水閘工程中混凝土裂縫成因的探討

郝秀玲 石寶

【摘要】對(duì)水閘而言，運(yùn)行幾年甚至多年以后，其整體穩(wěn)定及過(guò)流能力等都滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求，但其閘墩、排架等混凝土結(jié)構(gòu)或多或少出現(xiàn)了裂縫等現(xiàn)象，如果不處理，將會(huì)對(duì)水閘運(yùn)行甚至穩(wěn)定造成嚴(yán)重的后果。為了能采取更有效的措施對(duì)裂縫進(jìn)行處理，對(duì)其裂縫形成的成因的研究顯得尤為重要。本文主要以水閘工程為基礎(chǔ)，從多方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因進(jìn)行探討，為水閘除險(xiǎn)加固工程中的混凝土裂縫的補(bǔ)強(qiáng)措施的選擇提供有利的設(shè)計(jì)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水閘；混凝土裂縫；成因分析；探討

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的主要原因分為非外部荷載作用下和外部荷載作用下兩種。

一、非外部荷載作用下形成的混凝土裂縫主要有以下六個(gè)方面

1混凝土自身收縮引起的裂縫：是混凝土收縮受到約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)變大于當(dāng)時(shí)混凝土的極限拉應(yīng)變就會(huì)產(chǎn)生與拉應(yīng)力方向相垂直的裂縫。主要分為 化學(xué)收縮、物理收縮、和碳化收縮。這類(lèi)收縮裂縫多數(shù)是混凝土構(gòu)件表層由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，表層失水、干縮所造成。這類(lèi)裂縫一般不深，多數(shù)深度不超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度。

2、混凝土閘墩或翼墻豎向裂縫：在巖石基礎(chǔ)上澆筑的閘墩，混凝土墩身要收縮，巖石基礎(chǔ)不收縮，由此產(chǎn)生收縮差，巖石基礎(chǔ)阻止墩身混凝土收縮而在橫向產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)變大于該時(shí)段的混凝土極限拉應(yīng)變就會(huì)產(chǎn)生豎向裂縫，這類(lèi)墩身、臺(tái)身的豎向裂縫為下寬上細(xì)，當(dāng)臺(tái)身較厚，由于表層收縮大、內(nèi)部收縮小，因此顯示表層裂縫寬些、內(nèi)部裂縫細(xì)些，一般不貫通，這類(lèi)裂縫多發(fā)生在混凝土澆筑完成后15d內(nèi)，也有些結(jié)構(gòu)裂縫在混凝土澆筑后幾個(gè)月才發(fā)生。

3、混凝土碳化引起的收縮裂縫：在水閘結(jié)構(gòu)中，這類(lèi)裂縫多出現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)中，如交通橋T梁腹板，T梁腹板經(jīng)常發(fā)現(xiàn)棗核形裂縫，即兩端細(xì)，中間粗。裂縫下端細(xì)是由于下緣配筋量大，裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失。裂縫中間粗有二個(gè)原因：一是腹板縱向水平鋼筋少；二是在原有裂縫基礎(chǔ)上，由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬。

4、混凝土沉落變形引起的裂縫：這類(lèi)裂縫是由于混凝土澆筑后在自重作用下發(fā)生變形，混凝土在變形過(guò)程中受到鋼筋、模板等其他因素的阻礙后在表層出現(xiàn)裂縫。這類(lèi)裂縫一般出現(xiàn)在澆筑完成后數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)。主要原因有：振搗不充分、漏漿、跑模、模板剛度不夠、混凝土保護(hù)層太薄、混凝土坍落度過(guò)大。

5、鋼筋銹蝕引起的裂縫：混凝土中鋼筋產(chǎn)生銹蝕后，由于銹皮會(huì)吸濕產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹，其體積將增大2～4倍，從而脹裂混凝土保護(hù)層。對(duì)于鋼筋銹蝕，首先要分析是先銹后裂，還是先裂后銹。先銹后裂一般表現(xiàn)為混凝土保護(hù)層碳化或者氯離子侵蝕。先裂后銹一般表現(xiàn)為荷載裂縫的裂縫寬度過(guò)大，外界腐蝕物質(zhì)有直接通道而銹蝕鋼筋； 酸雨腐蝕先腐蝕混凝土保護(hù)層繼而銹蝕鋼筋；骨料膨脹引起混凝土裂縫后再銹蝕鋼筋。鋼筋銹蝕引起裂縫形態(tài)一般是順筋向的。對(duì)先銹后裂的混凝土構(gòu)件，實(shí)際上在鋼筋銹蝕早期，構(gòu)件內(nèi)部已有層離裂縫存在，但外部還尚未裂縫，此時(shí)可用小錘輕敲聽(tīng)聲，有空殼聲表示內(nèi)部已有層離裂縫起殼，然后鑿開(kāi)檢查。

