水利工程施工混凝土裂缝成因分析及控制措施

袁月丽

(山东省菏泽市东明县水务局，山东 菏泽 274500)

0 引 言

混凝土作为水利工程施工中的常规材料，更是此类工程项目的建设基础，可见混凝土质量会对水利工程项目施工质量、进度产生直接影响。伴随着社会时代的发展，人们对公共基础建筑设施的质量要求也在不断提高，水利工程也不例外。倘若施工中混凝土质量出现问题，那么水利工程项目投入使用后的服役寿命也会大打折扣，尤其是混凝土裂缝问题更会影响水利工程的安全性，这也是目前水利工程施工中的常见问题之一。所以，全面把握水利工程施工中各种混凝土裂缝的成因以及了解针对性控制措施，在水利工程项目建设中显得尤为重要。

1 混凝土裂缝概述

在水利工程施工中，混凝土裂缝属于常见现象，而根据裂缝对结构、功能的影响程度，可简单划分为有害裂缝与无害裂缝，其中无害裂缝仅仅影响结构外观，不影响功能及其安全性、耐久性[1]。但是随着时间推移，无害裂缝的深度与宽度有发展的趋势，一段时间后可能发展成为有害裂缝，所以做好对水利工程施工混凝土裂缝的控制工作非常必要。相关从业者必须关注混凝土裂缝问题，对裂缝进行及时处理，否则就会因为力长时间集中作用于裂缝处，形成疲劳裂纹，诱发深层裂缝形成，威胁到水利工程的安全性。另外，在水利工程当中，裂缝的出现会加速混凝土老化，并且因为裂缝与河水直接接触，会影响堤坝安全性，而且会导致混凝土内部金属元素泄漏在水中，对水质形成污染，引发其他问题。

2 水利工程施工混凝土裂缝的成因分析

在水利工程施工过程中，混凝土会产生不同类型的裂缝，而不同类型混凝土裂缝的形成原因有所不同，所以下文将基于混凝土裂缝类型着手，对各自的形成原因进行分析。

2.1 收缩裂缝的形成原因

收缩裂缝作为水利工程施工混凝土裂缝的主要类型之一，导致其形成的因素并非单一，而是在多种原因的混合影响下形成。举例来讲，在混凝土搅拌过程中如果时间超出标准值，那么水泥浆会漂浮于表面，而骨料会在钢筋以及其他物质的影响下而无法完全沉降至底部，便极易产生混凝土裂缝问题[2]。另外，水利工程施工中会用到大量混凝土，同时混凝土施工完毕后还要对混凝土建筑予以保护，否则混凝土会因为外部因素的影响而出现表面水分快速流失的情况，也会产生收缩型裂缝。

另外，混凝土作为施工材料，本身质量也是导致其裂缝问题出现的主要原因之一，甚至会影响后续施工工艺，所以必须保证混凝土配合比的科学合理性，才能提升混凝土本身质量。但是在实际施工过程中，常常会因为混凝土配合比不合理的情况存在，而导致混凝土裂缝出现(如图1所示)。

图1 塑性收缩裂缝

2.2 温差裂缝的形成原因

水利工程施工中，混凝土内外部温度的骤升骤降，同样会引发裂缝出现，与下面几种因素相关：

1)季节温度差异。不同季节的温度有所不同，而且某些地区的年度整体温度变化也有差异，如果年度温差过大，水利工程易出现位移情况，尤其是桥梁类工程，其支座出现位移会导致桥面出现伸缩缝。当混凝土结构位移超出预设值后，则会引发温度裂缝，严重影响项目质量。

2)日照温差。日照形成的温度差是形成混凝土裂缝的主要原因之一。长时间接受太阳照射的部位，温度必定比其他部位更高，而在日照温差的应下辖，局部拉应力逐渐增大，一旦混凝土无法承受局部拉应力，便会出现裂缝[3]。

