船閘施工混凝土裂縫預防及處理策略

王東英

摘 要：本文分析了船閘工程混凝土裂縫的成因，混凝土船閘閘室墻發(fā)生裂縫主要原因為工程設計不合理，施工工藝缺陷，受溫度應力影響及工程運行條件差等，提出了相應的裂縫控制措施。

關鍵詞：船閘施工 混凝土裂縫

船閘是目前應用最廣泛的通航建筑物，船閘開裂現象非常普遍，船閘混凝土產生裂縫會嚴重影響船閘結構的耐久性，認真分析船閘混凝土裂縫的原因，采取有效措施進行控制具有重要作用。

1.船閘施工混凝土裂縫的原因

影響混凝土暗墻發(fā)生裂縫的因素主要包括工工程設計不合理，施工工藝缺陷，溫度與約束應力影響、養(yǎng)護措施不當等。

1.1工程設計不合理

船閘建設前期，地基勘察設計不合理會導致施工后閘室墻體開裂。設計單位忽視了船閘建筑布局的整體性，結構設計時缺乏對船閘的運行水位組合，抗傾穩(wěn)定，地基滲透穩(wěn)定等做出科學分析，導致墻體強度設計較弱。

1.2施工工藝缺陷

混凝土澆筑振搗不均勻等會影響混凝土緊密型，誘導裂縫的產生。混凝土內部存在氣泡降低，震動過多會降低粘結力。過震部分則骨料下層，中間砂漿富集，導致產生干塑裂縫。如分層澆筑時速度過快，混凝土可能因沉降產生裂縫。

1.3溫度及約束應力影響

水化熱引起拉應力，拆除模板引起溫度梯度，增大表面拉應力的數值，從而產生裂縫。如外部環(huán)境溫差變化較大，混凝土表面溫度急劇下降，混凝土內部約束產生很大的拉應力而在混凝土表面較淺范圍內形成裂縫。混凝土澆筑需分段完成，因船閘地板等部位厚度較大，采用分段澆筑因混凝土澆筑存在時間差異，超混凝土抗拉強度時導致墻體產生裂縫，混凝土養(yǎng)護期結構表面水分損失過快，表面干縮變形受混凝土內部約束產生裂縫。

日常運行中，閘室水位變化頻繁，船閘岸墻受水頭壓力不穩(wěn)定，經長時間運行難以維持其整體穩(wěn)定性，導致墻體受力不穩(wěn)定。

2.船閘施工混凝土裂縫形成機理

2.1塑性收縮裂縫

混凝土拌制一段時間內，水泥的水化反應激烈，分子鍵逐漸形成，出現泌水和體積縮小現象，這種體積收縮稱塑性收縮。塑性收縮多發(fā)生在混凝土拌和后3～12h以內。這種收縮導致骨料受壓，水泥膠結體受拉，可與水泥骨料結合緊密，使水泥石產生裂縫。

2.2干縮裂縫

混凝土的干燥收縮是有水泥石的干燥收縮引起的，，目前對于干燥收縮的機理普遍認為干燥收縮是由毛細管張力、表面能以及層間水的移動造成的。影響混凝土干燥收縮的因素有：（1）水泥品種及混合材料（2）混凝土配合比（3）骨料（4）外加劑（5）周圍的介質條件（6）結構特征因素

2.3溫度裂縫

混凝土澆筑后，水泥在水化要散發(fā)大量的水化熱，使混凝土體積膨脹。混凝土隨著熱量向外部介質散發(fā)，產生一個溫差，混凝土約束外部冷混凝土的收縮，混凝土澆筑的時間不同，散熱條件不同等原因，都將會使混凝土產生溫度應力。在長時間的運行中，混凝土必須澆筑在基巖上，它們的物理力學特性有差別，混凝土的溫度變形在基巖面上要受基巖約束，因而也要產生溫度應力基巖的約束條件，決定了溫度應力的產生和大小，當其超過混凝土的極限抗拉強度，將會在結構中產生表面裂縫或基礎貫穿裂縫。

3.船閘施工混凝土裂縫的預防

3.1優(yōu)化施工設計

地基存在明顯差異處設置沉降縫，對地基作適當處理，盡量使基礎坐落在均勻的地基上，設計時閘室結構分段長度不宜過長，應采取漸變過渡相接。

加強地基勘察，軟土地基處理后方進行基礎施工，基礎開挖挖施工時不得破壞基底原狀土，地基承載應力大于天然地基承載能力。沉降縫必須自基礎其兩側岸墻在構造上完全分開，防止基礎不均沉降引起的墻體開裂。

