水工混凝土墩墻溫度裂縫成因分析及處理措施

劉華強，沈 楊，宋 力

（1.江蘇省水利科學研究院，江蘇 揚州 225002；2.宿遷市水利局，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

在國家基礎設施補短板的大形勢下，長江、太湖、淮河治理，沿海水利基礎設施建設，大中型灌區，臨海引江供水等一系列重大水利工程建設得以實施，涉及大批水閘、泵站建設工程。閘站工程多采用鋼筋混凝土材料進行建設，容易出現裂縫問題，不但影響工程耐久性，更對后期投入運行產生影響，嚴重還會危及工程安全，帶來安全隱患。混凝土裂縫問題一直伴隨著工程建設，相關研究很多［1-6］，本文只對水利工程混凝土墩墻溫度裂縫的產生原因及處理措施進行分析。溫度裂縫雖然對結構安全一般無影響，但裂縫可能使其內部鋼筋產生銹蝕，直接影響到耐久性。分析裂縫成因，加強防控措施，對提高水利工程質量，指導水利工程施工意義重大。

1 淺表性裂縫

1.1 裂縫成因

混凝土結構表面經常會出現散片分布的無任何規律可言的形如發絲的龜裂，其開裂僅局限于表面很小的范圍；部分表面開裂向縱深發展，但縫深不超過鋼筋保護層厚度。通常把這種僅存在于混凝土結構面層的開裂縫稱為淺表性裂縫，也稱之為干縮性裂縫，多出現在混凝土澆筑養護期結束后。

既然是干縮性裂縫，顯然與混凝土澆筑過程中表面失水過快有關，通常是由于空氣比較干燥、養護不及時、養護時間短、灑水養護不均勻、養護措施執行不到位造成的，其危害性不大，主要是影響美觀。

1.2 防治措施

1）混凝土在養護初期對環境因素較為敏感，應盡量使澆筑后的養護環境接近標養條件，因為混凝土的配合比試驗是在嚴格的溫度濕度條件下進行的。當然，施工場地的外部條件比較復雜，但可以采取一系列的措施保證混凝土的初期養護在一個相對平穩的環境條件下進行。比如嚴格控制混凝土拆模時間，沒有拆模的混凝土立面同樣需要澆水養護，拆模后可采用涂刷養護劑，覆蓋塑料薄膜或掛土工布的方式防風保濕，從而防止混凝土失水過快。極端天氣條件應盡可能停止施工，也可以采用冬天覆蓋草皮棉被、夏天冰塊降溫的輔助措施。

2）淺表性裂縫的處理措施可以采用表面涂料保護的工藝，如刷 1～2 層環氧，還可以起到防止碳化處理的效果；深度大一些的淺表層裂縫可以使用表層裂縫嵌填修補砂漿或者低壓灌漿的處理工藝，都能起到理想的處理效果。

2 深層裂縫

2.1 裂縫成因

近年來筆者單位在對全省水閘、泵站、船閘等水工建筑物檢測過程中，發現無論是薄壁空箱或是厚大體積墩墻，均常見走向規律的豎向裂縫。出現這種裂縫的水利建筑物工程超過了 90 %，大多為船閘的閘首、閘室墻，節制閘的閘墩，泵站的站墩以及上下游翼墻等部分受約束作用較大的部位。裂縫深度一般都超過了鋼筋的保護層厚度（見圖 1），基本貫穿墻體，其縫寬相對較大，一般在 0.10～0.35 mm之間，多集中于 0.15～0.25 mm。整個工程少則 3～4 條，多則幾十上百條，主要位于墩墻的二分點、三分點及其附近。裂縫走向基本為垂直縫，其特點是縫長自底板而上爬升 1 m 至墻頂不等，走向豎直向上，多條裂縫間距不等并相互平行，少見交叉。其中又以發生在墩墻底板以上（貼腳處）、2/3 墻高以下，每節墩墻以 1～3 條裂縫居多，裂縫通常不延伸至底板內部。另外結構削弱部位、形狀突變部位（門槽、孔洞、轉折）也常發生貫穿性裂縫。

圖1 墩墻深層裂縫

首先需要明確指出的是上述混凝土墩墻中產生的裂縫仍屬于溫度裂縫范疇。目前對裂縫產生原因的研究很多，從裂縫的成因上來講主要是結構性裂縫和溫度裂縫兩大類。結構性裂縫通常伴隨著設計缺陷，先天不足，一旦出現往往是比較棘手的問題，在水利工程中較為少見。而溫度裂縫的產生主流研究方向主要集中于混凝土的收縮變形特性，多為水泥水化熱或是環境溫度等因素造成的。而本文提到的裂縫特征明確，分析其原因則是主要由外力約束作用引起。

