水利工程混凝土裂縫的成因與防治措施

孟現(xiàn)敬

(濮陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 濮陽(yáng) 457000)

0 前言

水利工程是用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達(dá)到除害興利目的而修建的工程。水的自然存在的狀態(tài)并不完全符合人類的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪澇災(zāi)害，并進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)和分配，以滿足人民生活和生產(chǎn)對(duì)水資源的需要。水利工程需要修建壩、堤、溢洪道、水閘、進(jìn)水口、渠道、渡漕等不同類型的水工建筑物，以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

水利工程建筑物易產(chǎn)生裂縫，根據(jù)裂縫的深度、范圍的不同混凝土裂縫可分為表層裂縫、塑性裂縫和貫穿性裂縫。表層裂縫產(chǎn)生在混凝土表層，長(zhǎng)度一般不超過(guò)10cm，深度不超過(guò)3mm；貫穿性裂縫將混凝土構(gòu)件在任一方向貫穿，走向比較規(guī)則。在許多的水工建筑物中，如：渠道面板護(hù)砌、水閘、涵洞、渡槽、重力壩等，因混凝土施工技術(shù)問(wèn)題、本身熱脹冷縮、附加荷載等諸多因素，均有可能產(chǎn)生大量的表面裂縫和貫穿性裂縫，裂縫隨著時(shí)間的推移，會(huì)逐漸嚴(yán)重，從表面細(xì)微裂縫逐漸演變?yōu)樨灤┬粤芽p，不僅影響水利工程建筑物的外觀，隨著裂縫深度的加深會(huì)使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，嚴(yán)重影響到建筑物的結(jié)構(gòu)受力狀況，危及水工建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由此可見(jiàn)分析裂縫的成因.探討防治措施.對(duì)水利工程建筑物的應(yīng)用有著極其重要的意義。當(dāng)然，引起水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的。根據(jù)水利工程混凝土構(gòu)件的不同，產(chǎn)生裂縫的主要原因也存在著差異。本文根據(jù)混凝土構(gòu)件的體積及厚度將水利工程混凝土構(gòu)件分為二類，第一類是厚度較薄面積較大的渠道護(hù)砌混凝土面板類，如渠道護(hù)砌等；第二類是混凝土梁板、墩墻、基礎(chǔ)底板等混凝土構(gòu)件。針對(duì)這兩類水工建筑物混凝土構(gòu)件的裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并重點(diǎn)針對(duì)渠道護(hù)砌混凝土面板裂縫，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)及施工管理經(jīng)驗(yàn)提出在施工中進(jìn)行預(yù)防的措施，供參考。

1 渠道護(hù)砌面板類混凝土裂縫

為了能有效的利用水資源，減少水的滲漏損失，部分灌區(qū)對(duì)現(xiàn)有渠道進(jìn)行修整后進(jìn)行了混凝土防滲護(hù)砌，渠道護(hù)砌混凝土厚度較薄，一般不超過(guò)20cm，通常厚度在10cm左右，提高水的利用系數(shù)。但在施工和使用中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些混凝土面板產(chǎn)生裂縫，對(duì)渠道的使用和管理產(chǎn)生危害。表層裂縫在初期對(duì)工程強(qiáng)度和使用基本不產(chǎn)生影響，但如果不加以預(yù)防和處理在后期可能會(huì)持續(xù)發(fā)展，直至成為貫穿性裂縫，影響工程的質(zhì)量和運(yùn)用。

1.1 渠道護(hù)砌面板混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

渠道護(hù)砌面板混凝土產(chǎn)生裂縫的原因主要可分為兩種，一種是混凝土面板下部基礎(chǔ)的沉降變形引起的結(jié)構(gòu)性裂縫，一種是混凝土本身因?yàn)椴牧稀⑹┕ぜ夹g(shù)、溫度變化、自身收縮等引起的非結(jié)構(gòu)性裂縫。

