浅析大型水工地下结构的抗裂技术

王耀飞　张平

摘要：大部分水工建筑物工程主体结构均处于地下，混凝土结构出现裂缝危害具体，维修困难，是对水工建筑物施工质量的一种巨大挑战，也对最基本的抗裂性能质量提出了越来越严密的要求。特别是混凝土裂缝控制直接影响着结构的耐久性，对工程的施工质量有着不容忽视的重要意义。文章对大型水工地下结构综合抗裂技术进行了阐述。

关键词：混凝土；综合抗裂技术；水工结构

1 思路分析

大型水工建筑工程如果正在运行过程中，水工结构一旦由于抗裂性能不佳产生裂缝，那么对于后期的维护极为不便，这也是对混凝土结构的抗裂性能提出高质量要求的直接原因。而在大型水工建筑的施工过程中为了解决抗裂性能不佳的难题会有些方面难以完善。其中比较常见的有如下两个：

1.1 材料

水工建筑的底板和侧墙一般都是大体积的混凝土结构，这样的结构要求材料的均衡性和面对施工环境的抗压性一定要很好，此外尺寸规模也增大了施工的困难，混凝土裂缝的控制难度也显著提高。

1.2 环境

水工环境的整个施工工期较长，一般都会经过冬夏两季，这就无形中考验了水工结构在不同温度环境下的抗裂性能是否一致能保持高质量，而施工手段是否会因为夏季高温和冬季低温有所影响，这其中混凝土的配合比就由于温度的差异极难控制，容易出现初凝过早的现象。

2 设计理念

大型水工建筑的施工对混凝土综合性能均有较高的要求，在确定配合比时，既要保留普通混凝土的强度和抗渗性，同时还应该通过特殊的掺加剂来提高混凝土的高抗裂能，而且要作为混凝土的综合性能的关键指标。因此，在施工方案的设计上，必须立足于创新科技的时尚理念，重点考虑混凝土配合比的设计。在配合比设计过程中，混凝土的高抗裂性不仅需要确保材料的高性能，还需要在结构的受力分析、混凝土配合比设计与混凝土施工技术上多加分析研究，这样才能保障水工地下结构的高抗裂性。

3 提高水工结构抗裂性能的发展

目前，在建筑行业的领域内，关于抗裂性能的评定并没有一个严格的标准或者规定，一般都是通过其他性能的表现形式来反映某个结构的抗裂性能好坏。在大型地下水工结构综合抗裂性能的评断上，工程师都会选择较为常见的衬托法来说明结构的抗裂性能，如力学性能判定法、收缩判定法、平板法、砂浆抗裂环法等等。其中，这几种侧面烘托抗裂性能的手段中力学性能或收缩测试具有一定的局限性，仅仅只能判定混凝土自身的性能，但是结构的综合抗裂性能不能有所保障。而另外的平板法和砂浆抗裂环也不能面面俱到，但是通常都需要用模拟试验法来进行结构抗裂性能的测试，这样下来就会作用的领域比较单一而不能全面评估建筑工程结构的综合抗裂性。针对大型水工建筑的复杂结构，许多工程师都会选择采用几种以上的方法来综合提高水工地下结构的抗裂性能，通过对力学性能和体积变化性能测试、模拟试验、理论计算等等技术手段，对混凝土抗裂性有一个客观实在的了解，进而在具体的施工方案的设计上能确定一套切实可行的施工体系。再从建筑结构分析的角度来蓝看，混凝土的性能是结构抗裂性能表现的直接因素，因此在研究抗裂性的试验中必须注重混凝土的配合比设计和建筑结构的设计，需要综合考虑混凝土的热学性能和建筑自身的稳定性。

4 基于实测数据的抗裂仿真计算

在具体的建筑工程施工之前，需要设计师对整个工程的各类数据进行系统的计算和分类，继而利用统计学的知识进行数据仿真，分别作出最优的选择来进行施工，所以在为了确定对结构抗裂最为有利的施工方案，设计师应该同技术人员一同商量如何应对温度应力、收缩作用、徐变作用以及施工荷载的影响，并对混凝土初期的弹性模量与强度的变化进行细致的计算，一般都是通过计算机仿真技术来间接模拟水工建筑的结构，并进行有一定规律的演变从而测定结构的综合抗裂性能。主要考虑的匀速有三个：结构、环境和材料。作为水工结构早期性能的主要影响因素，只要通过建立变形开裂的仿真模型，再对结构的约束应力、混凝土应力和钢筋应力的发展进行数据分析。这个过程中混凝土实测数据主要有：混凝土的弹性模量、绝热温升以及劈拉强度。由于水工结构的高抗裂性要求混凝土的质量较高，所以在混凝土的配合比上需要综合利用各种原材料，包括复合矿物掺合料、抗裂纤维以及聚羧酸型减水剂等等。在通过基于实测数据的抗裂仿真计算及专业技术人员和设计人员进行讨论研究，最终确定采用何种施工方案和施工的手段来使得水工结构的抗裂性能有所保障。

5 动载状态下的抗裂措施

由于施工条件和工程进度的要求，混凝土浇筑与支撑爆破拆除需同时进行。支撑爆破对距离较近的永久结构影响较大，尤其是新浇筑的混凝土结构（底板和内衬墙），混凝土尚处于早龄期阶段，強度还在发展过程中，结构抗裂性也较差，易受爆破震动的破坏，爆破震动会使水泥浆与骨料开裂，甚至形成贯通性裂缝，影响混凝土后期强度增长。而且大型水工地下结构的抗裂性要求较高，这就需要在爆破过程中还要考虑爆破强度是否会对大型水工地下建筑工程的抗裂性能造成影响。在大型水工地下建筑工程的施工中，管理人员一方面要大力控制混凝土原材料的质量，保障在施工过程中不会出现自身材料的问题，而在施工过程中，则需要技术人员能在混凝土配制、生产和施工方面采取相应的的技术措施；另一方面采用爆破动力响应模拟计算的方式，对动载状态下的水工结构的抗裂安全性进行分析，并提出相应的爆破施工措施和要求。这样的双重保险措施就能够大大的保证地下水工结构在爆破时的安全，很高程度上避免了施工中因爆破震动而引起的质量事故。除此之外，混凝土是脆性材料，抗拉性能较差，因此在配合比设计时，以大体量混凝土的低水热路线为基础，在保证抗裂性的前提下，尽可能地提高混凝土的弹性模量和抗拉强度。此外，在混凝土完成浇筑工序后，在短期内必须进行一系列的保护措施，如利用薄膜或草包覆盖、浇水等方法，做好保温、保湿养护工作。

6 结束语

混凝土结构的抗裂性能直接影响其使用性和耐久性，尤其水工地下结构对抗裂性要求极高。在大型水工建筑工程中，从建筑结构方案的设计、抗裂性能的评价、仿真数据的计算以及抗裂工程的施工等等几方面都需要事先进行综合的抗裂技术研究，这样才能最大限度的提高水工地下结构的抗裂性能，使得建筑工程质量有所保障。水工建筑结构的复杂性和特殊性决定了技术人员在设计和管理工程结构的过程中，对混凝土裂缝的质量要求非常高。而综合抗裂技术都是基于高质量的混凝土来完成的，这就要求技术人员在混凝土的材质与配置上都需要多花心思，此外管理人员还需要结合具体的施工设计方案和施工环境来保证抗裂性能的最优化。

参考文献

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