水利工程混凝土結構裂縫成因及控制措施

混凝土作為水利工程建設中主要建筑材料，優點是強度高、剛度大、耐久性好、耐火好，有較高的防水性和抗腐蝕性，原材料豐富、成本低、可塑性好等。但其缺點也較突出，主要是自重大、抗拉強度低、易出現裂縫。混凝土裂縫成因復雜，一般由溫度、外荷載、二次應力、膨脹、收縮、沉降、變形等綜合因素引起。如在設計和施工過程中對混凝土裂縫沒有足夠的重視，沒有對其進行控制和防護，會對建筑物的可靠性和耐久性產生影響。因此，研究和分析結構裂縫的形成原因及裂縫防控措施具有重要的意義。

一、混凝土干縮裂縫

混凝土干縮主要是因為水泥遇水產生大量的水化熱，水分慢慢蒸發，混凝土的體積因此而縮小。干縮裂縫重要影響因素有水泥種類、混凝土比例及養護情況等。對此應選用科學合理的施工方案，設置伸縮縫，減少收縮作用，減少影響范圍。配筋設計時，可以選擇一些比較細的鋼筋，但要增加配筋率。在設計時，應通過試驗配置合理的水灰比，增加合適的減水劑，施工中要避免單體建筑施工時間過長。若因建筑物使用功能等特殊要求無法降低干縮時，可在結構設計時優化構造，來抵抗混凝土干縮應力。如在建筑物兩端的端跨將板面鋼筋加大并雙向通長設置，以此抵抗混凝土干縮產生的應力。

二、溫度應力產生的裂縫

澆筑大體積混凝土時，裸露在外的混凝土結構表面經常會有較大的溫差。如果溫度變化較大，或混凝土長時間暴露在較冷的空氣中，表面溫度就會快速降低，混凝土表面收縮就會受到內力約束，這種約束就是自身材料的抗拉性，當這種抗力抵抗不了混凝土收縮時就會產生裂縫。溫度裂縫一般在比較長的框架梁或者現澆板中出現，這種淺表型干縮裂縫一般平行于短方向，較深型干縮裂縫會和短側方向平行或者基本平行。溫度應力裂縫一旦出現，不及時處理會造成鋼筋腐蝕碳化，減少其抗凍融能力和防滲漏能力。

在施工中應選擇水化熱較小的水泥，比如礦渣、粉煤灰水泥等。降低水泥的用量，合理設置水灰比，改善骨料級配，降低水化熱。為了增強混凝土的可塑性和保水性，減少水泥水化熱，應在混凝土中加入適量添加劑，實現減水、增流、減凝效果。

高溫天氣下施工應采取遮陽措施，控制混凝土溫度上升，降低混凝土內部溫度。同時要對混凝土溫度進行監控，及時采取措施對混凝土降溫、排熱，并預留溫度收縮縫。混凝土構件溫度應力與其體積大小密切相關，所以要合理制定施工方案，采取科學的施工措施和工序，多種澆筑方式并行，如分層、分塊澆筑等。也可以在混凝土中安裝一些冷卻設施，通過冷水的流動降低混凝土內部溫度，可有效降低其內外溫差。加強混凝土的養護，混凝土澆筑完成后及時鋪設塑料薄膜或用草簾、麻布等遮蓋。冬季要注意保溫，夏季要澆水養護，并根據環境溫度調節養護時間。冬季混凝土表面應采取熱絕緣措施，在極寒環境下還要搭建帳篷，防止寒潮襲擊。

