水工中結構裂縫成因及處理

摘要：水工結構與其相應河流的水利工程是一個系統的綜合題，水工結構工作條件復雜，施工技術難度大（受水文、氣象、地質、地形等復雜條件的影響）。大型水工結構不僅對社會、經濟有很大影響，對自然環境、生態環境也會產生很大的影響。水工結構裂縫是一個普通存在而又難于解決的問題，對結構中常見的裂縫問題及其危害進行了討論分析，并提出預防以及處理措施。

關鍵詞：水利工程；結構裂縫；成因；處理

水工結構裂縫的存在和發展會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕、影響結構的整體性和建筑物安全。近代科學研究和大量時間證明，水工結構裂縫問題是難以完全避免的，但在一定的范圍內事可以接受的。鋼筋混凝土規范也明確規定：有些結構所在處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫，但在施工中應該采取有效措施控制裂縫的數量的產生，使結構盡可能不出現裂縫或盡量減少裂縫的數量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現，從而保證工程質量。

裂縫產生的原因有很多種，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外荷載作用引起的裂縫；有養護環境不當和化學作用一起的裂縫等多種原因。本文將從水工混凝土結構方面詮釋裂縫的形成原因及處理措施。

一、裂縫形成的原因

（一）裂縫的成因

1、溫控不當引起的裂縫。溫控措施對裂縫的產生影響非常大。溫控措施一般包括：采用低熱水泥、控制澆筑溫度、采用水管冷卻、合理組織施工、改善結構分縫以及加強早起養護與表面保護等。在澆筑過程中若采用高水化熱的水泥或者澆筑溫度過高、施工進度。施工間歇時間控制不當。壩體分縫不合理、早起養護和表面保護不及時，均易產生溫度裂縫。另外，用于常態的混凝土壩，其實際庫水溫度一般比設計溫度低，在運行過程中，壩體受拉應作用，易產生裂縫；而對于碾壓混凝土壩，其水化熱散發較慢，一般要經過5-10年時間，受水化熱和外界溫降作用，易產生裂縫。

2、基巖的約束裂縫。混凝土入倉溫度及其水化熱溫度的作用下，內部溫度很大，當混凝土因外界溫降引起的收縮變形收到基巖的約束時，將會在混凝土內部出現很大的拉應力而產生約束裂縫，這種裂縫一般較深，將破壞結構的整體性，受混凝土的收縮程度。溫差大小、溫度變化速度、地基對結構的約束作用等因素影響。

3、基巖高差引起的裂縫。澆筑在高地相差較大的基巖面上的大體積水工混凝土結構易發生這種裂縫，主要是由于在混凝土澆筑后，內部溫度較高，在外界溫度降低過程中，混凝土結構受基巖約束作用，在基巖表面突變出產生應力集中而開裂。

4、寒潮引起的混凝土裂縫。在混凝土澆筑初期，水泥釋放大量的水熱化，若突遇寒潮，使混凝土表面溫度驟降而產生很大的溫降收縮，收到內部混凝土的約束，則產生很大的拉應力致使混凝土表面開裂，該種裂縫一般為表面淺層裂縫，一般發生在新澆筑的混凝土還未產生抗拉強度之前，由于溫差而承受較高的內應力或約束應力；該裂縫的形成與澆筑塊的尺寸及長寬比例有關，對于大體積的水工混凝土結構也是很危險的。

（二）施工

1、混凝土所處環境的濕度?；炷辆哂袧駶q干縮的特性。由于環境濕度小于混凝土溫度而引起的混凝土干縮裂縫是非常常見的。這種干縮裂縫產生的原因是由于混凝土中的水由表及里向環境中失散，當混凝土內部水遷移速率小于表面失水速率，則在混凝土表面長生毛細管收縮應力，當這種力的作用超過了混凝土的抗拉強度時混凝土就出現裂縫。這種裂縫對混凝土的使用性能有比較大的影響。

2、混凝土的養護?；炷恋酿B護也是十分重要的，養護時間過短，很容易產生收縮裂縫。夏季在混凝土澆筑的初期一定要注意混凝土的表面養護?；炷脸跄俺霈F泌水喝水份急劇蒸發，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產生不均勻的收縮變形，其收縮量可達1%左右。在混凝土表面上，特別在抹壓不及時和養護不良的部位出現龜裂，寬度達1-2mm。有些露天結構建筑物盡管當地濕度很大，但是由于風力影響，加速了混凝土水分的蒸發速度，亦即增加干縮速度，容易引起早起表面裂縫。

上述產生裂縫原因的分析可得知，混凝土開裂的原因有些作用較清楚，且理論依據比較成熟，同時也得到了工程實踐的證明。但有些混凝土裂縫產生的原因或諸多相互關聯的因素及機理還有待進一步的完善。

3、材料

1）混凝土的密實度?；炷恋拿軐嵍葘τ谄淇沽芽p性影響十分的顯著。混凝土密實度低，易受其周圍有害介質的侵蝕，在混凝土內產生體積膨脹的產物，從而使混凝土開裂。

混凝土的密實性的一個重要體現是其影響混凝土的滲透性及抗侵蝕性，即外界侵蝕性物質侵入混凝土內部的速度。如果混凝土的密實性很差，那么外界侵蝕性物質侵入的速度很快，從而使混凝土迅速劣化，導致混凝土的強度等學性能的降低，在承受能力作用時很容易開裂。

2）混凝土所處環境中有害介質的濃度。由于壞境中侵蝕介質的作用而使混凝土產生裂縫的主要原因是，混凝土中形成了膨脹性的產物，導致混凝土開裂，這樣的侵蝕介質包括硫酸鹽和某些鹽類。

二、裂縫處理措施

（一）表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及伸進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿，環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同事為了防止混泥土受各種作用的影響繼續開裂，通?？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

（二）灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到豐都加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙然酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法師裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

三、結論

水工混凝土結構多處于惡劣的環境中，受泥沙、水流、物理、化學、氣溫等影響因素頗多，裂縫的影響尤為顯著，因此要對水工混凝土結構裂縫進行認真分析、研究，根據裂縫的不同情況，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證水工結構安全、穩定地運行。

參考文獻：

[1]《土木工程概論》 第7章水工結構工程。

[2]鄭永杰 辛寶美 蔣殿順 水工混凝土結構裂縫成因預防和處理的一般方法

[3]王洪波 荷載對水工混凝土結構裂縫成因的影響研究