水利工程混凝土裂缝发生原因探索和处理

陈 照 张建辉

(中国电建集团海外投资有限公司 北京 100044)

一、导言

在水利施工工程施工过程中，混凝土施工技术措施不完善，会发生裂缝问题，裂缝的主要破坏因素即混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低，裂缝可能给整个水利工程项目安全隐患。因此，应关注水利工程施工中混凝土裂缝问题，采用系统化管理模型，减少严重裂缝的产生，可以通过可行有效方法，保证混凝土施工质量。

二、混凝土裂缝问题

(一)温差裂缝

温差裂缝由内外温差导致。大体上，混凝土结构出现温差裂缝的主要原因如下：(1)大体积混凝土水化热。在混凝土施工过程中，水泥发生水化，从而散发大量热量，会导致大体积混凝土内外混凝土之间会产生温度梯度，当外部混凝土热量释放时，外部混凝土收缩过程中受到拉力，裂缝由拉力超过混凝土的抗拉极限造成[1]。(2)外界气温影响。混凝土拆模中，由于混凝土结构的外部温度发生变化，产生温差裂缝。混凝土之外的较高温度将快速蒸发混凝土表面的水分，导致混凝土干裂和开缝。混凝土之外的的较低温度会造成较大的温度应力，从而会使混凝土容易发生开裂。

(二)收缩裂缝

在水利工程中，发生塑性收缩裂缝概率较大。通过混凝土结构的凝固，大概80%的水分会蒸发，其中外在水分蒸发相对较快，内里水分蒸发相对较慢，因为混凝土结构的总体积收缩，外部条件(基岩和钢筋等)及混凝土内部一起对其产生一定的作用力，使收缩的混凝土受到拉应力，这个作用力会使混凝土结构产生严重的裂缝。

(三)混凝土的均质性

混凝土拌合物由不同材料组成，在其运输及浇筑过程中，由于拌合物的坍落度不一致，会造成混凝土离析，影响混凝土的均质性，从而在混凝土发生硬化前，混凝土产生裂缝[2]。

(四)其他

(1)有些原因会产生裂缝，但很难去消除：闸墩间预制梁浇筑过程中虽然会有一定的顶拱，但梁底部裂缝仍很常见；混凝土基础出现应力集中时，浇筑后在应力集中区域会出现裂缝。

工程投入初期，以及工程完工之后，建设期出现的混凝土裂缝，会逐渐积累，裂缝会越来越严重。有部分有害杂质进入裂缝之后，或损害混凝土的整体结构，对钢结构产生腐蚀、降低混凝土抗拉性能，缩短混凝土结构的使用寿命。如混凝土结构出现严重的裂缝，将导致渗漏问题，甚至发生大坝结构严重的稳定性下降，甚至会影响水工建筑物的使用[3]。

(2)混凝土养护。通过混凝土养护，才能让混凝土更好的逐渐硬化。在此过程中，应重视养护条件，避免产生裂缝。正常的养护条件下，混凝土会逐渐硬化，不发生开裂现象，因此，现场混凝土养护应尽量接近标准的养护条件，通过有效措施，降低混凝土开裂可能性。

(3)施工质量管理。以下工作将导致混凝土离析、非密实、结构的整体强度的减小，比如，振捣不规律，遗漏振捣、过度振捣等。混凝土内部气泡的产生，需要及时大量排除，多频度震动钢筋，或者钢筋附近的水泥浆比较多，也会影响粘结力。

(4)混凝土材料及配合比。配合比的设置与混凝土的抗拉强度关系较大，配置不合理，将导致混凝土开裂。配合比设置有问题指水泥用量过大、水灰比大、含砂率有问题、骨料不合适等，以上彼此关联，共同作用。

三、混凝土裂缝防治方法

(一)优化配比，减小温差裂缝

混凝土应采用低热或者中热水泥，减少水化热；通过采用粉煤灰来代替水泥，以便增加混凝土的密实度，替考抗渗能力，减少混凝土的用量，降低混凝土的水化热；优化砂石加工系统，选取强度高级配连续的骨料，降低部分空隙率，从而水泥用量变少；也可以在混凝土中使用适量的外加剂，以便降低混凝土温度裂缝。由于混凝土是就地取材，所以需要根据当地的原材料特征进行合理的设计，从而确保混凝土的质量不受影响。

高温地区混凝土浇筑时，尽可能采取有效措施，比如降低入仓温度(一定的堆料高度、对骨料进行遮阳封闭降温、低温期间浇筑)，加速混凝土散热，合理的分仓分块也可以有效的释放水化热。

寒冷地区混凝土浇筑时，保证混凝土有较高的浇筑温度，外部要采取保温措施。

(二)避免收缩裂缝，加强施工管理

因工程建筑的力荷载需要承受，对于地基结合的混凝土结构，要求具备较强的抗压抗拉能力，应对其进行合理的设计。在施工过程中，要对混凝土基础进行清理，基础强度需满足承载力要求，不满足要求的可采取置换基础、加固基础、加深开挖深度等方式来提高承载力。

在混凝土结构突变部位，和易产生裂缝部位配置钢筋，钢筋可以有效的减小混凝土承受的拉应力，大幅加强混凝土抗拉防裂能力。在溢流堰浇筑时，基础混凝土经常采用台阶浇筑，会产生应力集中，根据混凝土的质量，在台阶外缘合理布置钢筋，可以有效降低溢流面裂缝的产生，裂缝产生后，一般采用化学灌浆的方式进行处理。

一般设计图纸都会根据建筑物的特征合理设置伸缩缝，施工时可以根据施工企业的实力合理调整。混凝土浇筑和养护不应间隔较久，通过保温和保湿，减缓混凝土中的水分流失，也防止混凝土外部温度进行较大的变化。

(三)均质性裂缝

在混凝土浇筑时，通过入仓方式的选择，避免出现离析现象。混凝土浇筑之后，分层分块浇筑，充分振捣，排除气泡，保证混凝土的密实性。

(四)上防(或上堵)和下排

通过采取上游防控和下游排出措施，减少防渗压力。上部防控包括上游的增设防渗铺盖、建设防渗帷幕、增加止水槽、增加迎水面防渗层等。下部排出包括混凝土坝帷幕后的增加排水孔、大坝上游防渗层后增加坝体排水管等。

(五)其他措施

(1)加密钢筋以增强抗裂性能，钢筋宜加密并且直径小。配筋比率宜0.3～0.5%之间。(2)避免应力过于集中，加强应力弱的地方以解决应力过于集中问题。(3)对于容易开裂的部位，考虑配置暗梁，通过提高易开裂部位的配筋，提高极限拉伸能力。(4)根据气温、施工工序和时间等特点，合理安排设置浇筑时间。在正常施工条件下，要求后浇缝间距在20米-30米之间，并且间隔时间低于60天。

四、结论

总而言之，在水利工程混凝土施工中，实施单位的工程技术和监理人员应高度重视水利工程混凝土裂缝对水利工程的影响，应采取标准的施工程序，控制管理施工的每个环节，按照规章制度定期采取质量检验，对于具体问题采取对应的管控措施，降低混凝土裂缝风险、保证工程质量。