解析水庫大壩水工混凝土裂縫病害及防治技術

楊謙

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司湖北宜昌443002）

解析水庫大壩水工混凝土裂縫病害及防治技術

楊謙

（中國葛洲壩集團第一工程有限公司湖北宜昌443002）

我國絕大多數的大壩都是混凝土大壩，這就不可避免的出現水工混凝土大壩裂縫病害的困擾。本文分析了裂縫的成因以及預防和補救措施，給我國水庫大壩水工混凝土裂縫病害防治提出了新思路。

水庫大壩；混凝土；裂縫病害

1 引言

水工混凝土大壩體積龐大，結構設計和施工工藝都較復雜。設計和施工稍有不慎，就會對水庫大壩的安全穩定產生影響。在眾多影響因素中，在實際工程中壩體的開裂是一個比較普遍的現象，而裂縫的存在會影響壩體的耐久性和強度，對結構產生有害的影響，部分甚至導致嚴重滲漏，致使工程難以正常的使用，影響經濟效益和工程壽命的發揮。鑒于上述情況，徹底理解產生混凝土大壩裂縫的成因，并在設計和施工中采取適當措施，有效預防和防止混凝土大壩裂縫顯得尤為重要。

2 裂縫的危害

混凝土固有的特性注定了它是一種“脆性有余，韌性不足”的建筑型材料，易于在外界的因素影響之下開裂。水工混凝土的結構，非常普遍的現象之一就是開裂，裂縫的出現和延續不但會影響水工建筑物的質量外觀，更加會影響到其使用功能和承受能力，同時易于造成混凝土碳化、鋼筋銹蝕等一系列的混凝土的耐久性問題，對水工建筑物使用壽命危害嚴重。裂縫形成的原因復雜，影響因素很多，有著巨大的危害性。裂縫的出現嚴重的影響了混凝土結構的安全性和耐久性，人民生命財產安全受到極大威脅。裂縫的種類很多，危害性各不相同，表面的裂縫降低混凝土結構的外觀質量，易于導致應力的集中，有著發展為貫穿裂縫或深層裂縫的潛在性。貫穿裂縫或深層裂縫的危害性非常大，不但會破壞水工混凝土的結構整體性，降低混凝土結構功能的發揮，更會加速混凝土碳化、加速鋼筋的銹蝕、降低混凝土抗滲和抗疲勞性能，極大地降低水工混凝土結構使用的壽命。

3 水庫大壩水工混凝土的裂縫類型以及成因分析

3.1 由施工或設計原因導致的裂縫

混凝土的配合比設計不但會對混凝土的抗拉強度造成直接的響影，而且還是導致混凝土開裂重要的原因。養護混凝土是正常混凝土硬化的重要步驟，裂縫的出現與養護條件的好壞直接相關。在混凝土的澆筑施工中，振搗的不均勻，或是過振漏等都會造成混凝土密實度差、離析，減小結構整體的強度。

3.2 水工混凝土變形引起的裂縫

隨著環境溫度的變化，混凝土在無任何約束的情況下體積可以自由的縮脹，但是當體積的縮脹受到外力的限制時，溫度應力會在混凝土的內部產生，當應力達到極限值時的時候，就會導致裂縫。混凝土隨濕度和溫度的變化要產生濕脹干縮、熱脹冷縮的現象，當變形收縮受到約束的時候，構件將產生拉應變和應力，當混凝土容許值小于拉應變值超時就會產生裂縫。鋼筋混凝土構成的大壩體積非常大，不過混凝土與水的比熱值存在較大差距，當空氣的濕度和溫度發生改變時，收縮裂縫極易在混凝土壩體上產生，部分壩體混凝土在施工時的澆筑過程剛剛結束就會產生裂縫。除此之外，混凝土大壩的結構內部體積和截面龐大，此外水泥在自身水化的過程中生成了大量的熱量，這些熱量聚集在混凝土結構內部難以散去，但是表面熱量散失的很快，導致混凝土結構內部與外部形成了一個溫度梯度，致使膨脹變形不一致，在混凝土的內部結構產生了壓應力、外部結構產生了拉應力，壓應力和拉應力共同作用產生裂縫。

3.3 外部荷載所導致的水工混凝土裂縫

不同性質的荷載作用在水工混凝土也會出現不同種類的裂縫。構件在集中荷載或均布荷載的作用下產生了內力彎矩，混凝土的抗拉強度抵不過拉應力時，就會出現垂直于構件縱軸的裂縫。鋼筋混凝土結構的構件是靠著鋼筋來抑制裂縫的出現，讓其小于裂縫寬度的最大范圍，當由于混凝土材料性能不達標、存在配筋設計方案欠妥，或者是施工荷載過大、施工過程出現了地基沉陷等的因素，從而引起壩體結構受力產生裂縫。