3)温度骤降。温度骤然下降同样会导致混凝土裂缝形成，原因在于外部冷空气环境作用，会直接导致混凝土内外部温度下降，而混凝土结构外部与内部的温度下降速度不一致，往往外部降温更快，从在内外部温度下降失衡的情况下，会导致混凝土产生温差裂缝。

4)水热化。在混凝土浇筑施工过程中，混凝土内部在水热化的作用下释放热量，而此时混凝土外部结构温度远没有内部高，所以会形成混凝土裂缝，这种裂缝会直接影响水利工程建筑的安全性与耐用性。

5)养护不当。混凝土施工完成后需要第一时间进行养护，但由于养护不当的情况存在，所以也会造成混凝土产生裂缝。

2.3 沉降裂缝的形成原因

混凝土出现不均匀沉降情况，是导致沉降裂缝形成的主要原因，而引发混凝土不均匀沉降的因素众多。其中，如果水利工程基地建设水平较低，则会直接影响地基本身承载能力，上层施工建筑不断增多，则容易出现沉降情况，此时在地基两端软弱时，则会引发裂缝(如图2所示)。另外，水利工程的各个部位负荷有所不同，如果差异过大，则极易产生沉降问题，一旦拉应力与剪应力超出水利工程自身的抗拉强度与抗剪强度，同样会形成裂缝。同时，在水利工程结构部位脆弱处，相对来讲更易产生裂缝，这类沉降裂缝主要表现为弯曲、剪切裂缝[4]。

图2 沉降裂缝

2.4 构造裂缝

由于存在刚度突变、质量不均、形状变形等情况，而引发传力转折、应力集中等问题，直接造成混凝土局部结构出现裂缝，这便是构造裂缝的形成原因。虽然在前期设计中综合考量了构造裂缝的规避措施，但是无法完全避免这种裂缝的形成。

3 水利工程施工混凝土裂缝的控制措施

通过详细分析水利工程施工中不同类型混凝土裂缝的形成原因，下文将针对相应类型混凝土裂缝提出有效控制措施。

3.1 收缩裂缝的控制措施

在水利工程施工中，必须重视对混凝土收缩裂缝的谨慎预防，确保水利工程项目施工质量。

1)合理开展混凝土养护工作。①混凝土浇筑完成后，需要第一时间开展养护工作，夜间覆盖薄膜可防止水分过快流失，优化混凝土结构整体性能，避免形成混凝土裂缝；②夏季施工由于室外温度较高，在水利工程施工中必须开展对混凝土的浇水工作；③混凝土配合比会直接影响混凝土本身质量，所以要按照水利工程施工要求，合理确定配合比，严格按照配合比进行混凝土配制，并且在搅拌过程中合理投放骨料，降低混凝土坍落度。

2)合理设置控制缝。作为结构缝的一种类型，控制缝能够有效防止混凝土裂缝对水利工程质量造成的负面影响。通过设置控制缝，能够削弱混凝土结构的特定截面，诱导可能出现的裂缝沿着预设截面且按照预设形式开裂，如此一来能够混凝土内部结构在外界力量影响下便能避免混凝土裂缝的肆意扩大[5]。一般来讲，控制缝主要用在大体积或相对细长的混凝土结构中，也可设置在应力集中区域，能够有效增强混凝土裂缝控制水平。当然，针对不同部位设置的控制缝需要合理布设间距，要了解各部位的间距范围，在施工中合理把控。举例来讲，地面控制缝间距需控制在4.5-7.5m左右。要依据水利工程项目实际情况进行控制缝合理设置，并且要着重注意不可在钢筋、止水片等部位设置控制缝，否则会直接影响控制缝效果。

3.2 温度裂缝的控制措施

在水利工程施工过程中，必须重视对温度裂缝的控制，防止严重温度裂缝现象影响工程质量。

1)鉴于混凝土原料配合比与温度裂缝的产生有着直接关系，所以需要合理选用混凝土配料。在配制混凝土时必须加入混合料，能够有效降低混凝土裂缝的形成概率，同时于其中添加引气剂、塑化剂等，不但能控制裂缝产生，也能提升水利工程施工效果。

