馬達溪閘站大體積混凝土裂縫控制

范雋

摘要：大型閘站的底板、流道一般多為大體積、變截面鋼筋混凝土結構，在施工中最常見的缺陷就是混凝土裂縫。本文結合蘭溪市錢塘江堤防加固工程二期---馬達溪排澇閘站工程，分析了大體積混凝土裂縫的產生機理，提出了裂縫的控制措施。

關鍵詞： 大型閘站;大體積混凝土;裂縫產生機理;控制措施

1 工程概況

蘭溪市錢塘江堤防加固工程二期---馬達溪排澇閘站位于馬達溪匯入衢江金華江的入口處，為大（2）型工程。泵站排澇規模71m3/s，布置有5臺豎井貫流泵，總裝機功率4×1300kW;泄洪閘總凈寬30m，共5孔，設計排水流量285m3/s。閘站上游為馬達溪，兩岸堤防防洪標準為20年一遇;閘站下游為金華江，兩岸堤防防洪標準為50年一遇。

泵站布置有4條流道，采用分段式鋼筋混凝土結構，具體分塊方式為：3#、4#流道順水流方向為1段，長度38.00m;垂直水流方向也為1段，長度20.10m;1#、2#流道順水流方向分成2段，長度分別為20.75m、17.25m，總長38.00m;垂直水流方向同3#、4#流道為1段，長度20.10m。流道底高程22.30m，頂高程28.00m，壁厚1.30～6.40m，流道為變截面體型，由進水口矩形截面逐漸變至葉輪處的圓形，再由葉輪處的圓形逐漸變至出水口的矩形。泵站底板共分成2段，長度均為38.00m，寬度均為20.10m，厚度1.80m，內部設置間距0.8m的冷卻水管。泵站流道施工完成、拆模后檢查發現，3#、4#流道內壁均出現3～6道豎向表面裂縫，裂縫寬度0.1～1.0mm;而1#、2#流道及底板均未出現明顯裂縫。

2 裂縫產生機理分析

針對上述泵站底板與流道各分塊出現的裂縫問題，參見各方及項目組對混凝土裂縫產生的機理及控制措施進行了深入的討論分析。通過對比我們發現，泵站底板與3#、4#流道分塊尺寸相近，而底板內設置的冷卻水管對控制混凝土裂縫起到了關鍵作用;1#、2#流道與3#、4#流道相比，1#、2#流道更小的混凝土區塊也對控制混凝土裂縫起到了重要作用。

2.1 塑性裂縫

混凝土澆筑入倉后至初凝前，受自重作用混凝土骨料在水泥漿體中緩慢下沉，漿體中的水上浮，使混凝土出現泌水現象。下沉過程中鋼筋上部骨料受到阻擋，而兩側及下部骨料繼續下沉，此時混凝土沿鋼筋的分布方向會產生表面裂縫，此類骨料下沉引起的裂縫一般發生在混凝土保護層內，縫寬1mm以內。本工程采用了泵送商品混凝土，由于流動性與和易性的要求較高，塑性裂縫影響較大。

2.2 溫度裂縫

混凝土澆筑過程中，內外溫差是導致混凝土開裂的主要原因之一。混凝土具有熱脹冷縮的特性，其膨脹系數一般為1.0×10-5/℃，當混凝土溫度發生變化時會產生溫度變形。實際施工過程中，混凝土的溫度變形與其受到的約束有關，在各種約束作用下，混凝土產生溫度應力，在應力作用下當溫度變形超過混凝土的極限拉伸值時混凝土便容易開裂。

施工時，混凝土入倉后，在內外溫差作用下內部混凝土膨脹變形速度快于表面，表面受到內部混凝土的約束，加之干縮應力及此時混凝土強度較低等因素，導致表面混凝土很容易開裂。混凝土溫度開始下降后，由于表面溫度降低較快，表面收縮變形速度快于內部，表面混凝土受到內部混凝土的約束，此時表面混凝土同樣容易開裂。