1.1.1 渠道護(hù)砌混凝土面板下部基礎(chǔ)的沉降變形引起的結(jié)構(gòu)性裂縫

一般的渠道護(hù)砌工程是對(duì)現(xiàn)有的渠道經(jīng)過(guò)局部開(kāi)挖和回填，形成較規(guī)則的梯形斷面，然后進(jìn)行混凝土渠道護(hù)砌。因土方基礎(chǔ)沉降變形產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫的原因有以下3點(diǎn)：①個(gè)別渠坡以前為坑塘等，雖然已回填，但壓實(shí)度未達(dá)到要求，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，水的侵泡，土的密實(shí)度增加，基礎(chǔ)土方沉陷，造成混凝土面板出現(xiàn)裂縫；②局部回填土密實(shí)度不夠。渠道土方回填量一般都較小，對(duì)回填土方進(jìn)行夯實(shí)時(shí)無(wú)法使用大型機(jī)械，夯實(shí)度易發(fā)生達(dá)不到的現(xiàn)象；③堤頂車輛等荷載過(guò)大，造成過(guò)度碾壓，堤坡土方變形突出，混凝土面板護(hù)坡產(chǎn)生裂縫。以上幾種結(jié)構(gòu)型裂縫一般較大，貫穿性裂縫居多。

1.1.2 混凝土本身因?yàn)椴牧稀⑹┕ぜ夹g(shù)、溫度變化、自身收縮等引起的非結(jié)構(gòu)性裂縫

渠道護(hù)砌混凝土面板極為容易因施工技術(shù)工藝不足而產(chǎn)生裂縫，一般引起非結(jié)構(gòu)性裂縫的原因有以下6點(diǎn)：①混凝土振搗密實(shí)度不夠，混凝土在硬化過(guò)程中，集料的下沉，水分的揮發(fā)，極易產(chǎn)生表面裂縫；②渠道護(hù)砌面板澆筑時(shí)抹面壓光遍數(shù)不夠，尤其是在混凝土終凝前的抹面一定要做好；③冬季施工，土基礎(chǔ)為含水量較大的凍脹土，未進(jìn)行處理，直接澆筑混凝土面板，易產(chǎn)生裂縫；④混凝土自身的熱脹冷縮特性引起的裂縫；⑤夏季施工混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，混凝土中的水分快速揮發(fā)而造成的裂縫；⑥混凝土集料、水灰比不合理，易產(chǎn)生裂縫。

1.2 渠道護(hù)砌混凝土裂縫的預(yù)防及處理措施

針對(duì)上述原因造成的渠道護(hù)砌混凝土面板產(chǎn)生的裂縫，可通過(guò)混凝土自身的材料設(shè)計(jì)和施工方法上采取措施加以預(yù)防。

1.2.1 渠道護(hù)砌混凝土裂縫的預(yù)防措施

預(yù)防措施主要可以從兩個(gè)大的方面入手。一方面，優(yōu)化混凝土原材料和配比，提高混凝土自身的抗裂能力。主要方法有：①盡量選用低熱的礦渣水泥或粉煤灰水泥，這種混凝土的初期抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)快，具有很好的抗裂性能；②可摻加一定量的粉煤灰以減少水泥用量，控制水灰比在0.6以下；③選用膨脹系數(shù)小的骨料配置混凝土，改善骨料級(jí)配；④可添加優(yōu)質(zhì)的減水劑或引氣劑，在滿足混凝土施工坍落度的前提下，降低用水量，減少混凝土的干縮量，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

另一方面，加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格施工管理程序，優(yōu)化施工方案。主要方法有：①嚴(yán)格按照配比單加工混凝土；②減少混凝土中間運(yùn)輸距離和運(yùn)輸時(shí)間，保證合格混凝土料入倉(cāng)；③保證混凝土振搗密室，不得漏振和過(guò)振；④保證抹面壓光的次數(shù)和質(zhì)量；⑤嚴(yán)格控制基礎(chǔ)土方的壓實(shí)度；⑥合理布置混凝土伸縮縫；⑦加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤(rùn)的草墊、麻片等覆蓋，并灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在寒冷季節(jié)，混凝土表面必須采取保溫措施，以防凍傷，降低混凝土強(qiáng)度。