2)为了抑制水化热反应而造成混凝土内部温度急剧升高，需要做好降温处理。可在混凝土拌和过程中，往水中加入冰块。或者在碎石搅拌时，提前对碎石进行冷却，均能有效控制裂缝产生。

3)在夏季高温时期进行混凝土浇筑时，要适当缩减浇筑厚度，并且提前埋入冷却管，做好降温处理，有效平衡混凝土结构的内外部温度，避免因为温差过大而出现裂缝[6]。

4)气温的骤然变化同样会出现混凝土裂缝，所以必须提前掌握天气信息，结合实际情况对混凝土开展保温作业。

5)因为季节性温差而引起的裂缝主要发生在混凝土暴露部分，所要对水利工程暴露部分进行隔热或保温处理，防止水利工程局部温度太高或太低而出现裂缝。

3.3 沉降裂缝的控制措施

沉降裂缝的出现会直接影响水利工程的功能发挥，所以必须采取合理措施予以控制。

1)前期委派专业人员对水利工程施工现场进行地质勘察，全方位把握地质数据，为施工设计提供数据参考。

2)结合水利工程项目结构分析其荷载分布，杜绝出现单个部位承载受力过重的情况。

3)要想从根本上控制住沉降裂缝，则需要重视水利工程的设计工作，综合考虑结构的刚度、静定结构、细柔结构等因素，通过提高工程设计水准而规避因为沉降问题而出现的裂缝情况。

3.4 构造裂缝的控制措施

要想改善水利工程中构造裂缝问题，可采取如下几种控制措施：

1)对受力钢筋进行密布，选用细筋，能够起到改善构造裂缝的效果，进而保障水利工程质量。

2)合理设置伸缩缝，降低构造裂缝发生可能性，也能弱化构造裂缝的扩大形势，当然在设置伸缩缝时，一定要契合设计规范与水利工程设计要求。

3)合理设置后浇带，同样能抑制构造裂缝产生，在具体设置时要把控好后浇带间距，不能超过30m。此外，还要对后浇带混凝土间隔时间及浇筑材料合理控制，浇筑间隔时间不得超过2个月，并且在浇筑时不得采用膨胀型混凝土。

4)采用预制构件能够有效抑制构造裂缝的产生。

4 水利工程施工混凝土裂缝的处理技术

虽然上文提到了水利工程施工中各种类型混凝土裂缝的控制措施，但在实际施工中无法做到混凝土100%不会出现裂缝，意味着裂缝的出现很难避免。而面对已出现的混凝土裂缝，则需要进行科学处理，加强混凝土强度，降低混凝土裂缝的负面影响。下文便对几种常见的混凝土裂缝处理技术展开分析。

4.1 混凝土置换技术

当水利工程在施工过程中察觉到有混凝土出现裂缝质量问题，可用符合施工标准的材料将其中混凝土结构直接置换，从而降低裂缝问题对水利工程质量的影响。混凝土置换技术方法在使用时具备强化结构抗剪性与截面强度的效果，并且不会影响整体结构的净空。然而缺点在于作业过程中周期较长，必须对时间进行合理控制，而且仅适用于受压部位强度较低、存在一定质量缺陷的梁柱混凝土承重结构中，才能体现出应用效果，而其他部位的结构裂缝处理则要看实际情况而定，不得盲目应用，否则影响施工效果。

4.2 材料黏贴技术

一种是钢材料黏贴技术。该技术主要适用于承载力较低的混凝土裂缝当中，特别是水利工程中正截面受拉区、受压区或是斜截面部位，于表面部位黏贴符合要求的钢板材料，不但能够强化结构承载力，同时也能保证混凝土裂缝处理的便捷性，如图3所示。

图3 钢板黏贴处理混凝土裂缝

另一种则是纤维增强塑料黏贴技术。选用胶结材料，在出现混凝土裂缝的部位黏贴纤维增强复合型材料，能够保证该材料与裂缝结构形成共同工作面，同样能强化结构本身承载性能[7]。