3.4 堿集料混凝土反應裂縫

堿集料混凝土反應裂縫的意義是骨料中的活性二氧化硅與水泥中的堿發生了化學反應，反應生成物體積發生膨脹所導致的裂縫。因此在選取骨料中堿性的物質含量超一定程度，此類裂縫極易在混凝土產生。

3.5 混凝土銹蝕鋼筋裂縫

鋼筋表層受到腐蝕以后生成了鐵銹，可增加幾倍的體積，外側混凝土受到擠壓產生了垂直于徑向的拉應力。在混凝土的承載能力經受不住拉應力后就會在混凝土保護層上導致沿順鋼筋縱向的裂縫，且裂縫還會繼續的擴大。

4 對裂縫病害的預防修補

混凝土裂縫因形成原因不同，其預防措施也不盡相同。經過工程實踐摸索，混凝土結構裂縫可從多方面采用措施加以預防。

4.1 裂縫病害的預防

（1）結構設計方面：充分考慮環境因素和邊界條件，優化結構設計；結構形式要合理選擇；合理分塊、分縫；設計合理的鋼筋保護層，控制好厚度；如果滿足結構的穩定，盡量選擇強度低的混凝土。

（2）材料方面：混凝土配合優化，水膠比要得到有效控制；選擇水化熱相比較低的低熱或中熱水泥；降低水泥的用量，限制混凝土入模的溫度；采用優質的原材料，盡量用低堿的水泥；可以適當的摻用優質纖維、粉煤灰、膨脹劑等的材料，混凝土自身抗裂性能得到了提升。

（3）施工方面：規范施工行為，優化施工程序和施工工藝；確保其壓實度合格，夯實地基基礎；嚴格控制好混凝土拌合過程和原材料計量，提升混凝土抗滲性和密實度；盡量避免集中卸料，盡量保證混凝土的均勻性；改進或加強混凝土的養護制度，養護時間適當延長；混凝土原材料要經過預處理，混凝土入模溫度要降低；結合面處理質量要嚴格控制，避免起層破壞，確保混凝土的粘結牢固。

4.2 裂縫病害的修補

水工建筑普遍存在現象之一就是裂縫。整治裂縫病害，其內容主要包括：裂縫的檢測、調查、裂縫修補、裂縫成因分析與加固補強的判斷、裂縫的修補工藝及修補方法等。目前能夠選擇超聲波檢測混凝土裂縫深度（對、斜測法）、超聲波檢測混凝土裂縫深度（平測法）。裂縫通常分為增長縫、活縫和死縫。不同類別的裂縫應該采取不同修補的方法，對于活縫應該應用彈性材料修補；對死縫則可以用剛性的材料填充修補；一般來說在引起活動的因素消除后才能對活性裂縫進行修補選；對于增長縫，首先一定要解決引起裂縫的問題，不然的話修補裂縫于事無補。環氧樹脂類高分子材料是裂縫修補廣泛采用的材料，它是靠將樹脂漿液注入到裂縫之內。當裂縫寬度較小而環氧漿液粘度大的時候，這種修補方法就無法滿足需求。當前可以選擇混凝土裂縫注漿新技術——“壁可”注漿技術。這種技術是自動通過像膠管的彈性收縮壓力來完成注漿，均勻緩慢的灌漿壓力會把縫隙中的空氣壓入混凝土的各個毛細管當中，并在混凝土自然呼吸的過程當中自然排出，氣阻現象得到了有效地避免，保證了灌漿質量。

剝蝕破壞，同樣要先進行危害性分析和診斷，隨后定制出修補決策并采取補救的措施。通過嚴格運行管理、精心施工和合理設計能夠避免空蝕破壞的產生。不過，沖磨破壞是難以完全避免的，一般通過高抗沖磨材料襯砌可以達到延緩磨蝕速度的目的，通過恢復鋼筋周圍堿性的環境、限制混凝土中水分的含量以及外加電流陰極保護技術做好鋼筋銹蝕的修補。目前一般的剝蝕處理方法是將已剝蝕的混凝土全部鑿除，回填具有高抗空蝕性、高抗沖磨、抗凍性能的優質材料進行處理。

5 結語

本文對水庫大壩水工混凝土裂縫病害的危害、原因等進行了分析，隨后給出了預防措施和多種補救措施。對于水工混凝土大壩，提早防治可以很大程度上降低裂縫的可能性，一旦出現裂縫，也有多種補救預案準備，可以使裂縫造成的危害降到最低。

[1]范思毅.淺談水庫大壩水工混凝土裂縫病害及防治技術措施[J].珠江水運，2015（22）：76～77.

[2]熊恩勝.水工混凝土裂縫分析及控制措施[J].建材發展導向，2014，12（11）：16～17.

[3]李娥.水工混凝土建筑物裂縫的處理[J].吉林農業，2015（2）：44～46.

TV698.23

A

1004-7344（2016）28-0177-02

2016-9-12

楊謙（1985-），男，工程師，大學本科，主要從事水利工程技術管理工作。