水利施工中预防混凝土裂缝的措施

朱晓英，葛朝阳，陈 锋

（1.江苏筑宇工程技术有限公司，江苏 扬州 225200；2.南水北调东线江苏水源有限责任公司扬州分公司，江苏 扬州 225000）

水利工程的建设与发展利国利民，然而要想使水利施工的质量得到保障，则还需相关施工人员从水利工程的各项细节着手，通过技术的改进与提升，对水利工程的各个环节施以保障。混凝土作为水利施工中的一项重要材料，常常会由于人为管理不到位和其他外在因素而引发裂缝现象，其对整体工程危害巨大，需要相关施工人员加以重视并采取相应技术手段和管理措施对这一现象展开防治[1]。对于广大水利工程施工者而言，开展水利施工混凝土裂缝预防的研究具有较高的实用价值。

1 混凝土裂缝概述

混凝土裂缝是水利工程中比较常见的一种现象，一般情况下可简单地从裂缝产生的时间分为使用过程中产生的使用裂缝和由于施工不当引起的施工裂缝，使用裂缝可以通过正常的使用维护，以及后期的修补加固技术补救，在此就不多做阐述。施工裂缝又可以根据对结构功能的影响大小简单分为有害裂缝和无害裂缝，在正常使用情况下，无害裂缝仅影响结构外观，对结构的性能或者耐久性不产生任何影响，但在使用过程中无害裂缝的宽度及深度发展到一定程度，也有可能发展成有害裂缝，所以做好水利施工的裂缝控制及预防对于提高水利工程的使用寿命有着很大的意义[2]。

2 水利施工中混凝土裂缝类型

2.1 沉降收缩裂缝

沉降收缩裂缝主要是指混凝土在发生向下沉降时所产生的裂缝。这一裂缝的形成原因有两方面，一是混凝土块地基土质松软，或是机器回填土时没有压实，混凝土在不均匀下沉时会产生深进的裂缝；另一种是模板的支撑距离过大，刚度不足的模板也会令混凝土发生下沉，产生梭形裂缝，不过当地基稳定之后，这种裂缝也不会再有深向发展的可能。沉降收缩裂缝的产生与模板的选择、施工人员的施工质量、温度的掌控都有一定的关系[3]。

2.2 干缩裂缝

干缩裂缝主要是指混凝土施工完成后初期（15 天左右）由于混凝土内外部凝固程度不同（外部比内部干燥凝固快）所造成的表层收缩变形的裂缝。这类裂缝基本上都停留在表层，内里并没有如沉降收缩裂缝那般的贯穿式伤痕，但仍然会对混凝土的抗渗性产生影响，且其内部钢筋易在水下环境中遭到腐蚀，从而为混凝土的承重能力带来较大的破坏。干缩裂缝的产生与混凝土的调配比例、温度及其养护工作的开展具有直接的关联，比如水灰比例不合理、外界温度骤升骤降都会令混凝土发生干涸不均匀而产生裂缝。

2.3 塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝主要是指混凝土内部凝固后期，混凝土表面水分过快流失，混凝土内外部拉伸力不同所产生的塑性收缩式裂缝。塑性收缩裂缝受到受力方向影响多呈现中间粗、两边细的缝形，长度在20 cm 到3 m 之间，有大有小，互不交叉。这一裂缝多产生于外界温度过高或风力较大的情况下，而混凝土的配比也对其凝结时间有一定影响。为避免这类裂缝的产生，施工人员须根据施工的天气情况对混凝土调制、搅拌作周密的判断，否则一旦产生裂缝，将会为混凝土施工的整体质量带来较大冲击。

2.4 温度裂缝

温度裂缝主要是指混凝土施工阶段受骤冷、骤热温度的影响而产生的裂缝，其形成原因与干缩裂缝或塑性收缩裂缝相似，但裂缝走向通常没什么规律，受高温影响所产生的裂缝通常比较窄，相对的受低温影响所产生的裂缝则比较宽，而且高温裂缝会有中间粗、两边细的区别，而低温裂缝粗细变化则不明显。大面积的裂缝会呈现出蜘蛛网形态，不过一旦存在大面积裂缝，施工后期的修复保养成本就会比较高，因而这类裂缝也较为棘手。