1.2.2 渠道護(hù)砌混凝土面板裂縫的處理措施

表面細(xì)微裂縫一般不需處理，或者處理措施不經(jīng)濟(jì)。處理前應(yīng)分析原因，針對(duì)不同情況采取不同的處理措施。①因基礎(chǔ)性問(wèn)題引起的裂縫，首先必須對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理，采用含水量適中的土重新進(jìn)行回填夯實(shí)后，方可重新澆筑混凝土面板；②局部混凝土裂縫分布比較集中，可整齊切割后，重新進(jìn)行澆筑；③非基礎(chǔ)原因造成的裂縫且不集中，可沿裂縫方向鑿除寬20-30cm的帶狀溝槽，補(bǔ)澆混凝土，摻加適量的膨脹水泥，防止新舊混凝土結(jié)合處產(chǎn)生新的裂縫，為保持混凝土外觀顏色基本一致，應(yīng)采用原混凝土使用水泥品種。

2 水利工程建筑物混凝土構(gòu)件的裂縫

一些水利工程建筑物如水閘、渡槽、涵洞、壩、橋梁等，在特定的條件下，也會(huì)產(chǎn)生裂縫。形成裂縫的原因主要有：

2.1 荷載作用引起的裂縫

一種是荷載直接作用在混凝土構(gòu)件上，因超過(guò)設(shè)計(jì)值的荷載作用下極易引起變形裂縫，裂縫總是出現(xiàn)在構(gòu)件抗拉能力最薄弱處，且基本與抗拉主應(yīng)力方向垂直。

另一種是在建筑物本身自重和上部荷載的作用下，基礎(chǔ)產(chǎn)生不受允許的沉降而引起的裂縫。

這兩種情況引起的裂縫，情況一般較為復(fù)雜，后期處理難度大，費(fèi)用高，最好的方法是做好前期工作，提前預(yù)防。做好前期地質(zhì)勘查工作，充分了解現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，充分考慮荷載作用。構(gòu)件進(jìn)行合理的配筋，選用混凝上粘結(jié)較好的變形鋼筋，控制鋼筋的應(yīng)力不過(guò)高，鋼筋的直徑不過(guò)粗，增加鋼筋數(shù)量，降低鋼筋直徑。并使鋼筋在混凝土中分布比較均勻。這樣就能較好地控制正常使用條件下裂縫寬度，不致過(guò)寬。根據(jù)地基條件及建筑物功能及形式，采用合理的上部結(jié)構(gòu)形式，減少自重，并合理的設(shè)置沉降縫。

2.2 鋼筋銹蝕引起的裂縫

在水利工程中因鋼筋銹蝕引起混凝土構(gòu)件裂縫的現(xiàn)象比較常見(jiàn)。水利工程建筑物的混凝土表面大多直接暴露在室外，且相當(dāng)一部分混凝土處于有水的環(huán)境，在充分接觸空氣，干濕環(huán)境頻繁交替的環(huán)境下，混凝土保護(hù)層碳化速度較快，當(dāng)混凝土保護(hù)層的碳化深度靠近鋼筋時(shí)，鋼筋易產(chǎn)生銹蝕。鋼筋的生銹過(guò)程實(shí)際上是電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，這種效應(yīng)可在鋼筋周圍的混凝土中產(chǎn)生脹拉應(yīng)力，如果混凝土的保護(hù)層比較薄不適宜抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，或者混凝土的保護(hù)層被破壞，就會(huì)沿著鋼筋形成一條順筋裂縫。順筋裂縫一旦產(chǎn)生，又進(jìn)一步促進(jìn)鋼筋銹蝕程度的增加，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，甚至鋼筋銹斷。這種順筋裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響最大。

預(yù)防鋼筋銹蝕引起的混凝土構(gòu)件裂縫，①提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性，在混凝土拌制時(shí)添加適量的減水劑和引氣劑，降低水灰比，減少水的用量；②可在混凝土表面增加防水涂層；③施工時(shí)保護(hù)好鋼筋表面的涂層；④適當(dāng)加大保護(hù)層的厚度。

3 結(jié)語(yǔ)

水利工程建筑物直接暴露在室外，環(huán)境條件惡劣，混凝土裂縫是一種普遍存在的現(xiàn)象。裂縫的存在直接影響著水利工程建筑物的使用功能和使用壽命，采用有效的措施對(duì)裂縫的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行預(yù)防和處理，以保證水利工程的安全。

[1]水利工程混凝土建筑物修補(bǔ)技術(shù)及應(yīng)用[M].中國(guó)水利水電出版社.