1）其主要原因應歸結為施工工序導致的澆筑時間不同而引發的溫度裂縫。同樣的原材料和配合比、同樣的施工工藝，先行澆筑的底板沒有產生裂縫，而后澆筑的墩墻卻開裂嚴重，這是因為墩墻混凝土的變形受到了底板的約束作用。底板與墩墻的澆筑間隔時間越長，受到的約束作用就會越大，就越容易開裂。

船閘的閘首、閘室墻、翼墻、節制閘的閘墩及泵站站墩，其底板或下部結構先期澆筑。間隔一段時間底板混凝土固化之后完成底部接觸面鑿毛處理、上部鋼筋綁扎、架立模板等一系列施工工序。等到墩墻澆筑時，先行澆筑的底板混凝土已經完成了大部分溫度應力作用下的收縮變形，而墩墻由于混凝土水化熱溫升的作用，其內部溫度和底板混凝土之間會形成較大的溫差，一個變形基本完成或完成大部分，一個變形卻剛剛開始，二者的收縮變形顯然存在著很大的差異。后澆筑的上部混凝土受先澆筑的底板等約束，限制其自由變形而產生拉應力。混凝土開裂是內部應力積累的結果，當不斷積累的內應力超過了混凝土的抗拉強度，裂縫就出現了。底板約束力對于墩墻來說相當于外力作用。水閘墩墻等薄壁混凝土結構長度方向的尺寸遠大于厚度方向。由于底板約束作用而產生的結構應力沿墩墻縱向分布更不均勻，而墩墻內部混凝土質量、密實程度也不同，總是存在著薄弱部位，各種因素綜合作用下產生的拉應力超過了混凝土的抗拉強度時，裂縫就產生了。而這種情況下的裂縫一旦出現將是沿著厚度方向的、且更多表現為貫穿性的裂縫。從某種意義上講，常規的施工工藝，這種裂縫的出現是很難避免的。

此外斷面突變部位如門槽、墩墻上孔、洞、轉折等部位，由于溫度收縮受制約而應力集中，也是產生裂縫的原因之一。

2）目前，水利工程施工基本采用商品混凝土，其有著減少污染、提高效率、促進施工現代化等諸多優點。然而隨著預拌泵送混凝土的大量應用，水工混凝土結構溫度裂縫問題越來越突出。政府在大力推廣使用商品混凝土的同時對其生產過程的控制提出了嚴格的要求。商品混凝土同自拌混凝土相比的一大缺點就是拌合場到澆筑地的運輸距離較遠。為了保持混凝土的流動性，常常人為地加大用水量，這直接導致了混凝土配合比的改變，往往好事變壞事。對此，必須加以注意，嚴格按照相關規范和規定執行。商品混凝土往往水膠比較高，從混凝土耐久性的角度來講，應盡量使用低水泥用量，低水膠比的配比，有利于水泥水化熱的降低，有利于混凝土密實性的提高和裂縫產生概率的降低。

2.2 防治措施

1）混凝土裂縫的防治措施重在預防，大量研究與實踐證明預防混凝土產生裂縫需要采取綜合手段，包括設計階段優化混凝土配合比和骨料級配。在滿足混凝土設計要求和便于施工兩個前提下，摻入粉煤灰盡可能降低水泥用量；摻入減水劑，降低水膠比，達到減少水化熱的產生減小混凝土自身收縮的目的。混凝土中可以考慮摻入抗裂纖維，以提高混凝土自身的抗裂性能。施工階段通過通水冷凝控制混凝土入倉溫度，并加強混凝土的灑水養護。這里非常重要的一點就是要想辦法改善因工序導致的混凝土澆筑次序不同而產生的約束條件。可以通過合理地安排施工工序，盡量縮短相鄰結構間混凝土澆筑時間差，以減輕混凝土的約束作用。

2）水利工程中水的作用會銹蝕墻體結構中的鋼筋，因此深層裂縫的處理對混凝土的耐久性至關重要。此類溫度裂縫的處理方法主要采用裂縫高壓灌注漿 液（也稱壁可法），起到封閉裂縫，堵塞滲水通道的目的。裂縫灌漿修補材料有低粘度環氧樹脂漿液、中等粘度環氧樹脂漿液、聚氨酯等。應根據裂縫性質、裂縫寬度、裂縫深度、環境條件等選擇有效的修補方法。同時對混凝土墻體裂縫背水面采用改性瀝青防水卷材（SBS 熱熔型）處理，也可同時對裂縫的迎水面和背水面采用化學灌漿封閉處理。需要注意的是水利工程中裂縫的封閉處理是雙向的，因此在裂縫處理完成達到預期效果以后才能進行墻后土體的回填施工。

3 結語

對在建水利工程中混凝土墩墻溫度裂縫的產生原因及處理措施進行了總結探討，重點討論了因為工序問題導致的變形差而產生的裂縫。該類裂縫基本為豎直走向的貫穿性裂縫。深刻認識理解該類裂縫的成因，對創新后續工程的裂縫防控措施，提高水利工程質量，指導水利工程施工意義重大。