水閘閘墩裂縫的原因分析及防治

廣州市番禺區(qū)石龍聯(lián)圍管理所 廣東廣州 510000

摘要：水閘具有排洪、排澇、減災(zāi)等作用，但目前閘墩裂縫現(xiàn)象常見(jiàn)，給水閘的運(yùn)行帶來(lái)了安全隱患。本文主要針對(duì)水閘閘墩裂縫的原因及防治展開(kāi)了分析，對(duì)水閘閘墩裂縫的原因作了系統(tǒng)的闡述，并提供了一些相應(yīng)有效的防治措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：水閘閘墩；裂縫原因；防治措施

0 前言

水閘作為一項(xiàng)重要的水利工程，在防洪、排澇、減災(zāi)等方面有著重要作用。但是閘墩混凝土裂縫的問(wèn)題，一直未能得到很好地解決，這給水閘的運(yùn)行帶來(lái)不少安全隱患。因此，為了保障水閘的質(zhì)量，我們必須要對(duì)水閘閘墩裂縫的原因進(jìn)行深入分析，并在分析的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施做好防治，以減少裂縫的產(chǎn)生。

1水閘閘墩裂縫的形成原因

水利工程中，水閘主要有底板以及閘墩兩個(gè)部分構(gòu)成，屬于混凝土結(jié)構(gòu)，在水閘閘墩的底部會(huì)受到底板的限制，而上部則可以自由伸縮。眾所周知，混凝土是現(xiàn)代化工程建設(shè)中最主要的施工材料之一，它具有熱脹冷縮的特點(diǎn)，在水閘工程施工過(guò)程中，混凝土中的水泥起到水化作用，從而產(chǎn)生大量的熱能，在正常的情況下，其熱能會(huì)在1～3天之內(nèi)排放完。當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度之后，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的熱量因逐步散發(fā)而迅速降溫，最終與外界的溫度相一致，但是如果外界溫度變化較大，那么混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生較大的溫差，最終產(chǎn)生一種較大的溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗壓能力，那么就會(huì)形成裂縫。一般情況下，在水閘閘墩施工過(guò)程中，混凝土裂縫的原因可以分為以下兩種。

1.1人為因素

（1）混凝土配合比不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)不當(dāng)將直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度，是造成閘墩混凝土開(kāi)裂的重要原因，配合比的不當(dāng)是指水泥用量過(guò)大、水灰比大、含砂率不適當(dāng)、骨料種類(lèi)不佳。

（2）閘墩混凝土養(yǎng)護(hù)條件不到位產(chǎn)生的裂縫?；炷琉B(yǎng)護(hù)是使混凝土正常硬化的重要措施，養(yǎng)護(hù)條件的好壞對(duì)裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。

（3）施工方法不規(guī)范會(huì)導(dǎo)致閘墩產(chǎn)生裂縫?；炷翝仓┕ぶ姓駬v不均勻或是漏振、過(guò)振等情況會(huì)造成混凝土離析、密實(shí)度差、降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，混凝土內(nèi)部氣泡不能完全排除時(shí)，鋼筋表面的氣泡則會(huì)降低混凝土與鋼筋的粘結(jié)力。

