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，給水閘的運行帶來了安全隱患。本文主要針對水閘閘墩裂縫的原因及防治展開了分析，對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題，一直未能得到很好地解決，這給水閘的運行帶來不少安全隱患。因此，為了保障水閘的質(zhì)量，我們必須要對水閘閘墩裂縫的原因進行深入分析，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部分構(gòu)成，屬于混凝土結(jié)構(gòu)，在水閘閘墩的底部會受到底板的限制，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，在水閘工程施工過程中，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，其熱能會在1～3天之內(nèi)排放完。當混凝土達到最高溫度之后，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)就會產(chǎn)生較大的溫差，最終產(chǎn)生一種較大的溫度應(yīng)力，當溫度應(yīng)力超過了混凝土的抗壓能力，那么就會形成裂縫。一般情況下，在水閘閘墩施工過程中，混凝土裂縫的原因可以分為以下兩種。

1.1人為因素

（1）混凝土配合比不當產(chǎn)生的裂縫。混凝土配合比設(shè)計不當將直接影響混凝土的抗拉強度，是造成閘墩混凝土開裂的重要原因，配合比的不當是指水泥用量過大、水灰比大、含砂率不適當、骨料種類不佳。

（2）閘墩混凝土養(yǎng)護條件不到位產(chǎn)生的裂縫。混凝土養(yǎng)護是使混凝土正常硬化的重要措施，養(yǎng)護條件的好壞對裂縫的出現(xiàn)有著關(guān)鍵的影響。

（3）施工方法不規(guī)范會導(dǎo)致閘墩產(chǎn)生裂縫。混凝土澆筑施工中振搗不均勻或是漏振、過振等情況會造成混凝土離析、密實度差、降低結(jié)構(gòu)的整體強度，混凝土內(nèi)部氣泡不能完全排除時，鋼筋表面的氣泡則會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)熱能力相對較差，因此在混凝土澆筑完成之后，其內(nèi)部與外部就會產(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)則會形成較大的拉力。在混凝土工程施工過程中，其溫度變化可以分為兩個階段：首先，混凝土澆筑完成之后，由于水泥會發(fā)生水熱化作用，產(chǎn)生大量的熱量，這就會提高混凝土的溫度，并且不會瞬間釋放，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1～2天的積累，混凝土內(nèi)部的溫度就會上升到一個最高值，此時內(nèi)部與外部的溫差也就越來越大。在對水閘閘墩施工之后，混凝土就會一直處于收縮狀態(tài)，導(dǎo)致水閘閘墩表面形成一個較大的拉應(yīng)力，當其拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度，那么混凝土就會形成裂縫；當混凝土內(nèi)部溫度達到最高值之后就會慢慢散發(fā)熱量，此時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)則是自由運動的。在混凝土施工過程中，由于進行不連續(xù)施工，閘墩在建設(shè)過程中已被混凝土固結(jié)在底板上。此時閘墩可以縱向自由活動，順著閘墩的厚度方向，其厚度相對比較小，受到的約束力也相對較小，而順著水流方向，其受到的約束力也就相對比較大。當混凝土施工完畢之后，水閘閘墩受到了整個地板的約束力。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程中也就會受到底板的約束，導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強度，混凝土也就會出現(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。在實際工作中，混凝土的收縮情況主要有：①當混凝土施工完畢處于初凝階段時，水泥會不斷硬化，混凝土內(nèi)部的水分也就慢慢蒸發(fā)，此時混凝土的整體體積也就會逐漸縮小，這種狀態(tài)也就是干縮狀態(tài)。一般來說，干縮裂縫只會出現(xiàn)在混凝土的表面，裂縫比較細長，如果技術(shù)人員不及時對其處理，那么這種裂縫會不斷發(fā)展，不利于工程的正常運行，存在較大的安全隱患。②當混凝土施工完畢之后，水泥會發(fā)生水熱化作用，水熱化作用需要大量的水分，此時混凝土就會因為干燥而縮小體積，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，自身收縮也就會不斷增大。

（4）自生體積變形。混凝土即使沒有水分蒸發(fā)，其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會產(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。一般來說，水泥的礦物質(zhì)會使水熱化作用變輕，最終影響到混凝土的溫升條件。因此我們在選擇水泥的過程中，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)過程中，對混凝土中各個成分的質(zhì)量有非常高的要求，其中石子對整個混凝土的熱性能產(chǎn)生非常大的影響，砂子占第二位。因此我們在對混凝土熱性能判斷過程中，首先應(yīng)該對粗骨料中的物質(zhì)性質(zhì)進行全面分析，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)過程中，施工人員一般都會在當?shù)厝〔牛绻x取的是天然骨料，那么技術(shù)人員必須要根據(jù)相關(guān)要求對其進行試驗，等達到設(shè)計要求之后才能投入使用。

2.2混凝土澆筑時間

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)避開夏季高溫時段，尤其是夏季中午時段，可以選擇溫度低的夜間進行施工，同時注意混凝土的養(yǎng)護。

在低溫季節(jié)施工時，水泥的水化作用會減緩，相應(yīng)的混凝土凝固時間會增加，低溫澆筑的混凝土容易凍結(jié)而使混凝土強度減小，但這與養(yǎng)護時間有關(guān)。因此，避開在嚴寒季節(jié)施工，可以避免混凝土受凍后強度降低，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溫度，將現(xiàn)場新拌混凝土的溫度限制在6℃左右，在高溫期拌合時可以加入冰片代替一部分水進行混凝土冷卻，澆筑時盡量在春季或者秋季，避免在夏季午間高溫時和冬季澆筑。對運送混凝土的工具或澆筑倉面采取遮陽或降溫措施，必要時在混凝土內(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。考慮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澆筑，這樣就可以削弱或消除底板對閘墩混凝土的約束。

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，使硬化后界面過渡層結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)力增大，從而提高混凝土強度10%或節(jié)約水泥5%，并進一步減少水化熱和裂縫。改善混凝土的攪拌加工