涵闸墩墙裂缝成因分析及预防措施

一、概述

涵闸是水工建筑物中较典型的建筑项目，墩墙属于涵闸中的关键构件，质量好坏直接影响到整个建筑物的耐久性和使用寿命。墩墙在完建期中会出现不同程度的墙身裂缝，若处理不到位，会极大影响墩墙质量。在涵闸施工过程中，大部分墩墙裂缝是在拆模后发现的。一般来说，墩墙裂缝有其共同点。（1）裂缝纵向位置大部分位于构件的中间位置；（2）裂缝位置一般出现在底板与顶板以上下1m 左右范围内；（3）涵闸施工正常先浇筑底板，当墩墙进行浇筑时，间隔时间至少1 个月左右，间隔时间较长，且前后气温相差大；（4）裂缝宽度一般在0.3mm 以下；（5）对销螺栓上下直线位置容易出现裂缝；（6）大部分裂缝是在温差较大的情况下形成的，一般温差值超过20℃以上易导致裂缝出现。

二、裂缝成因剖析

1.温差应力造成裂缝

温度应力是产生裂缝的重要因素。裂缝的宽度与深度与构体厚度有关。墩墙构件相对于大体积混凝土厚度较薄，但墩墙高度较高，均在7m 以上，在混凝土水化力作用下，存在热量的传递问题。由于上下传递速度不一，易在内部形成积存，导致了内外温差不一致。外部较易散热，而内部受到温度的影响，其散热条件较差，形成了内外变形不一致，产生了拉应力，很容易导致裂缝。在表层温差应力作用下，首先在构件保护层开裂，逐渐向核心段扩展，当钢筋混凝土拉应力大于温差应力时，开裂的势头被遏制，反之温差应力就会继续扩张，两侧墙身扩张形成一致性，此时构建物处会形成贯穿裂缝。贯穿性缝一般出现于厚度为30～60cm 的墩墙，缝宽为0.3mm 左右。水闸墩墙厚度超过1.0m，虽然表层有温差应力作用，但不足以使表层被拉裂。可见裂缝的形成与墙厚有一定关联，一般60cm 厚度的墩墙极易产生贯穿裂缝，8O～100cm 厚的墩墙易形成浅层裂缝，100cm 以上厚度的墩墙，在配筋合理情况下裂缝出现机率要小得多。

2.混凝土水化热造成裂缝

混凝土浇筑过程中，放出的热量称为水化热。虽然墩墙截面小，但高度较高，封模中的混凝土在凝固过程中内部热量散失很慢。如山东某供水项目，酷暑下施工，钢模外侧温度实测达到52℃，积聚在内部的热量散失显然很难，当进行水养护冷却时，由表到内就会收缩，从而在混凝土内部产生拉应力，当应力足够大时，就会产生裂缝。再加之养护不及时（水养护来不及蒸发吸收），又与表面干缩缝共同造成裂缝破坏。

3.外部因素造成裂缝

（1）底板与墩墙混凝土浇筑时间不同步形成压束。构件物固结在底板上，上部为自由段，一般底板浇筑与墙身浇筑间隔时间较长，在浇筑墙身混凝土时底板收缩已经基本完成，混凝土已达到设计的强度，而此时墙身沿其高度方向可以自由收缩；厚度方向由于墙体为薄壁混凝土，断面小、压缩小。由于混凝土早期产生的水化作用，随着温度的升高，体积的膨胀受到底板的压缩；随着降温收缩并在自身体积变形影响下，混凝土体积收缩，同样受底板的压缩，从而产生拉应力，尤其是垂直于底板方向的混凝土受到压缩力最大，该方向产生拉应力也最大。

