泄洪水閘閘墩裂縫原因與建議

【摘要】本文針對泄洪水閘閘墩裂縫的成因進行分析，研究由于閘墩墩體的內外溫差導致的混凝土干縮，自生體積變形和外部導致的等等原因，同時造成這一系列原因的都有一定的影響因素，針對這些原因和影響因素，本文將從水閘閘墩的材料、溫度控制和施工方法等方面采取相應措施，為防止水閘閘墩裂縫提出建議。

【關鍵詞】水閘閘墩；原因；建議

引言

水閘在我國是平原地區常見的水工建筑物，但水閘閘墩經常會出現裂縫的現象，這個問題一直困擾著我國工程部門，一直沒能找到更好的辦法解決閘墩裂縫的問題。閘墩出現裂縫將會給水閘工程帶來許多不便，同時也會給生產生活帶來不同程度的危害，近年來，閘墩裂縫的問題也受到了許多專業人士的關注。本文就針對這一現象產生的原因以及對其的防止措施提出相應的建議。

1.目前我國水閘閘墩裂縫問題的現狀

一般來說，水閘是由底板和閘墩兩個部分組成的，它的構造類似于T字形水工混凝土的構造，水閘閘墩的上部可以自由伸縮，水閘的下部受到水閘底板的束縛處于固定狀態。根據調查發現，許多工程的水閘閘墩出現裂縫，他們之間有許多共同特征，比如裂縫部位是墩墻中部，一般來看裂縫部位大多高出墩高的一半。

據調查，很多已經建成和正在建設過程中的水閘工程中，閘墩裂縫的現象普遍存在。比如，在遼寧沈陽的水庫中發現，16孔泄洪閘閘墩混凝土上有很明顯的裂縫共40多條。在湖南衡陽水電廠溢流壩泄洪閘，據調查也同樣發現，有20多個閘墩都出現了大小不一的裂縫共計352條。從這些案例可以看出，閘墩裂縫現象的普遍性和嚴重性，閘墩裂縫的成因和防止出現此類現象的解決方法需要我們深入研究調查。

2.水閘閘墩裂縫的形成原因分析

2.1 材料的選擇和調配

在水閘工程的實施過程中，如果實際應用的混凝土強度值和設計的強度值兩者相差大的話，就會造成混凝土的水熱化嚴重，因此混凝土的內部溫度就會逐漸升高，它的硬化初期會加大溫度的適應力，特別是在冬季施工的水閘工程，在冬季受到氣溫等因素的影響，混凝土工程在澆筑的過程中會產生更多的水熱化。即使混凝土對于溫度的保持有良好的效果，但是也會由于使用不當產生許多新問題，比如水泥的用量或者水泥的號選擇不當，調配不合理就會使閘墩裂縫的概率增大。除此之外，在進行較大尺寸混凝土結構工程時，對于膠骨的調配比率一定要把握好，把調配的比率控制在1：3的范圍內，同時要適當的減少水泥的用量，這樣可以嘉安少由于水熱化所引起的裂縫問題的產生。

2.2 混凝土干縮

混凝土中的水分流失有三個走向，分別是一部分水用來滿足水泥水化的需要，一部分泌出混凝土表面，剩下的則是在澆筑振搗的過程中被蒸發掉。這些水分的流失對于混凝土干縮有著很重要的影響，在水泥凝結和硬化的過程中水分逐漸消失，最終會導致混凝土的體積變小甚至變形，這種現象被定義成為混凝土的干縮現象。因為混凝土的水分蒸發導致濕量分布不均，所以水閘容易出現閘墩裂縫的現象。

2.3 施工過程

在混凝土的施工過程中，由于施工的不規范導致水閘閘墩出現裂縫的現象很多，比如在施工的過程中振搗不均勻，漏振或者過振等等，這些都會造成混凝土密度不實的想象出現，從而就會降低墩體整體的結構強度，混凝土的內部氣泡排除不盡也會對墩體受到影響。因此施工過程中的細節都會導致水閘閘墩裂縫的出現。

2.4 閘體的內外溫差

水閘的閘墩需要的混凝土體積較大，熱傳遞在這個過程中很容易滯留在體內，如果處理不當就會導致閘體的內外溫差差距大，內部溫度高于外部溫度的想象。在散熱的時候，由于內部溫度受散熱條件的影響，導致它的內部熱度很難散發出來，該部位的混凝土在升溫和降溫的時候都呈梯田式的狀態分布，所以在變形的過程中就會不一樣。混凝土不論是它的內部或是外部的膨脹都會受到來自相反方向的其他因素制約和影響，也由此導致混凝土會受到外部的拉應力，這種力一旦達到自身都無法承受的極限值的時候，就會產生裂縫，隨著時間的延長，裂縫也會越來越深。

2.5 混凝土體積變形

上文提到混凝土的水分蒸發會導致混凝土變形，實際上，除了水分蒸發的因素外，混凝土在澆筑后都會有其自身的化學變化，從而出現反應程度不同的自身體積變化。一般來說，混凝土的變形多為收縮性，這是由于水泥在水化的過程中干燥導致水分減少，混凝土的濕度降低體積收縮。然而最終導致混凝土體積減小的原因是它的構成磁療和構成的水灰比例造成的。當水灰比例大于0.5時，混凝土出現的自生收縮作用可以被忽略不計，當水灰比例小于0.35的時候，它的自生收縮反應和干縮的作用差不多，這個時候就需要將它的體積變形作用列入考慮的范圍內。