2.3 干縮裂縫

混凝土澆筑后，表面水分散失快，體積收縮大，而內部濕度變化很小，收縮也小，因而表面收縮變形受到內部混凝土的約束，出現拉應力，容易引起混凝土表面開裂。或者構件水分蒸發，產生體積收縮受到地基的約束，從而出現干縮裂縫。此類裂縫一般發生在混凝土表面，寬度較細，其走向縱橫交錯，沒有規律。整體性結構多發生在截面突變處，大體積混凝土多發生在平面部位，并隨濕度和溫度變化逐漸發展。

2.4 自身體積收縮裂縫

根據毛細管張力理論，混凝土中毛細管孔隙在水化反應過程中逐漸失水，毛細管逐漸變形產生毛細壓力，使混凝土產生體積收縮。隨著混凝土水灰比增大，混凝土中毛細管孔隙也逐漸增加，混凝土失水導致的收縮也增大，在受到模板等外部約束作用下混凝土產生的拉應力也就越大。

3 裂縫控制措施

3.1 合理選擇混凝土材料

1）采用低熱水泥。影響混凝土溫升的材料因素包括：水泥品種、水泥用量、混合材料品種和用量等。2）采用熱學性能好的骨料。3）減少膠凝材料用量，調整混凝土骨料級配。提高混凝土骨料的最大粒徑，可以減少水泥用量。4）摻外加劑。外加劑能改善混凝土的和易性，延緩混凝土凝結時間，提高混凝土早期強度和混凝土質量。

3.2 合理選擇澆筑時間

1）避開高溫季節施工。混凝土的水化反應是放熱反應，而混凝土又是熱的不良導體，混凝土內部熱量很難散發出去，因此混凝土的施工應避開夏季高溫時間，尤其要避開夏季中午時段的施工，可以選擇溫度低的夜間進行施工。2）避開嚴寒季節施工。在低溫情況下，混凝土內外溫差大，內外變形差異也大，容易產生溫度裂縫。

3.3 控制混凝土的溫度

1）控制混凝土的入倉溫度。主要通過降低混凝土各拌合料的溫度：降低拌合用水的溫度;降低骨料的溫度;在混凝土運輸過程中采取遮陽防曬，在罐車的儲料斗上灑冷水等。2）控制溫升幅度。主要通過在混凝土里埋設冷卻水管，用冷卻水循環帶走混凝土的熱量，從而降低混凝土的溫升峰值來減小混凝土的溫差。本工程施工時，要求入倉溫度不高于25℃，并采用冷卻水管控制底板內部最高溫度不超過48℃，內部與表面溫差不大于10℃，有效控制溫度應力。

3.4 調整布局，優化設計

1）從整體布局角度出發，對建筑物的基礎、構造等進行合理的設計，將基礎布置于穩定、堅固的地基上，控制不均勻沉降，盡量避免出現沉降裂縫。2）調整結構分塊布局，削減大體積混凝土。合理的分縫分塊能夠增大混凝土的散熱面積，使熱量容易散發，有利于裂縫的控制。由于流道長度較大，可以考慮設置流道橫向縫，設置位置一般在應力集中部位。如本工程1#、2#流道橫向縫設于廊道下游側截面突變位置，且設計采用細筋密布的方法，以適應溫度變化產生的應力。

3.5 改善混凝土養護

在混凝土表面進行保溫保濕覆蓋可有效減少混凝土與周圍環境的熱量及濕度交換，減少表面裂縫的產生。在澆筑完畢后，盡快對混凝土加以覆蓋并保濕養護，時間不得少于7天。對泵站底板，先覆蓋一層草袋或土工布，然后在上面加蓋一層防水塑料膜。

4 結語

大型閘站的底板、流道一般均為大體積、變截面鋼筋混凝土結構，在施工中最常見的缺陷就是混凝土裂縫，極易因防裂措施不當影響閘站的質量和使用。本文結合蘭溪市錢塘江堤防加固工程二期---馬達溪排澇閘站工程，分析了大體積混凝土裂縫的產生機理，其主要分為塑性裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、自身體積收縮裂縫等，并提出了裂縫的控制措施，為閘站混凝土裂縫的防治提供了可借鑒的方法和手段。

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