（2）墩墙由于纵向尺寸较长，需分级跳仓浇筑，由于模板周转关系，在两节墩墙之间，立模时不够紧密，构筑物所预留的伸缩缝，按照设计要求为2cm，两节墙身不同收缩再加之立模偏差，造成间隙错缝，最大可达到5cm，处理不好就会形成缺陷，需要进行修补。若立模及时进行压模处理，间隙变小，对控制墩墙裂缝能起到较好的作用。如山东某供水涵闸，采用整体滑式钢模，注重墩墙之间连接效果，在墩墙模板安装就位后，上下端利用电动葫芦收紧调试，夹紧对位，减少墩间的缝隙，有效控制了墩墙裂缝的产生。可见两端无压束时，中心线附近墩墙易出现裂缝；反之受到两端压束，虽产生温度扩散应力，但受到两端先期浇筑墩墙反向力作用，可有效限制裂缝的形成。

（3）对销螺栓孔位置容易形成纵向中间裂缝。经观察，墩墙裂缝均在纵向上产生，且易在墙身中心线附近的对销螺栓孔位置上产生。反映出该处为应力集中区域，容易出现裂缝，破坏构建稳定。

三、墩墙裂缝的预防

1.材料和外加剂的选用

通常水工建筑物采用的是普通硅酸盐水泥，同时在商用混凝土中也添加了一定数量的外加剂，如：缓凝剂可以减慢混凝土放热的速率；减水剂可在水灰比不高时，减少水和水泥用量，从而降低水化热；为防墙身底部由于外部压缩力的影响，也可考虑在混凝土浇筑前掺添水泥用量万分之一左右的铅粉作为膨胀剂，降低新老混凝土温度应力差而产生的拉应力。

2.施工工艺的改进

视墙身高度情况，若混凝土浇筑高度达3m以上，应在模板中间有意识地打些透气孔，改善散热条件，帮助混凝土中间位置的散热，以此促进构建上中下部实现同步散热，减少局部段温度应力集中的问题。

3.加强对外约束力造成裂缝的控制

（1）根据墩墙的结构形式，以及结构相关要求、施工时段（气候）等情况，通过计算，提前估量混凝土浇筑后可能产生的最大温度收缩应力。如小于混凝土的抗拉强度，则表示裂缝控制技术措施能有效控制裂缝的出现；如大于抗拉强度，则应及时采取调整混凝土浇筑温度的措施，减低水化热升值，降低内外温差。一般而言，应综合采用优化配置材料、调整施工工艺、控制原材料拌和及混凝土入仓温度等措施，减小温差，尽可能地使温差不大于20℃。

（2）养护是否到位，直接关系到墩墙裂缝的控制成效。工程实例反映，无论气温高低，在施工时都应做好混凝土养护工作。在冬季低温条件下施工，为使混凝土不被冻坏，保证水化效果不减低，应对混凝土表面采用保温措施。一般采用在墩墙表面用塑料膜和稻草覆盖（厚度不少于10cm），并注入热气；或采用覆盖保温材料，内侧用电热毯加温。在夏季高温条件下施工，为减少混凝土内外温差，延缓收缩和确保散热有效性，使混凝土在缓慢的散热过程中获得必要的强度来抵抗温度应力，同时降低变形速度，充分发挥材料的徐变松弛特性，有效地削减约束力，通过计算，可适当在墩墙中线两侧2m、底顶部上下1m 范围内，布设Φ10@10 钢筋片，作为抗裂的手段。此外高温条件下尤其要注意3～7 天内混凝土水化力产生期的养护，改进养护方法，采取不间断养护措施，确保散热效果得法，减少裂缝产生。

（3）墩墙中心位置2m 范围内，立模时要注意优化销螺栓的布置，上下位置要错开开孔，呈梅花形布置，防止产生应力集中破坏。

四、结语

墩墙裂缝的存在会对构件甚至整个水闸工程的整体性和稳定性产生破坏，由于混凝土产生裂缝后会发生碳化等一系列化学反应，造成溶蚀破坏作用，影响水工建筑物的耐久性和和抗渗功能。对此墩墙施工时要全面分析探究裂缝产生的原因和危害，通过优化配合比、改善施工工艺、选用合适的添加剂、做好养护工作等措施，使裂缝控制在允许范围内，提升墩墙的稳定性，确保工程效益的发挥■