水利工程混凝土结构裂缝成因及控制措施

混凝土作为水利工程建设中主要建筑材料，优点是强度高、刚度大、耐久性好、耐火好，有较高的防水性和抗腐蚀性，原材料丰富、成本低、可塑性好等。但其缺点也较突出，主要是自重大、抗拉强度低、易出现裂缝。混凝土裂缝成因复杂，一般由温度、外荷载、二次应力、膨胀、收缩、沉降、变形等综合因素引起。如在设计和施工过程中对混凝土裂缝没有足够的重视，没有对其进行控制和防护，会对建筑物的可靠性和耐久性产生影响。因此，研究和分析结构裂缝的形成原因及裂缝防控措施具有重要的意义。

一、混凝土干缩裂缝

混凝土干缩主要是因为水泥遇水产生大量的水化热，水分慢慢蒸发，混凝土的体积因此而缩小。干缩裂缝重要影响因素有水泥种类、混凝土比例及养护情况等。对此应选用科学合理的施工方案，设置伸缩缝，减少收缩作用，减少影响范围。配筋设计时，可以选择一些比较细的钢筋，但要增加配筋率。在设计时，应通过试验配置合理的水灰比，增加合适的减水剂，施工中要避免单体建筑施工时间过长。若因建筑物使用功能等特殊要求无法降低干缩时，可在结构设计时优化构造，来抵抗混凝土干缩应力。如在建筑物两端的端跨将板面钢筋加大并双向通长设置，以此抵抗混凝土干缩产生的应力。

二、温度应力产生的裂缝

浇筑大体积混凝土时，裸露在外的混凝土结构表面经常会有较大的温差。如果温度变化较大，或混凝土长时间暴露在较冷的空气中，表面温度就会快速降低，混凝土表面收缩就会受到内力约束，这种约束就是自身材料的抗拉性，当这种抗力抵抗不了混凝土收缩时就会产生裂缝。温度裂缝一般在比较长的框架梁或者现浇板中出现，这种浅表型干缩裂缝一般平行于短方向，较深型干缩裂缝会和短侧方向平行或者基本平行。温度应力裂缝一旦出现，不及时处理会造成钢筋腐蚀碳化，减少其抗冻融能力和防渗漏能力。

在施工中应选择水化热较小的水泥，比如矿渣、粉煤灰水泥等。降低水泥的用量，合理设置水灰比，改善骨料级配，降低水化热。为了增强混凝土的可塑性和保水性，减少水泥水化热，应在混凝土中加入适量添加剂，实现减水、增流、减凝效果。

高温天气下施工应采取遮阳措施，控制混凝土温度上升，降低混凝土内部温度。同时要对混凝土温度进行监控，及时采取措施对混凝土降温、排热，并预留温度收缩缝。混凝土构件温度应力与其体积大小密切相关，所以要合理制定施工方案，采取科学的施工措施和工序，多种浇筑方式并行，如分层、分块浇筑等。也可以在混凝土中安装一些冷却设施，通过冷水的流动降低混凝土内部温度，可有效降低其内外温差。加强混凝土的养护，混凝土浇筑完成后及时铺设塑料薄膜或用草帘、麻布等遮盖。冬季要注意保温，夏季要浇水养护，并根据环境温度调节养护时间。冬季混凝土表面应采取热绝缘措施，在极寒环境下还要搭建帐篷，防止寒潮袭击。

设计单位在结构设计中，要重视温度应力对结构的影响。如屋面构件昼夜温差较大，设计时要考虑提高构件抵抗温度应力的能力，可将屋面板钢筋双层双向通长设置，增大屋面板负筋配筋率。大体积混凝土的浇筑施工，设计单位应为施工单位提供技术支撑，优化施工方案，请有资质的单位进行温控测量，确保混凝土振捣密实，不可漏振、欠振和过振。施工单位应该选择一些稳定性好、水化作用热量低、水泥碱含量较低的水泥。混凝土配合比中水泥含碳量和粉煤灰含碳量要控制好，不得过高或低；通过添加具有缓凝和减水功能的添加剂，可以延缓水化热释放，降低热量的产生。选用级配良好（符合筛分曲线）、弹性模量高的粗细集料控制集料粒径和质量。采用中、粗砂，控制好混凝土配合比，减少混凝土砂水的含量。混凝土中可以掺入纤维材料，使混凝土温度裂缝控制在最小范围内。

三、沉降产生的裂缝

1.混凝土沉降裂缝

混凝土沉降裂缝是一种顺着钢筋方向的纵向裂缝，也是钢筋锈蚀的重要原因。梁板变截面处、梁板交接处、梁柱交接处、板肋交接处容易出现梭形裂缝。原因是混凝土浇筑振动后，粗骨料下沉，挤出水、空气，表面水外渗，形成垂直减量下沉。这种下沉会受到钢筋、模板、骨料和混凝土早凝的阻止或约束。预防措施如下：（1）如果断面差异过大，可采用分层浇筑的办法，先浇筑较深部分，静置1～2 小时，当其下沉稳定后，再浇筑上部结构。（2）严格控制含水率、含砂率、坍落度和水灰比等指标。按照施工规范进行振捣，并及时充分养护。（3）浇筑混凝土前，将基层充分润湿，避免混凝土结构下部水分流失，导致沉降量加大。（4）选用坚固、可靠、较新的模板，防止在浇注过程中模板因质量问题产生偏移，或者出现保护层厚度不够等问题。

为防止混凝土沉降裂缝的发生，结构设计和混凝土材料方面可采取如下措施：（1）设计增加混凝土覆盖层厚度与钢筋直径比，即增加混凝土覆盖层厚度或减小钢筋直径。（2）选用坍落度低、表面水不易外渗的混凝土材料，提高材料的结合能力。

2.地基不均匀沉降裂缝

地基在荷载的作用下，土体产生压缩变形，使建筑物产生沉降，从而造成不均匀沉降裂缝。水利工程由于不均匀沉降产生的裂缝一般有水平裂缝、竖向裂缝和斜向裂缝等，斜向裂缝产生的概率较大。一般而言，产生不均匀沉降裂缝的原因是多方面的，主要有：（1）地基软硬不均衡，施工时未对地基进行处理或处理不当，从而产生不均匀沉降裂缝；（2）建筑物上部荷载过大，地基负载后产生不均匀沉降；（3）建筑物基础结构、上部结构设计不合理，或结构刚度、强度较低，整体性差，导致出现裂缝；（4）地基不符合建设条件，或地基处理不当，造成局部地基过硬或过软，造成不均匀沉降裂缝；（5）施工质量差，或原材料不合格，工艺不符合要求。

针对不均匀沉降裂缝，要求在勘测设计等前期工作中，严格进行地质勘查，准确掌握施工现场地基土质情况，如土层分布、承载力大小、地下水位等，合理确定地基处理方案和建筑结构形式；要对软弱地基采用换土法、强夯法等措施进行处理，必要时采用深基础；调整基地尺寸，调整附加应力，减少沉降发生。施工过程中应严格设计图纸和方案施工，严格遵守操作规范和工艺，加强工序控制；砂浆、钢筋等材料要符合设计等级，杜绝不合格的材料进场。

四、结语

混凝土裂缝是水利工程建设中一个普遍而又不可避免的问题，设计人员要避免因设计疏忽而产生的裂缝，在设计中对可能会出现裂缝的位置采取足够的安全措施；施工单位要加强原材料管理，严格按照设计图纸和施工方案施工，遵守施工规程和标准；出现裂缝时要加强观测，观察裂缝的变化，判断原因，及时采取处理措施，避免裂缝发展失控，确保水利工程建筑物结构安全■