進行船閘設計時，要全面考慮裂縫易形成的部位。在混凝土基礎內設置必要的溫度配筋，在截面突變處，底、頂板與墻轉折處，配斜向構造配筋，以防止裂縫的出現。

采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設置施工縫，或在適當的位置設置施工后澆帶，減少每次澆筑產生的蓄熱量，以減少溫度壓力。

3.2加強原材料控制

混凝土澆筑時，應選擇水化熱低的水泥，水泥等級高，早期強度則高，更易產生裂縫。應優(yōu)先選擇礦渣水泥等，采用硅酸鹽水泥應緩解水化熱。

骨料宜選用線膨脹系數較小的骨料。混凝土收縮量隨骨料含泥量增加，盡量選用粒徑較大的骨料，以減少水泥與用水量。石子的顆粒級配宜采用5～40mm，含泥量小于1.5%；砂子宜采用中、粗砂，含泥量小于1.5%。

對原材料進行溫度控制。水泥提前一周以上入罐，澆筑水泥溫度不得高于50度；高溫季節(jié)要覆蓋好砂石等原材料，混凝土拌合前可對水進行降溫，外界溫度較高時，采用深地下水拌合；冬季施工時應準備好保溫防凍材料，澆筑后及時采取保溫措施。

對混凝土配合比進行優(yōu)化設計，摻加相應的緩凝型減水劑，如木質素磺酸鈣等，適當添加粉煤灰用量，或選用低水熱化的材料，采用較小的水灰比等。

3.3強化施工管理

泵送混凝土澆筑時，如果出泵口溫度高于氣溫，輸送管道則不用保溫，讓混凝土散熱；如果出泵口溫度低于氣溫，輸送管道需要保溫，以免外部熱量傳入。混凝土入模時，依據施工現場實際情況，降低入模溫度，如施工現場溫度較高，可采用降低水溫措施進行混凝土拌合，澆筑大體積結構混凝土時，應按工程監(jiān)理要求的厚度、次序、方向、分層進行。分次澆筑范圍、厚度應根據拌和能力、澆筑速度及振搗器的性能等因素確定。

澆筑船閘主體時，要嚴格控制混凝土標號，控制混凝土塌落度，混凝土振搗要均勻密實，間距應均勻，混凝土澆筑完畢后防止出現表層裂縫。

采用連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，應盡量縮短混凝土各層間的時間間隔，時間間隔最長時間不大于混凝土的初凝時間。如時間間隔過長，達到混凝土的初凝時間，層面應按施工縫處理。

處理水平施工縫應進行鑿毛處理，清除表面浮漿及松動的石子。在澆筑前應用壓力水沖洗混凝土表面的污物，不得有積水，然后鋪設一層厚度為10～30mm水泥砂漿，讓新老混凝土充分粘合。

可在混凝土構件內部采取相應的降溫措施，可以采用在混凝土內部設置冷卻水管和在澆筑過程中拋填塊石進行降溫的方式。

船閘混凝土施工中，應按相應標準實時監(jiān)測施工現場溫度，可采用性能相對穩(wěn)定的溫度傳感器，制作現場溫度變化曲線圖，采取相應的處理措施解決施工中存在溫度應力過高的問題。

3.4加強施工養(yǎng)護

混凝土澆筑施工完成后，按相關標準進行養(yǎng)護，使得表面溫度得到緩慢下降，避免混凝土構件內外溫差過大出現裂縫。夏季應注意避免混凝土被曝曬，冬季采取保溫覆蓋措施，以免急劇的溫度變化產生裂縫。添加摻合料的混凝土養(yǎng)護時間為21天。強度達到設計的75%以上方允許拆模。

加強測溫和溫度監(jiān)測管理，控制混凝土內的溫度變化，基面和基底的溫差均控制在20℃以內，及時調整保溫養(yǎng)護措施，避免混凝土的溫濕度過大，以有效控制有害裂縫的出現。

4.結語

混凝土施工是船閘工程建設中的重要部分，其質量對船閘的穩(wěn)定性與承載力有重要影響，混凝土構件受外界溫度因素形成相應的溫度應力，施工中應對混凝土溫度進行實時檢測，采取相應的處理措施。船閘混凝土裂縫對船閘危害很大，目前尚無統(tǒng)一的設計施工規(guī)范，在具體實踐中應認真觀察分析，總結多種預防措施。使混凝土裂縫得到較好的控制。

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