水闸工程施工期混凝土裂缝成因探析

2020-11-27谢文栋

水电站机电技术 2020年11期

谢文栋

（临沂市水利局，山东临沂 273300）

水闸工程是我国发展水运工程的重要组成部分之一，水闸工程施工边墩以及挡墙结构均由混凝土组成，其具有较好的持久性和稳定性，相比于其他材料价格更低廉、容易获取、施工方便、承载能力较强，所以混凝土在房屋建设、桥梁施工以及水利工程上面得到了广泛应用[1]。因为水利工程的结构大多数处于水下，裂缝长时间地存在会导致钢筋腐蚀膨胀，加剧破坏混凝土的结构。所以在水闸挡墙以及边墩施工的时候，需要提高混凝土浇筑质量，尽量避免产生裂缝。

为减少水闸工程施工过程中混凝土裂缝的产生，本文从不同方向研究了混凝土裂缝的成因，并针对原因提出防治裂缝出现的有效建议。

1 混凝土基本概况

混凝土材料跟其他材料相比较，其承载能力较强，工人施工获取以及使用便利，所以混凝土材料在社会各类工程的施工过程中都得到了广泛使用[2]。混凝土大规模使用浇注的过程当中，因其产生裂缝而长期困扰着研究专家与施工人员，对于其性能各类学者也做了长期研究。混凝土使用初期其性能会剧烈变形，但在此时期，混凝土产生裂缝的原理还未成熟。所对应裂缝的深度取值范围分别在，0.1 h～0.5 h，0.5 h～1.0 h，h，在实际工程的过程当中，需要尽可能避免形成贯穿以及纵深裂缝的产生[3]。

2 水闸工程基本概况

一般的水闸工程由两个孔道的泄水孔组成泄水闸，这里以辽宁省的某处水利工程为例，其总轴线长约110 m，两孔一联闸室的底板高度和宽度分别为30 m和32 m，底板厚度达到2.5 m。泄水闸高度达到17.5 m，两边的墩和中墩宽度分别为1.8 m和2.5 m，水闸孔的宽度能够达到50 ～60 m。因为开挖基坑在水闸工程中存在较大难度，所以在施工的具体内容当中，难以进行整体工程浇筑。因此在水闸工程施工过程中采用了3块分层的浇筑模式，即先实施中间部分，再右侧，最后浇筑左侧部分。

3 目前水闸工程产生裂缝的原因

我国大多数水利工程都采取将3块分层浇筑模式，但在实际水闸工程施工过程中，会因为各种内部和外界因素导致裂缝出现，混凝土底层底板裂缝如图1所示。

图1 底层底板裂缝位置

因此，本文结合实际工程情况，从浇筑温度、降温速率、材料以及间歇期等方面分析混凝土产生裂缝的原因，并据此提出了相应对策。

3.1 温度的收缩性

施工队伍在完成混凝土浇筑的任务以后，其内部水泥会持续发生水化，从而释放出大量的水化热。在整个水化热的过程当中，混凝土极容易受到温度的变化而发生变形，例如其结构感受到约束就会产生相应的拉应力，当这种力超过一定的允许强度以后，构件就会产生温度裂缝。施工材料、温度环境以及结构的散热情况等问题都会影响到混凝土的内部温度，当环境温度发生较大变化时，混凝土内部和外部就存在一定的温度差。通常水利工程对混凝土内外部温度差规定为不超过25 ℃，保护层的降温速率也不快于1.5 ℃每天，一旦超过上述规定数值，混凝土就容易出现裂缝。

3.2 配合比设计

混凝土的配合比不仅要满足支持技术强度，还要尽量增添粗骨料，减少水泥用量，进一步提高混凝土的抗裂功能，将其自收缩的频率也降至最低。相关研究表明，早期使用的混凝土水灰比越小，其自收缩性就越大。而对于我国大部分中等强度的混凝土来说，水泥的用量普遍偏大，水灰比较小，造成了混凝土的强度值较大。由于强度较大的混凝土其松弛能力较弱，更进一步加剧了混凝土水闸产生裂缝趋势。

3.3 底板的约束

水闸墩的混凝土受到温度效力和收缩力的双重作用下，闸墩混凝土就会产生内部变形，因为水闸底板约束其产生变形，从而使得水闸在其最脆弱的地方发生有规律的变形和裂缝。在水闸工程的施工期中，施工队伍若不能有效解决底板对混凝土的约束作用，便只有加强工程监督和控制，将混凝土的温度效力降至最低。并且控制好拉伸力不超过混凝土本身能够承受的范围之外，尽量避免产生裂缝。

4 水闸工程防止裂缝的有效建议

为了进一步控制混凝土产生裂缝，可以根据上述研究发现的问题采取针对性措施：

（1）在配合比当中掺入一定量的膨胀剂，减少混凝土因为温度收缩而产生的变形和裂缝。通过大量研究数据可知，一般的水利工程所使用配合比当中，膨胀剂占比为6 %～8 %时能够带来较好的控制功能，提高整体坝体的稳定性，有效防止冻裂破坏和渗透破坏。

（2）施工队伍需要在水闸结构的重要部位设置温度测定器，监测在不同的季节及不同时间段混凝土完成浇筑后的温度，并且详细记录温度，这样也同时为后续的养护工作提供相应依据。养护时间可以根据实际检测到的混凝土内部温度调节。在水闸墩受到较大温度收缩力的区域增加构造钢筋，可以较好地控制混凝土在施工阶段的温度变化，消除水闸产生裂缝的情况，满足目前水闸工程施工设计的需要。

（3）施工队伍需要合理选择水泥用量以及标号，因为在冬季施工的过程中，混凝土容易水化热，虽然能够避免混凝土受到冷冻，保证其使用强度，但是也相应增加了混凝土硬化的初期应力。所以这就需要队伍合理选择水泥，预防混凝土出现裂缝。较大结构的混凝土要控制胶骨比在1：3程度以上，这样不仅可以减少水泥的用量，还能够降低水化热的程度，在一定程度上控制裂缝的出现。