3 水利施工中混凝土裂缝的预防措施

3.1 做好施工前期的各项测量工作

水利工程的混凝土施工对于混凝土量与比例的要求十分严格，因而在正式施工前往往要开展一系列的准备工作。首先施工管理者要熟悉图纸，明确施工项目的有关规范，并依此制定施工标准，尤其是测量标准要保证精准，以为后面的混凝土调制、浇灌奠定良好的基础。其次就是建筑物的放样测量，这一工作要求极高，应选取专人负责，以对各个工段进行数据资料采集[4]。需要注意的是，测量仪器与工具等要保证精确度，并定期送检、校对，否则测量误差大，会对后期的混凝土浇筑施工产生较为不利的影响。

3.2 重视混凝土的原料采购与配比

混凝土的原材料包括水泥、砂、粗骨料和外加剂。其中水泥与水搅拌可起到结胶作用，但添加时要考虑粗骨料酸碱性，如粗骨料为碱性，则水泥中的含碱量必须得到控制；砂是混凝土中的细骨料，采购时要选取硬度高（模数2.4～2.8）、清洁的原料；粗骨料（碎石等）的选择通常对大小有明确的控制，并保持清洁，以免掺入杂物；最后外加剂包含速凝剂、膨胀剂等，应尽量选择质量好的制剂以为混凝土的浇筑与凝固带来质量保障。而混凝土的配比要根据工程的实际要求与施工天气、温度来进行设计，需要施工人员具有丰富的经验，在保证混凝土浇筑现场不发生坍落的同时，也要尽可能减少因天气、温度对混凝土凝固的影响。

3.3 注重混凝土的浇筑细节

混凝土浇筑首先要保证搅拌细节，施工人员在混凝土的配料、搅拌过程中应做好称重记录，做到8 h 内不少于两次检查，以确保混凝土质量。浇筑环节中施工人员要明确混凝土分仓、铺料、平仓细节。一般分仓都是按照闸室和闸墩（闸坝工程）进行分配的，分好后将混凝土料平铺成30～50 cm 厚度，之后便是平仓过程中对大骨料的振捣。由于大骨料颗粒较大，不经振捣容易给混凝土整体质量带来破坏，所以这一过程中施工人员要保证施工质量，避免骨料集中、漏振和振捣程度不足的情况发生，具体操作以混凝土停止下沉、表面反浆无气泡为合格，注意振捣棒的快速插入和缓慢匀速抽出，以防止混凝土面留有棒孔。

3.4 加强混凝土的养护

混凝土的养护通常被定义为施工后的混凝土保养，实际在混凝土施工的过程中一旦发生裂缝显现也是需要施工人员及时修复补救的。这样的补救可随时进行，不会耽误很长的施工周期。相比而言，混凝土施工后的的裂缝修复就比较复杂，因此需要施工人员在施工后的养护方面要注意细节。根据上文所提的几种裂缝类型可知，混凝土裂缝主要在于施工后混凝土内外干涸不均，即受外界温度影响较大所致。因而除了在调配过程中把握混凝土材料比例、控制其凝固时间外，还要对其后期凝固温度展开调控，最常见的是将浇筑时间定在温度较低的夜间，或在白天对混凝土进行遮盖，以此减少温度过高和日晒所带来的表层干涸、裂缝现象。

4 混凝土裂缝预防措施的实际应用

4.1 工程介绍

我国虽然地大物博，但水资源分布十分不均衡。南水北调工程作为我国水资源分配使用的战略性工程，其主要开展目的是通过南水北调解决北方用水问题，缓解北方地区地下水位下降，土地塌陷等现状，令南北地区的经济发展、环境建设都得到进一步的保障。南水北调工程分东、西、中三条线路，起点分别为江苏扬州的江都水利枢纽、武汉汉江中上游的丹江口水库，供水区域遍布河南、河北、北京、天津四个地区，借助三条线路联通长江、黄河、淮河、海河四大江河，工程的东、西、中线路干线总长4 350 km，其中东、中线一期工程总长2 899 km，调水规模448 亿m3，涉及人口4.38 亿人，为我国南北资源调配、东西互济提供发展新动力，促进了我国资源合理配置新格局的生成。

南水北调工程的江都段属于东线的一个支段，是东线68 项设计单元工程中已完成的一项工程，其利用京杭大运河及其平行河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖以作调蓄水库，水经泵站提水进入东平湖后分为两路，一是穿黄河、经长江流入天津，一是向东经新辟的胶东地区输出供水，途中由输水工程、蓄水工程、供电工程三部分连接。建成到如今，这些水利工程经历过修正与改造，改造工程主要包括江都三站、四站更新改造、新建江都站变电所、西闸除险加固、江都船闸改建等，工程实施后江都站年运行时间8 000 h 以上，大大提高了南水北调东线设计供水的保证率，其中混凝土的防裂工程更是发挥了较关键的作用。