設計單位在結構設計中，要重視溫度應力對結構的影響。如屋面構件晝夜溫差較大，設計時要考慮提高構件抵抗溫度應力的能力，可將屋面板鋼筋雙層雙向通長設置，增大屋面板負筋配筋率。大體積混凝土的澆筑施工，設計單位應為施工單位提供技術支撐，優化施工方案，請有資質的單位進行溫控測量，確保混凝土振搗密實，不可漏振、欠振和過振。施工單位應該選擇一些穩定性好、水化作用熱量低、水泥堿含量較低的水泥。混凝土配合比中水泥含碳量和粉煤灰含碳量要控制好，不得過高或低；通過添加具有緩凝和減水功能的添加劑，可以延緩水化熱釋放，降低熱量的產生。選用級配良好（符合篩分曲線）、彈性模量高的粗細集料控制集料粒徑和質量。采用中、粗砂，控制好混凝土配合比，減少混凝土砂水的含量。混凝土中可以摻入纖維材料，使混凝土溫度裂縫控制在最小范圍內。

三、沉降產生的裂縫

1.混凝土沉降裂縫

混凝土沉降裂縫是一種順著鋼筋方向的縱向裂縫，也是鋼筋銹蝕的重要原因。梁板變截面處、梁板交接處、梁柱交接處、板肋交接處容易出現梭形裂縫。原因是混凝土澆筑振動后，粗骨料下沉，擠出水、空氣，表面水外滲，形成垂直減量下沉。這種下沉會受到鋼筋、模板、骨料和混凝土早凝的阻止或約束。預防措施如下：（1）如果斷面差異過大，可采用分層澆筑的辦法，先澆筑較深部分，靜置1～2 小時，當其下沉穩定后，再澆筑上部結構。（2）嚴格控制含水率、含砂率、坍落度和水灰比等指標。按照施工規范進行振搗，并及時充分養護。（3）澆筑混凝土前，將基層充分潤濕，避免混凝土結構下部水分流失，導致沉降量加大。（4）選用堅固、可靠、較新的模板，防止在澆注過程中模板因質量問題產生偏移，或者出現保護層厚度不夠等問題。

為防止混凝土沉降裂縫的發生，結構設計和混凝土材料方面可采取如下措施：（1）設計增加混凝土覆蓋層厚度與鋼筋直徑比，即增加混凝土覆蓋層厚度或減小鋼筋直徑。（2）選用坍落度低、表面水不易外滲的混凝土材料，提高材料的結合能力。

2.地基不均勻沉降裂縫

地基在荷載的作用下，土體產生壓縮變形，使建筑物產生沉降，從而造成不均勻沉降裂縫。水利工程由于不均勻沉降產生的裂縫一般有水平裂縫、豎向裂縫和斜向裂縫等，斜向裂縫產生的概率較大。一般而言，產生不均勻沉降裂縫的原因是多方面的，主要有：（1）地基軟硬不均衡，施工時未對地基進行處理或處理不當，從而產生不均勻沉降裂縫；（2）建筑物上部荷載過大，地基負載后產生不均勻沉降；（3）建筑物基礎結構、上部結構設計不合理，或結構剛度、強度較低，整體性差，導致出現裂縫；（4）地基不符合建設條件，或地基處理不當，造成局部地基過硬或過軟，造成不均勻沉降裂縫；（5）施工質量差，或原材料不合格，工藝不符合要求。

針對不均勻沉降裂縫，要求在勘測設計等前期工作中，嚴格進行地質勘查，準確掌握施工現場地基土質情況，如土層分布、承載力大小、地下水位等，合理確定地基處理方案和建筑結構形式；要對軟弱地基采用換土法、強夯法等措施進行處理，必要時采用深基礎；調整基地尺寸，調整附加應力，減少沉降發生。施工過程中應嚴格設計圖紙和方案施工，嚴格遵守操作規范和工藝，加強工序控制；砂漿、鋼筋等材料要符合設計等級，杜絕不合格的材料進場。

四、結語

混凝土裂縫是水利工程建設中一個普遍而又不可避免的問題，設計人員要避免因設計疏忽而產生的裂縫，在設計中對可能會出現裂縫的位置采取足夠的安全措施；施工單位要加強原材料管理，嚴格按照設計圖紙和施工方案施工，遵守施工規程和標準；出現裂縫時要加強觀測，觀察裂縫的變化，判斷原因，及時采取處理措施，避免裂縫發展失控，確保水利工程建筑物結構安全■