采取材料黏贴技术对水利工程施工中的混凝土裂缝进行处理，能够表现出耐腐蚀、耐潮湿的效果，不会造成混凝土结构重量大幅增大，并且耐用性良好，无需投入过多维护成本。

4.3 灌浆填充技术

如果水利工程施工中的混凝土裂缝对结构本身的安全性、承载性能形成了明显威胁，则要及时采取灌浆填充技术进行妥善处理，该技术方法可细致分成如下3种：

1)压力注浆法。在面对相对较小的混凝土裂缝时，可选用这一方法，实际应用过程中，首先要对混凝土表层及裂缝周围的杂物进行全面处理，然后连接封闭裂缝与注浆嘴，提前开展漏浆试验以及配置合适的注浆液，待注浆完成后清理混凝土表面。

2)涂抹封闭法。面对宽度不超过0.2mm的细小裂缝，可采取涂抹封闭法进行处理，同样也可用于防水处理和装饰混凝土表面，从应用效果来看，能够有效抑制混凝土保护层出现的碳化情况，减轻有害物质对混凝土的腐蚀作用。具体应用中，首先要沿着混凝土裂缝凿出U形槽，对槽的深度及宽度严格控制，一般在30-50mm之间，然后于槽的底部及两侧涂抹上截面处理浆，并且向U形槽中注入提前预制的聚合物水泥砂浆[8]。后续的养护中不得浸湿或直接日照。

3)开槽填补法。结合结构物的实际情况，在表面合适部位开槽，如果混凝土表面裂缝控制偏大，也可选用这一技术方法，开槽完毕后涂抹截面处理浆，做好养护。

4.4 裂缝修补技术

水利工程施工中出现混凝土裂缝情况必须采用合理的修补技术进行处理，才能确保结构稳定性。不同宽度的裂缝的处理方法有一定差异，具体表现在如下方面：

1)细小裂缝修补。对于宽度在0.3-3mm之间且未出现显著剥落情况的混凝土裂缝，可直接用黏接剂灌浆的方式予以修补。首先，要根据混凝土裂缝的特征合理选用注射器、钻孔或喷嘴等设备，将环氧树脂材料直接灌进混凝土裂缝内部。在对细小裂缝的修补中，可以直接灌浆，也可间接灌浆，无论如何均需保证对裂缝的高效处理，才能强化混凝土强度及稳定性。

2)一般裂缝修补。针对宽度在3-15cm之间的局部裂缝，则要根据实际情况合理修补，倘若不存在断裂情况的裂缝，则可于裂缝周边部位切除长度在12cm左右的材料，保证切除方向与裂缝方向平行，深度把控在10cm左右，进而在与裂缝方向垂直的部位设置螺丝钢、与裂缝方向平行的部位设置圆钢，通过绑扎形成钢筋网结构。待条块状裂缝修补体系设置完成后，再配置混凝土材料进行均匀涂抹。

3)轻微断裂型裂缝修补。针对存在轻微断裂情况的裂缝，在修补时应当于裂缝周边15cm左右的范围内进行凹槽切割，深度则把控在混凝土结构的50%左右，于凹槽底部用冲击钻进行钻孔，将表层杂质清理干净，然后在钻孔内部布置螺丝钢，最终回填砂浆，能够明显提升混凝土裂缝控制效果。

5 结 语

综上所述，水利工程项目建设施工有着复杂性、系统性的特点，对施工技术水平及现场管理水平要求较高。而混凝土裂缝问题作为水利工程施工中的常见问题之一，相关管理人员必须了解其中收缩裂缝、温差裂缝、沉降裂缝以及构造裂缝等不同类型裂缝的形成原因，同时引进先进施工技术，对各种裂缝进行有效控制，保障水利工程施工质量。通过预防和治理两方面手段的应用，能够最大程度上减小混凝土裂缝的危害，从而为水利工程投入安全使用夯实基础。