水壩混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因及改進(jìn)對(duì)策

劉亞洲 胡順能 李根

（1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 2.海南省水務(wù)廳）

1 引言

在一些水利工程中，如果混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，就會(huì)對(duì)大壩的安全運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生極大影響，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防治已列為水庫工程質(zhì)量檢查的重點(diǎn)。

2 混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的問題

剖釋水壩的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫風(fēng)險(xiǎn)，能讓管理人員重視性出現(xiàn)裂縫的問題，引導(dǎo)其能認(rèn)真檢查大壩，對(duì)大壩出現(xiàn)裂縫引起重視分析。

2.1 影響結(jié)構(gòu)的整體性

大壩出現(xiàn)裂縫會(huì)嚴(yán)重妨礙大壩的整體結(jié)構(gòu)，例妨礙混凝土的整體構(gòu)造，因此減輕混凝土的承受能力。承受能力的下降，會(huì)妨礙大壩整體品質(zhì)。當(dāng)大壩產(chǎn)生貫穿性的裂縫時(shí)，要是想復(fù)原大壩的整體性會(huì)比較困難，如果產(chǎn)生較大的裂縫，可能會(huì)產(chǎn)生特大的深層的或貫穿性的裂縫，最后造成整體結(jié)構(gòu)崩塌。

2． 2 結(jié)構(gòu)經(jīng)久性減輕

若混凝土構(gòu)造在零點(diǎn)以下的處境，該結(jié)構(gòu)極易被凍融損害，它表現(xiàn)為表面出現(xiàn)剝落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)暴露表面石子，混凝土原料中堿出現(xiàn)反應(yīng)造成其內(nèi)部出現(xiàn)擴(kuò)張和分裂。在腐蝕性處鏡下，因侵蝕時(shí)水泥出現(xiàn)物理和化學(xué)反應(yīng)，會(huì)極度降低它的強(qiáng)度和耐久性。

2． 3 構(gòu)造功能下降

對(duì)水壩來說，產(chǎn)生裂縫，會(huì)對(duì)整體構(gòu)造產(chǎn)生極大的影響，出現(xiàn)裂縫會(huì)對(duì)降低抗?jié)B的能力，會(huì)出現(xiàn)水資源浪費(fèi)，更可怕的是，抗?jié)B性的減輕，就會(huì)制約蓄水量。水壩的面板會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境而造成早期出現(xiàn)溫度裂縫，而且裂縫會(huì)遍布于整個(gè)截面，整個(gè)構(gòu)造功能下降。

3 裂縫的分類

大壩的溫度裂縫根據(jù)其出現(xiàn)部位與深度、其出現(xiàn)緣由與本質(zhì)一般分為如下：

3.1 表面裂縫

表面裂縫是面積較大的混凝土建筑經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫，其有豎向與水平向兩種，等于就是在澆筑面的頂層或者水平面動(dòng)工縫上，它距離或者深度不大，沒有貫穿倉面或者澆筑面。表面裂縫一般出現(xiàn)在大壩動(dòng)工時(shí)，氣溫驟減或是因?yàn)楸砻婢S護(hù)不夠而造成的，在建成約6～20d極易發(fā)生。其危害指數(shù)通常不高，但也是看它出現(xiàn)的位置與壩體內(nèi)部溫度情況來定。若其處在上游面等重要部位并且壩體本身溫度高，就要做合適的處理，來阻止它的發(fā)展與惡化演變?yōu)楦灤┬粤芽p。

3.2 網(wǎng)狀裂縫

網(wǎng)狀裂縫通常出現(xiàn)于壩體的表面，其形態(tài)和分布沒有規(guī)律且極淺，通常＜10mm，主要原因是因?yàn)闈仓缶S護(hù)不當(dāng)而導(dǎo)致的，特別是高標(biāo)型號(hào)的混凝土前期產(chǎn)生這種裂縫幾率較大。該裂縫一般是因?yàn)閴误w表面的混凝土出現(xiàn)干縮導(dǎo)致的，其危害指數(shù)不高，但是如果干縮和降溫收縮同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)大裂縫危害性提高。

