支座牛腿相垂直，有的裂縫長達數(shù)米、縫寬超過1mm，貫通整個閘墩。裂縫降低了閘墩的耐久性，直接影響閘墩的安全運行，增加滲漏。因此，分析閘墩裂縫產(chǎn)生的原因，采取有效措施控制閘墩裂縫，具有重大的經(jīng)濟和社會效益。

1 閘墩裂縫特點與規(guī)律

水閘閘墩裂縫具有一定的特點和規(guī)律性。一般說來，巖基上的閘墩比軟基上的閘墩容易開裂。施工時，底板與閘墩澆筑間隔時間越長越容易開裂。閘墩長度不同，裂縫沿閘墩長度方向取向分布也不同。閘墩長度不大時（15m以下），裂縫一般位于閘墩中部。閘墩較長時（大于15m），裂縫多發(fā)生在墩長的等分線附近，如二分之一、四分之一處等。裂縫產(chǎn)生的時間和位置不同。閘墩裂縫首先產(chǎn)生于閘墩底部，隨著時間延長，裂縫逐漸向上發(fā)展。裂縫長度差異較大，裂縫上端一般位于0.2L（L為閘墩順水流方向長度）處左右，并且裂縫最終可沿閘墩厚度方向貫穿。閘墩裂縫形態(tài)和寬度不同，閘墩裂縫寬度一般為0.5mm～1.0mm，較大者可達2.5mm以上，靠近閘基底部，裂縫寬度大。

2 閘墩裂縫原因分析

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分為荷載作用裂縫和間接作用裂縫，由于在施工初期外荷載沒有作用在閘墩結(jié)構(gòu)上，此時的裂縫應是由于間接作用而產(chǎn)生的裂縫，是混凝土內(nèi)部各組分材料之間相互約束的結(jié)果，與混凝土的材料組成、施工時環(huán)境溫度和濕度的變化、相關(guān)部分的約束作用以及施工過程中的施工荷載等因素都有非常密切的關(guān)系。

根據(jù)混凝土的裂縫機理，結(jié)合閘墩的設(shè)計、施工材料使用和施工控制等情況分析，因裂縫具有一定的規(guī)律性，沒有無規(guī)則的網(wǎng)狀特征，可排除水泥安定性或堿骨料反應等材料原因所導致的裂縫；施工期間，閘底板也無異常變化，可排除地基變形和外荷載作用的原因。綜合分析認為，引起閘墩出現(xiàn)裂縫的原因主要是混凝土內(nèi)部的溫度變化所引起的溫度應力超過混凝土極限拉應力值所致。

2.1 混凝土配合比

配合比設(shè)計時在滿足混凝土強度等技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，應盡量增加粗骨料含量，降低水泥漿量，減少混凝土的自收縮，提高抗裂能力。有關(guān)研究成果表明，混凝土早期自收縮隨著水灰比的減小而增大，且水灰比越小越明顯。先期閘墩澆筑的混凝土其水泥用量是260kg，水灰比是0.48，對于中低強度的混凝土，顯然水泥用量偏大，水灰比偏小，有可能造成混凝土的強度值偏高，彈性模量大，松弛能力降低，從而加大了混凝土閘墩的開裂趨勢。

2.2 溫度收縮

混凝土澆筑結(jié)束后，其內(nèi)部的水泥成分持續(xù)水化，釋放水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度上升，達到最高溫度值后，混凝土溫度持續(xù)降低，通過與外界的熱交換，其溫度逐漸回歸到環(huán)境溫度值。這時，熱量變化引起溫度變形，如結(jié)構(gòu)受到約束限制則會產(chǎn)生拉應力，拉應力超過此時的混凝土允許拉應力強度，結(jié)構(gòu)構(gòu)件就會出現(xiàn)溫度裂縫?；炷恋膬?nèi)部溫度還與混凝土的材料溫度、施工環(huán)境溫度及結(jié)構(gòu)的散熱條件密切相關(guān)。材料溫度、環(huán)境溫度及散熱條件差將導致混凝土內(nèi)部溫度高；環(huán)境溫度變化大，將使混凝土的內(nèi)外溫差增大，一般規(guī)定大體積混凝土的內(nèi)外溫差不宜大于25℃，養(yǎng)護時的降溫速度不大于1.5℃/d，否則，如果不采取相應的溫度控制措施，混凝土將可能出現(xiàn)溫度裂縫。