1.2客觀原因

（1）因混凝土內(nèi)外溫差大而引起的裂縫。在水閘閘墩施工過(guò)程中，由于是大體積混凝土施工，并且混凝土的導(dǎo)熱能力相對(duì)較差，因此在混凝土澆筑完成之后，其內(nèi)部與外部就會(huì)產(chǎn)生一定的溫差。混凝土澆筑完成后的初凝階段，其內(nèi)部存在較大的壓力，而其外部結(jié)構(gòu)則會(huì)形成較大的拉力。在混凝土工程施工過(guò)程中，其溫度變化可以分為兩個(gè)階段：首先，混凝土澆筑完成之后，由于水泥會(huì)發(fā)生水熱化作用，產(chǎn)生大量的熱量，這就會(huì)提高混凝土的溫度，并且不會(huì)瞬間釋放，這就導(dǎo)致外界環(huán)境的溫度小于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度，經(jīng)過(guò)1～2天的積累，混凝土內(nèi)部的溫度就會(huì)上升到一個(gè)最高值，此時(shí)內(nèi)部與外部的溫差也就越來(lái)越大。在對(duì)水閘閘墩施工之后，混凝土就會(huì)一直處于收縮狀態(tài)，導(dǎo)致水閘閘墩表面形成一個(gè)較大的拉應(yīng)力，當(dāng)其拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，那么混凝土就會(huì)形成裂縫；當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最高值之后就會(huì)慢慢散發(fā)熱量，此時(shí)混凝土的溫度也就慢慢降低，但是由于受到散熱條件的差異，水閘閘墩內(nèi)外部的混凝土散熱情況存在很大的差異，這就導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生了不均勻變形，最終造成裂縫的產(chǎn)生。

（2）因底板受到約束而出現(xiàn)裂縫。閘墩的底部是固定在底板之上，而上部結(jié)構(gòu)則是自由運(yùn)動(dòng)的。在混凝土施工過(guò)程中，由于進(jìn)行不連續(xù)施工，閘墩在建設(shè)過(guò)程中已被混凝土固結(jié)在底板上。此時(shí)閘墩可以縱向自由活動(dòng)，順著閘墩的厚度方向，其厚度相對(duì)比較小，受到的約束力也相對(duì)較小，而順著水流方向，其受到的約束力也就相對(duì)比較大。當(dāng)混凝土施工完畢之后，水閘閘墩受到了整個(gè)地板的約束力。雖然混凝土還處于初凝階段，但是如果其溫度在不斷下降，最終混凝土在收縮過(guò)程中也就會(huì)受到底板的約束，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，混凝土也就會(huì)出現(xiàn)裂縫，影響到水閘閘墩的質(zhì)量。

（3）因混凝土收縮而引起的裂縫。在實(shí)際工作中，混凝土的收縮情況主要有：①當(dāng)混凝土施工完畢處于初凝階段時(shí)，水泥會(huì)不斷硬化，混凝土內(nèi)部的水分也就慢慢蒸發(fā)，此時(shí)混凝土的整體體積也就會(huì)逐漸縮小，這種狀態(tài)也就是干縮狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，干縮裂縫只會(huì)出現(xiàn)在混凝土的表面，裂縫比較細(xì)長(zhǎng)，如果技術(shù)人員不及時(shí)對(duì)其處理，那么這種裂縫會(huì)不斷發(fā)展，不利于工程的正常運(yùn)行，存在較大的安全隱患。②當(dāng)混凝土施工完畢之后，水泥會(huì)發(fā)生水熱化作用，水熱化作用需要大量的水分，此時(shí)混凝土就會(huì)因?yàn)楦稍锒s小體積，這就是自身收縮，如果在混凝土中，水灰比不斷下降，干縮也就減小，相反，自身收縮也就會(huì)不斷增大。

（4）自生體積變形。混凝土即使沒(méi)有水分蒸發(fā)，其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生自生體積變形。在底板約束影響范圍內(nèi)，膨脹型自生體積變形會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，有利于防裂；收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的。它也是由于水分的遷移而引起的。但不是向外蒸發(fā)損失，而是由于水泥水化時(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月面，水泥石供水不足，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，使混凝土體相對(duì)濕度降低，體積減小，混凝土的自生收縮一般在拆模之前完成，雖然其量值不大，但如果同其他收縮疊加在一起，就會(huì)使表面拉應(yīng)力增大。像水閘閘墩這樣的斷面尺寸不是很大，但確屬必須解決水化熱問(wèn)題的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。