3.3 深層裂縫

它只出現(xiàn)在大壩表層，但它不像上面兩個(gè)深度與長(zhǎng)度淺，它貫穿了倉面與澆筑層。因?yàn)樗幵诖髩蔚谋韺樱菑谋砻媪芽p演變出來的，又稱其是表面深層裂縫。該裂縫通常出現(xiàn)大壩動(dòng)工時(shí)，多是長(zhǎng)期內(nèi)外部溫差與氣溫下降造成的。這類裂縫易出現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)，需按照其出現(xiàn)部位與其危害程度、壩體內(nèi)部溫度進(jìn)行處理，阻止它發(fā)展成貫穿性裂縫。

3.4 貫穿性裂縫

貫穿性裂縫常出現(xiàn)在壩塊的基礎(chǔ)位置，縫隙度比較大，深度甚至?xí)┻^整個(gè)或多個(gè)澆筑層。該裂縫通常產(chǎn)生在大壩澆筑后的降溫期間，或因基礎(chǔ)約束區(qū)的混凝土受氣溫驟降及內(nèi)部降溫的相結(jié)合造成的。縫隙寬度特征上大下小。貫穿性裂縫損傷指數(shù)最高，它甚至?xí)档痛髩蔚陌踩浴?/p>

4 水壩出現(xiàn)縫隙的原由

鋼筋混凝土構(gòu)造出現(xiàn)縫隙原由通常有：因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的工作情況與規(guī)劃的不同而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)次應(yīng)力性裂縫；由外部負(fù)重導(dǎo)致的縫隙；由溫差、等原因出現(xiàn)變形應(yīng)力造成縫隙，動(dòng)工時(shí)期能運(yùn)用手段避免。在該結(jié)構(gòu)中，因結(jié)構(gòu)的截面積大，需要較多水泥，而水泥水化時(shí)放射出水化熱能會(huì)出現(xiàn)溫度較大變化與收縮，是主要造成該裂縫的原由。

（1）該結(jié)構(gòu)的截面面積較大，動(dòng)工期間，因水泥水化期間放射出較多熱量，又因混凝土的體積大，很難分散熱量，從而溫度極速升高，造成體積增高。若該變形不加以制約時(shí)，該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部就不能出現(xiàn)應(yīng)力。但事實(shí)上該變形必然會(huì)受到制約，受2類因素制約：①混凝土和外界溫度不同導(dǎo)致的；②因?yàn)閮?nèi)部的要求的差異導(dǎo)致的，以上2類約束造成的應(yīng)力是溫度應(yīng)力。

（2）濕度導(dǎo)致其里面各個(gè)單元體的制約，其造成干縮應(yīng)力。由于濕度傳導(dǎo)率比較低，因此它一般出現(xiàn)在混凝土的表層周圍；其次其自身體積不可以隨意變形來產(chǎn)生的應(yīng)力；最后地基每個(gè)地方的沉降度不同、模板變形也可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)變形應(yīng)力。在該結(jié)構(gòu)施工期間，若用混凝土進(jìn)行澆筑體的沒有邊界制約時(shí)，又前期水化導(dǎo)致溫度提高速度很快期間，因?yàn)榛炷恋膬?nèi)部、外部散熱差異，產(chǎn)生溫度梯度，表層受拉，里面受壓。若拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí)，它表層就會(huì)出現(xiàn)縫隙。在它的降溫期間，它的溫差形成的變形在結(jié)合它體積出現(xiàn)收縮變形，遭到地基與結(jié)構(gòu)邊界要求的制約時(shí)，澆筑體的中心斷面出現(xiàn)內(nèi)部拉應(yīng)力，若該拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí)，它的截面就會(huì)出現(xiàn)貫穿裂縫。

數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受教育的過程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。具體來說是指把所有的數(shù)學(xué)知識(shí)都排除或忘掉后剩下的東西，即能從數(shù)學(xué)的角度看問題，有條理地進(jìn)行理性思維、嚴(yán)密求證、邏輯推理和清晰準(zhǔn)確地表達(dá)的意識(shí)和能力。根據(jù)教育部及國家課標(biāo)組精神，通過課題組調(diào)研、探討，結(jié)合地方師范院校實(shí)際及專業(yè)特點(diǎn)，確定從“數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)運(yùn)算、直觀想象、數(shù)據(jù)分析”六維度加強(qiáng)對(duì)地方師范院校數(shù)學(xué)專業(yè)本科生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5 裂縫改進(jìn)措施