针对工程的建设必须服从工程运行，工程改造需结合工程现状的难点与特点，此项目工程的建设者制定了科学的工程实施计划，使项目在施工过程中没有停止运行。项目精心组织，严抓管理，妥善解决了工程运行与施工之间的矛盾，最终项目质量安全，生产运行无事故，其中在机电设备选择、进出水流道加固（混凝土施工）、监控系统升级等方面还取得了优秀的科研成果，其技术与精神都十分值得相似工程学习与借鉴。

4.2 江都三站预防混凝土裂缝的措施

4.2.1 收缩裂缝的控制

从整个工程的改建施工角度来看，可将混凝土裂缝分为收缩裂缝和施工导致裂缝两种。首先收缩裂缝的预防要遵循以下四点原则：合理选材、控制混凝土变形；降低混凝土约束，避免裂缝形成；提高混凝土抗拉伸强度与极限拉伸值；避免应力的集中。原材料要选取水化热、细度小的水泥配置，选用膨胀水泥，应在混凝土中添加膨胀剂，搭配的骨料要保证混凝土后期的收缩变形不至过大，含泥量低的砂石配料也能有效降低混凝土的变形概率。当然施工人员采用粉煤灰与膨胀剂的双掺技术不仅令混凝土更加牢固，更在一定程度上代替了水泥用料。在混凝土注入过程中，施工人员在混凝土断面和底板等部位设置了防水层，通过设置合理的伸缩间距，严格控制了开挖流程的超欠挖情况，并对没有防水层部位进行了加厚处理，大大降低了混凝土开裂的可能性。此外混凝土浇筑间隙的处理、拆模时间的把控和后期养护也在一定程度上降低了混凝土的集中应力、提升了其拉伸程度，给混凝土的收缩裂缝防治水平带来了较大地提升。

4.2.2 施工裂缝的控制

施工裂缝是指施工过程中导致的混凝土裂缝，其应对方法为模板台车捣固，尽量采取机械捣固，以令捣固均匀，进一步提升混凝土质量。强化隧道开挖过程的断面检测，为衬砌施工奠定条件基础。控制二次衬砌使用时间，最好在围岩初期支护变形稳定时期进行，避开围岩流变特性较明显时期。混凝土的脱模要符合设计规范，未经试验人员许可禁止脱模，脱模要保证不伤害混凝土；对混凝土的保护要保证洒水作业均匀，最好能喷涂混凝土养护液对其进行养护。南水北调江都段地处江苏地区，要注意夏季施工的一些注意事项，如砂石材料不露天堆放，采取切实有效的降温措施，因为混凝土温度过高会改变混凝土的凝固时间，进而对其质量造成影响。

4.3 江都三站治理裂缝的对应方法

4.3.1 表面裂缝的治理

由于江都三站改造施工是在水利工程正常运转期间完成，所以其隧洞衬砌混凝土表面必然会出现一些日常作业而产生的扩展性裂缝。这种裂缝虽然细小却极不稳定，对混凝土的使用和寿命虽不会造成太大的影响，却也需要及时展开防渗处理。一般会采用高压水枪清洗干裂的裂缝，再用高压风枪风干裂缝表面，涂刷环氧树脂2～3 层；明确涂刷方向，如遇到环向裂缝要自上而下刷，走向裂缝则适合单项涂刷。最后为了美观，刮抹料和颜料要保证和其他部分一致。

4.3.2 深层裂缝的治理

对于裂缝较深的情况，施工人员采取的施工工艺为在裂缝中线位置凿开口宽20～30 mm 的倒V 槽，深度控制在1～2 cm，以钢丝刷清洁槽口，加水冲刷，保证槽口湿润而不积水，沿缝线方向在每隔0.5 m 的位置布置注浆管，管径10 mm 即可，用丙乳水泥净浆涂刷嵌缝，之后的15 min后开始摊铺丙乳水泥砂浆，将缝填实，控制灌浆压力逐级提升，令裂缝得到完善修复。

5 结束语

综上所述，水利工程施工环境复杂多变，施工周期长，对于施工人员的技术、管理水平有着较高的要求。若要进一步提高水利工程的施工质量，则需要施工人员从设备配置到人员管理再到具体施工均须做到谨慎与完善。尤其针对混凝土的开裂现象，工程管理人员必须抓好施工现场的流程管理，引进成熟的施工技术，通过对技术人员施工作业情况的层层把关，实现对施工质量的保障，从而让混凝土施工从材料采购到配比再到温度、时间的控制都达到标准，从而实现对混凝土裂缝现象的治与防。