3.預防閘墩裂縫的建議

3.1 混凝土材料

3.1.1 水泥材料的選擇

水泥的材料、種類、包括水泥的混合材料的品種還有在澆筑水泥時的溫度等等因素，都會對混凝土的絕熱溫產生影響。比如，水泥的種類會由于礦物成分產生的水熱化因素影響水泥絕熱溫。根據實際研究分析，越細的水泥發熱速率越快，但水泥的細度和它的具體發熱量沒有關聯，也就是說，在澆筑水閘閘墩的混凝土的時候，水化熱低即C2S和C4AF含量高、C3A和C3S含量低是水泥材料的首選。

3.1.2 骨料的熱學性能

水工的混凝土中各種成分的質量百分比如下：石子占63%，砂子22%，水泥7%～10%，水5%。根據調查，混凝土的熱性極大地受到石子和砂子成分的影響，可以看出，粗骨料的礦物性質對混凝土的熱學性能有著較為明顯的結論，因此，選擇熱學性好的骨料是可以控制混凝土溫度的一種方法。但是在目前我國國內的水利工程設施中，經常存在普遍就地選擇骨料的現象，這就需要施工方在選擇骨料選材的時候需要按照相關規定執行工程操作，在這之前，需要對其物理學性能進行試驗，保證工程的安全實施。然而在天然骨料不足的地區就可以選用膨脹系數小的骨料進行實踐。

3.1.3 膠凝材料的使用

一般在大型水利工程的施工過程中，會采用摻入適量混合料的方法來降低高水熱化導致的裂縫問題。在混凝土的摻合材料中，摻加粉煤灰的技術在我國應用較為廣泛，而且效果明顯，成效不錯。它的具體效果為，當摻加粉煤灰之后，混凝土的早期強度會降低，同時它的極限拉伸值降低也很明顯，同時它會限制混凝土自身的發熱程度。舉個例子來看，在7d齡期，不考慮混凝土早期可能出現的徐變增加因素和彈性模量會降低的因素，摻加混合料之后，混凝土的極限拉伸值會降低，同時，它的溫度變形值也會降低。由此可以看出，向混凝土中加入適量的混合材料的這種方法，可以有效的防止裂縫現象的出現，是可行的措施。

3.2 溫度

利用溫度控制的方法可以降低混凝土入倉的溫度，尤其是現場新攪拌的混凝土的度在6℃左右。當遇到高溫天氣進行作業的時候，可以在攪拌混凝土的過程中加入適量的冰塊，這樣可以減少水的用量，從而保持混凝土的冷卻性能不會被降低。為了防止裂縫的出現，混凝土的澆筑工作可以選擇在春秋季節實行，春秋季節溫差不大氣候適中。同時需要注意的是運送混凝土的工具或者澆筑倉面都需要進行遮陽和進行降溫。如果預期的內部溫度沒有達到降低施工的標準時，可以利用在內部埋設冷卻水管的方法進行降溫。

3.3 施工工藝的步驟與方法

在我國目前最為普遍的閘墩混凝土澆筑工程中，泵送的混凝土施工方法是最常見的。然而由于這種工藝對于混凝土的流動性和水泥的使用量要比水混比要求更高，而且他的首期出骨料粒徑小等原因的影響，會出現水化熱溫升快的情況，可以說，在一定程度上確實提高了收縮裂縫出現的概率。因此，在澆筑的時候，為了確保它良好的散熱性，澆筑的方法可以進行分層澆筑。把混凝土每一層的澆筑深度控制在1.0～1.5m之間，同時要確保前一層混凝土要達到初凝要求后再進行新的一層的澆筑，最下層的混凝土可以和底板一起澆筑，利用這種連貫的澆筑方法能夠有效的降低甚至消除底板對閘墩混凝土的阻力和約束力。除此之外，在施工的過程中可以通過伸縮縫長或分段的方法進行澆筑，需要注意的是利用這種方法時需要保留1～2m的后澆帶，當每個分段的混凝土徹底完成收縮工作后再完成預留帶的澆筑工作。

3.4 后期的養護

混凝土施工后期的養護工作目的就是為了降低它的變形程度。養護的目的是為了達到保濕、隔熱的效果，從而可以有效的降低裂縫的出現。經過實踐總結出的有效途徑有以下幾種，第一，在澆筑前需要把基層和模板都用水澆透，當拆模后從頂部進行淋水或者澆水的處理方法，目的是讓其表面始終保持濕潤的狀態。第二，在閘墩的周圍進行塑料膜的包裹處理然后再進行澆水的方法，這種方法可以有效提升保護的質量和效果，從而減少裂縫出現的概率。第三，利用在混凝土表面覆蓋塑料膜或者已浸濕的草墊等來保持混凝土表面的潮濕度。第四，拆模時間可以適當的推遲幾天。在遇到大風天或者高溫天氣進行保養的時候，需要對閘墩進行這樣和擋風處理，從而保證混凝土表面的溫度和濕度適中，盡量減少混凝土表面的散熱量，確保更好的養護。除以上幾種方法外，還需要處理好結構施工前對松軟土和填土的施工工作，保證混凝土的澆筑不會被破壞，同時要注意拆模時間和拆模順序，防止裂縫產生。

參考文獻：

[1]王霞.石佛寺水庫泄洪閘閘墩裂縫分析及處理.《東北水利水電》.2013年4期

[2]張東宇.遼寧葠窩水庫溢流壩段閘墩裂縫力學成因分析.巖土工程.哈爾濱工業大學.2012（學位年度）

[3]吳睿.水利工程閘墩裂縫的原因及處理措施.《黑龍江水利科技》.2014年11期

[4]錢磊.航電樞紐閘墩裂縫成因分析及加固措施研究.港口、海岸及近海工程.長沙理工大學.2013（學位年度）

作者簡介：張俊嵩（1985—），漢，漢族，江蘇省揚州人，南京農業大學-計算機科學與技術專業畢業，本科學歷，揚州大學水利工程專業工程碩士在讀，水工建筑物方向。