2水閘閘墩裂縫的防治措施

2.1混凝土材料的選擇

（1）盡量選擇低熱水泥。在混凝土工程施工過(guò)程中，水泥的品種、用量以及混合料的品種、澆筑的溫度都是影響混凝土絕熱溫升的重要因素。一般來(lái)說(shuō)，水泥的礦物質(zhì)會(huì)使水熱化作用變輕，最終影響到混凝土的溫升條件。因此我們?cè)谶x擇水泥的過(guò)程中，應(yīng)該盡量選擇水熱化作用小的水泥，這樣才能夠保證混凝土在澆筑之后的質(zhì)量，從根本上避免裂縫的發(fā)生。

（2）盡量選擇熱性能好的骨料。在水工建筑物建設(shè)過(guò)程中，對(duì)混凝土中各個(gè)成分的質(zhì)量有非常高的要求，其中石子對(duì)整個(gè)混凝土的熱性能產(chǎn)生非常大的影響，砂子占第二位。因此我們?cè)趯?duì)混凝土熱性能判斷過(guò)程中，首先應(yīng)該對(duì)粗骨料中的物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行全面分析，盡量選擇熱性能好的粗骨料，這樣才能夠避免裂縫的發(fā)展。在現(xiàn)代化工程建設(shè)過(guò)程中，施工人員一般都會(huì)在當(dāng)?shù)厝〔?，如果選取的是天然骨料，那么技術(shù)人員必須要根據(jù)相關(guān)要求對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，等達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后才能投入使用。

2.2混凝土澆筑時(shí)間

混凝土的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而混凝土卻是不良導(dǎo)熱體，混凝土內(nèi)部的熱量很難散發(fā)出去。如在高溫季節(jié)施工，外部的環(huán)境溫度很高，不利于混凝土的散熱。所以，混凝土的施工應(yīng)避開(kāi)夏季高溫時(shí)段，尤其是夏季中午時(shí)段，可以選擇溫度低的夜間進(jìn)行施工，同時(shí)注意混凝土的養(yǎng)護(hù)。

在低溫季節(jié)施工時(shí)，水泥的水化作用會(huì)減緩，相應(yīng)的混凝土凝固時(shí)間會(huì)增加，低溫澆筑的混凝土容易凍結(jié)而使混凝土強(qiáng)度減小，但這與養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)。因此，避開(kāi)在嚴(yán)寒季節(jié)施工，可以避免混凝土受凍后強(qiáng)度降低，減少裂縫的產(chǎn)生。

2.3溫度控制

首先要降低混凝土的入倉(cāng)溫度，將現(xiàn)場(chǎng)新拌混凝土的溫度限制在6℃左右，在高溫期拌合時(shí)可以加入冰片代替一部分水進(jìn)行混凝土冷卻，澆筑時(shí)盡量在春季或者秋季，避免在夏季午間高溫時(shí)和冬季澆筑。對(duì)運(yùn)送混凝土的工具或澆筑倉(cāng)面采取遮陽(yáng)或降溫措施，必要時(shí)在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，降低混凝土溫度。

2.4改善攪拌工藝

現(xiàn)常采用泵送混凝土，由于泵送混凝土要求流動(dòng)性大，其水泥用量大、水灰比大，出骨料粒徑小，水化熱溫升高易產(chǎn)生溫度收縮裂縫，因此在澆筑閘墩混凝土?xí)r為了防裂不宜采用泵送混凝土?？紤]到泵送混凝土施工效率高，可以用于受約束較小的閘墩上部，而底部采用常態(tài)混凝土，為了使混凝土更好地散熱，可分層澆筑混凝土，分層的高度為（1.0～1.5）m，上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完，最底一層混凝土可與底板同時(shí)澆筑，這樣就可以削弱或消除底板對(duì)閘墩混凝土的約束。

二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過(guò)渡層結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)力增大，從而提高混凝土強(qiáng)度10%或節(jié)約水泥5%，并進(jìn)一步減少水化熱和裂縫。改善混凝土的攪拌加工