在混凝土的施工養(yǎng)護的初始階段，其強度值較低，不具有相應的抗拉強度能力。在澆筑后的3～5d混凝土內(nèi)部溫升達到最大，此時段拆模后，如遇到不利的環(huán)境溫度，養(yǎng)護期沒有按制度養(yǎng)護，按計算所得的混凝土的拉應力值，混凝土出現(xiàn)溫度裂縫是必然的。

3 閘墩裂縫的預防和控制

從閘墩裂縫的原因分析，預防和控制裂縫主要從混凝土的原材料、配合比、施工時的溫度控制以及養(yǎng)護等諸方面采取措施。

3.1 確定最優(yōu)配合比

根據(jù)混凝土拌和物各組料的情況，通過試驗確定最優(yōu)配合比。調(diào)整粉煤灰摻量到20%，水膠比為0.50，控制水泥用量和用水量；通過對混凝土拌和物的強度和和易性等進行試驗。

3.2 施工過程控制

3.2.1 原材料的質(zhì)量控制

混凝土工程所用的水泥、粉煤灰、砂石骨料、水等必須選用符合質(zhì)量要求的原材料，施工時按制度抽檢，根據(jù)氣候和材料情況的變化，及時調(diào)整配合比。

3.2.2 混凝土施工控制

從控制混凝土拌和料的出機口溫度和入倉溫度入手，做好原材料的溫控工作。在砂石料堆頂上搭設(shè)遮陽棚，設(shè)置噴霧裝置，同時，砂石料堆高必須保持大于6m高度，取料時從料堆底部取料；控制散裝水泥和粉煤灰的進罐溫度，如超過允許溫度或外界氣溫偏高時，要求在陰涼處靜置1d后才能使用；拌和用水箱加裝隔熱巖棉保溫隔熱，夏季溫度過高時，水箱中加冰屑降溫再拌和混凝土。夏季施工時，混凝土運輸汽車加裝防曬棚，避免陽光直射，減少運輸過程中溫度的升高。

混凝土澆筑時根據(jù)具體氣候條件，適時調(diào)整澆筑時間，把澆筑工序盡量安排到氣溫較低的時段或夜間進行，以降低混凝土的內(nèi)部溫度。混凝土澆筑時要求分層澆筑，分層厚度不超過40cm，保證振搗密實，同時減少混凝土澆筑面的間歇時間。

3.3 做好溫度觀測，加強養(yǎng)護工作

不同的季節(jié)時段，在閘墩結(jié)構(gòu)的相關(guān)部位埋設(shè)溫度觀測儀器，對澆筑后的混凝土內(nèi)外的溫度進行測量記錄，為養(yǎng)護期間的控制提供理論依據(jù)。

澆筑完成拆模后，立即在外表面涂刷薄膜養(yǎng)護劑，然后在整個墩面將麻袋片串在一起覆蓋，麻袋上始終灑水保持濕潤。灑水養(yǎng)護時間可根據(jù)觀測的溫度進行調(diào)整。

3.4 增加溫度構(gòu)造鋼筋

在閘墩結(jié)構(gòu)的溫度和收縮應力較大區(qū)域以及施工縫等薄弱處增配構(gòu)造鋼筋。采取上述措施后，較好地解決了閘墩混凝土施工過程中不同階段的溫度控制問題，基本消除了閘墩的裂縫現(xiàn)象，閘墩混凝土的強度及其他性能均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

水閘擋墻及邊墩均為典型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有較好的耐久性，但由于混凝土是一個復雜的非均質(zhì)材料，抗拉強度較低，且又有自身體積變形、徐變等特性，在實際施工中常會出現(xiàn)不同程度的裂縫。由于水利工程結(jié)構(gòu)大多處在水下，裂縫的存在很容易導致鋼筋銹蝕膨脹，進一步加劇混凝土的破壞。因此，在水閘擋墻及邊墩結(jié)構(gòu)的施工過程中，必須嚴格進行質(zhì)量監(jiān)控，提高混凝土澆注質(zhì)量，盡量避免工程裂縫的產(chǎn)生。而一旦出現(xiàn)了混凝土裂縫，則應采取有效的技術(shù)措施進行補救，以保證水利工程的安全和工程結(jié)構(gòu)的耐久性。

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