【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(zāi)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(yùn)行帶來安全隱患。本文結(jié)合工程實例，介紹了水閘的設(shè)計要求及施工情況，對水閘閘墩混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出一些有效的防治措施。供類似工程參考。

【關(guān)鍵詞】水閘閘墩；裂縫；混凝土配合比；防治措施

隨著水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，水閘工程數(shù)量日益增加。水閘是常見的水工建筑物，擔(dān)負(fù)著農(nóng)田灌溉、防洪等主要任務(wù)，主要應(yīng)用于水庫的水位控制及水量調(diào)節(jié)當(dāng)中。水閘閘墩主要為大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑而成，在澆筑完成后，閘墩部位易出現(xiàn)裂縫的問題，不僅影響建筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，而且無法保證水工建筑物的正常使用。裂縫問題長期以來困擾著水利工程界，一直未能得到很好地解決。因此，本文通過對產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并提出了防治措施，對做好水閘閘墩混凝土裂縫的防治工作，確保水利工程的正常運(yùn)行都有重要意義。

1.工程概況

某水閘工程，閘底板厚1.12m，邊墩厚1.03m，中墩厚1.23m，墩高7.6m，為一典型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)。工程進(jìn)入閘體混凝土澆筑階段，根據(jù)施工單位記錄，在拆模后的一個星期左右，即發(fā)現(xiàn)了閘墩上出現(xiàn)裂縫，主要為表面裂縫，部分裂縫深度較大，裂縫逐步發(fā)展成兩段小，中間大的裂縫形態(tài)，縫寬為0.12～0.33mm，裂縫深度最大可達(dá)0.39m。

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(yīng)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(jī)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(yīng)等材料原因所導(dǎo)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(rèn)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(yīng)力超過混凝土極限拉應(yīng)力值所致。具體原因分析如下：

2.1 混凝土配合比

配合比設(shè)計時在滿足混凝土強(qiáng)度等技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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。

工程實踐表明，大體積混凝土中的粉煤灰摻加量不超過30%時，隨著粉煤灰摻量的增加會減少混凝土的收縮量，這是因為加入粉煤灰后減少了水泥用量，粉煤灰早期較少參與水化反應(yīng)，生成的水泥石硬化體結(jié)構(gòu)相對疏松，小孔含量降低，早期自收縮明顯減少；同時粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度較低，彈性模量較小，從而在混凝土收縮受約束時引發(fā)的彈性應(yīng)力較低且發(fā)展較慢，使混凝土有足夠的時間發(fā)揮其徐變性能，松弛彈性應(yīng)力。分析認(rèn)為，先期閘墩混凝土澆筑粉煤灰的摻量選用15%，顯然是偏少的，應(yīng)對粉煤灰的摻量進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾印?/p>

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(dá)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(yīng)力，拉應(yīng)力超過此時的混凝土允許拉應(yīng)力強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)構(gòu)件就會出現(xiàn)溫度裂縫�；炷�土的內(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(dǎo)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(hù)時的降溫速度不大于1.5℃/d，否則，如果不采取相應(yīng)的溫度控制措施，混凝土將可能出現(xiàn)溫度裂縫。

根據(jù)有限元計算閘墩溫度應(yīng)力的成果，提出閘墩中心軸斷面上的降溫拉應(yīng)力的估算公式如下：

σx=KαECΔT

式中：

σx—閘墩中心軸斷面上的降溫拉應(yīng)力，MPa；

α—閘墩混凝土的線膨脹系數(shù)，取1×10-5/℃；

EC—閘墩混凝土的彈性模量，MPa；

K—約束系數(shù)，與閘墩寬高比L/H和EC/Ef值有關(guān)，Ef為地基的彈性模量；

ΔT—計算時的降溫值，℃。

本工程中，約束系數(shù)K=0.19，施工初期的EC=1.6×104MPa，溫差ΔT=28℃，計算得：

σx=0.19×1×10-5×1.6×104×28=0.85MPa

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

如果閘墩混凝土的溫度應(yīng)力超過其允許拉應(yīng)力，單純的借助鋼筋防止裂縫是很困難的。類似工程實測資料表明，混凝土未開裂前，鋼筋應(yīng)力很小，只有在開裂以后鋼筋應(yīng)力才顯著增加，它只能發(fā)揮限制裂縫寬度的作用，溫度鋼筋在控制溫度裂縫的作用中，只能被動防御，因此只有考慮合適的結(jié)構(gòu)體形，施工時采取措施低溫澆筑，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，減少降溫幅度，降低混凝土的溫度應(yīng)力，才能有效地減少或避免裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.3 底板約束

混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力，只有在其受到約束的情況下，才會誘發(fā)拉伸應(yīng)力，當(dāng)超過其抗拉強(qiáng)度時產(chǎn)生裂縫。閘墩混凝土在溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力的共同作用下，閘墩混凝土發(fā)生變形，由于受到閘底板的約束，無法自由變形，導(dǎo)致在閘墩的最薄弱處的混凝土產(chǎn)生有規(guī)則的裂縫。在本工程中，底板對閘墩的約束作用是無法解除的，只有加強(qiáng)施工控制，盡量降低混凝土的溫度應(yīng)力，控制其產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力不超過混凝土的抗拉強(qiáng)度以避免裂縫的產(chǎn)生。

3.閘墩裂縫的預(yù)防和控制

從閘墩裂縫的原因分析，預(yù)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(hù)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(qiáng)度和和易性等進(jìn)行試驗，優(yōu)化后的配合比如表1。

表1 閘墩C25混凝土優(yōu)化的配合比成果

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(jī)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(jìn)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(yùn)輸汽車加裝防曬棚，避免陽光直射，減少運(yùn)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(jìn)行，以降低混凝土的內(nèi)部溫度�；炷�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(qiáng)養(yǎng)護(hù)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(jìn)行測量記錄，為養(yǎng)護(hù)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(hù)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(hù)時間可根據(jù)觀測的溫度進(jìn)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(yīng)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(qiáng)度及其他性能均滿足設(shè)計要求。

4.結(jié)語

綜上所述，閘墩混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是復(fù)雜的，涉及到工程方方面面，包括原材料的選取、混凝土配合比、外部環(huán)境條件及人為等因素。因此，我們應(yīng)當(dāng)正確認(rèn)識到混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的防治措施，及時消除安全隱患，避免混凝土裂縫的出現(xiàn)。這樣才能確保水閘工程的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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