5.1 維護(hù)保溫

在混凝土的澆筑期間，采取用邊澆邊維護(hù)保溫的方法，它表層繼續(xù)使用長(zhǎng)流水維護(hù)，表層保溫用φ6.5的鋼筋水平向固定在壩面兩旁的滑模上，每3m高度一道，上掛絕緣薄膜和3cm厚保暖的草簾，形成一個(gè)大棚。內(nèi)層薄膜起防水效果，外層保暖草簾有保暖防曬的效果。來預(yù)防混凝土因?yàn)楦煽s變化與溫度下降、日夜溫差過大而使它的縫隙的消極因素。過冬之前，用4～6cm厚新保暖草簾再蓋一層放混凝土上，對(duì)預(yù)防縫隙起到優(yōu)秀效果。

5.2 滑模修改和其工藝

（1）混凝土的滑模用的輥輪改成半徑不一樣的：上面輥輪的半徑大于下面的輥輪半徑。達(dá)到降低滑模和混凝土產(chǎn)生的摩擦力。

（2）混凝土進(jìn)行澆筑的過程中，要在滑模的面板側(cè)鋪上絕緣薄膜，使用上面鋪下面撕的手段，爬升期間滑模和絕緣薄膜出現(xiàn)直接的摩擦，因此極大的減輕了滑模和混凝土的摩擦力。滑模的施工圖如圖 1。

5.3 混凝土制約澆筑溫度

5.3.1 控制原材料的溫度

為減低原材料的溫度，料倉要放在防曬棚里，骨料堆需要安裝噴霧裝備。攪拌用水需使用10℃的水（水庫下面的冷水），以減低使用混凝土?xí)r的溫度。

圖1 滑模施工示意圖

5.3.2 運(yùn)輸因素

裝混凝土的車罐要用保暖隔熱層，該下料用的溜桶要用絕緣薄膜和編織袋包住，制止在下料期間水的揮發(fā)和太陽曬混凝土而造成其升溫。

5.3.3 對(duì)倉號(hào)降溫

對(duì)室溫進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在夏天時(shí)對(duì)澆筑倉號(hào)噴水來降溫，倉號(hào)要用防曬棚遮住，對(duì)不久后要澆筑的基面進(jìn)行噴水，保障它處于潤(rùn)濕。

5.4 混凝土澆筑

（1）滑模增強(qiáng)速度要嚴(yán)格執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)，不可以快了或著慢了。

（2）在倉面對(duì)混凝土增強(qiáng)二次攪拌，減輕骨料出現(xiàn)分離情況。

（3）在卸料與平倉的基礎(chǔ)上，在可控制范疇內(nèi)盡量降低其的坍塌度，來增加它的前期強(qiáng)度，有效預(yù)防其因坍塌出現(xiàn)拉裂縫。

（4）其澆筑過程中，工作人員要不間斷工作（用餐時(shí)間也要錯(cuò)開），要嚴(yán)格確保其澆筑的連貫性。

（5）其要嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)振搗平倉，禁止出現(xiàn)漏振或過振。

（6）在混凝土進(jìn)入罐車前，一定要把罐內(nèi)的刷罐水清理干凈，減輕其的水灰比例不合格。

5.5 雨天施工

下雨前，在其倉號(hào)上3～5m處的壩面上裝一個(gè)“V”型水溝，讓雨水能不接觸倉面。截水溝是由木板和塑料薄膜組成的，用等量水和水泥與砂做成漿粘接壩面。倉面與已出模的面使用塑料薄膜包圍其周圍8～10m。不慎倉面出現(xiàn)較少的水，需要人工清理干凈。

6 結(jié)束語

總而言之，水壩出現(xiàn)裂縫是其結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生的一種問題，產(chǎn)生縫隙不但會(huì)減輕水壩的抗?jié)B與負(fù)重能力。在施工期間因位置、自然環(huán)境、施工手段和構(gòu)造受力問題等因素，出現(xiàn)縫隙情勢(shì)與危險(xiǎn)程度差異，如果其出現(xiàn)裂縫，就要嚴(yán)查裂縫出現(xiàn)的因素，并按照縫隙的詳細(xì)問題，對(duì)其各中縫隙要區(qū)別看待、仔細(xì)探究，且能在施工期間使用各類措施來防止縫隙產(chǎn)生或擴(kuò)大，確保大壩可以安穩(wěn)地運(yùn)行。

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