6、結(jié)構(gòu)變形引起的裂縫：水閘結(jié)構(gòu)不均勻沉降也是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因。主要表現(xiàn)為閘墩、閘底板、翼墻等部位開(kāi)裂。這類(lèi)裂縫在閘底板多為不規(guī)則裂縫（裂縫寬度一般較大），在閘墩或翼墻部位多為垂直向裂縫，這類(lèi)裂縫的判斷要結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的勘察，只對(duì)裂縫進(jìn)行分析很難正確判斷成因。

對(duì)鋼筋混凝土在非外荷載作用下產(chǎn)生的裂縫主要由以上集中情況產(chǎn)生。當(dāng)構(gòu)件表面出現(xiàn)順筋向裂縫，并確定是由于內(nèi)部鋼筋銹蝕所引起，即使表面順筋向裂縫寬度小于受力裂縫寬度限制0.2mm，甚至在0.1mm以下時(shí)，也應(yīng)及時(shí)予以維修。有起殼聲者表明已層離，應(yīng)及時(shí)鑿除，用聚合物修補(bǔ)砂漿予以修補(bǔ)，并在混凝土表面涂刷滲透結(jié)晶型的濃縮劑漿料堵封混凝土毛細(xì)孔，防止外界腐蝕性物質(zhì)通過(guò)水滲入，使鋼筋進(jìn)一步銹蝕。

二、外部荷載作用引起的裂縫

外部荷載作用引起的裂縫主要由上部結(jié)構(gòu)外荷載引起的裂縫和閘室結(jié)構(gòu)荷載縫兩種。

1、上部結(jié)構(gòu)外荷載引起的裂縫：對(duì)水閘結(jié)構(gòu)而言，上部結(jié)構(gòu)外荷載引起的裂縫，主要表現(xiàn)在交通橋、啟閉機(jī)橋等部位。主要表現(xiàn)為梁板的開(kāi)裂，這類(lèi)裂縫判斷時(shí)主要看裂縫的部位和裂縫開(kāi)裂方向。主要為正截面受彎裂縫和斜截面受剪裂縫。受彎裂縫一般出現(xiàn)在跨中部位，為豎向裂縫，表現(xiàn)為下寬上窄的形態(tài)。剪切裂縫多出現(xiàn)在梁端部或梁連接部位，多為“八”字形或倒“八”字形。其形成原因?qū)煌蚨酁槌剀?chē)輛引起，對(duì)啟閉機(jī)橋多為閘門(mén)銹蝕、變形等造成啟閉力增加造成。

2、閘室結(jié)構(gòu)的荷載縫，主要是由于水壓力造成，一般由于水頭壓力直接造成擋水構(gòu)件裂縫損壞的不多見(jiàn)。一般是由于水閘抬高水位運(yùn)行，水閘水平抗力不足，引起水平向位移，造成閘墩或翼墻部位水平向裂縫。一是由于水閘抬高水位運(yùn)行，閘底板楊壓力增加，造成閘底板開(kāi)裂。

水閘結(jié)構(gòu)裂縫原因眾多、復(fù)雜。要正確判斷裂縫成因不能只針對(duì)裂縫本身進(jìn)行分析判斷，應(yīng)綜合勘察水閘各部位結(jié)構(gòu)，綜合分析各部位結(jié)構(gòu)裂縫寬度、走向，例如沉降引起的閘底板裂縫，在上部結(jié)構(gòu)中也有相應(yīng)表現(xiàn)，但揚(yáng)壓力引起的閘底板裂縫，在上部結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)不明顯。同時(shí)應(yīng)注意的是水閘結(jié)構(gòu)中，各種因素產(chǎn)生的裂縫往往同時(shí)出現(xiàn)，不能僅憑借某一個(gè)現(xiàn)象判斷裂縫成因，還應(yīng)綜合分析考慮。

結(jié)論：

在實(shí)際工程中，混凝土出現(xiàn)裂縫無(wú)小事，任何一個(gè)小裂縫都不能放過(guò)，都有可能成為工程安全影響因素，必須要綜合勘察、認(rèn)真分析，確定其成因，再采取有效的混凝土補(bǔ)強(qiáng)措施。