吳 睿

(鎮(zhèn)江市華源建設(shè)監(jiān)理中心，江蘇 鎮(zhèn)江212000)

作為水閘的主要構(gòu)成部分，閘墩的穩(wěn)定性直接影響著水利工程的安全運(yùn)行。閘墩裂縫的產(chǎn)生將直接影響結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，對(duì)水利工程質(zhì)量及安全運(yùn)行產(chǎn)生不同程度的危害。目前，國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)文獻(xiàn)總結(jié)、理論分析、工程實(shí)例驗(yàn)證等方法進(jìn)行大量深入研究［1］。為了更好地分析影響閘墩裂縫產(chǎn)生的因素，以期對(duì)裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行有效預(yù)防及處理，在資料總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行探討研究，為閘墩在工程實(shí)際中的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作提供理論支持。

1 閘墩裂縫產(chǎn)生原因

1.1 閘墩混凝土的干縮

混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中，土體內(nèi)大量水分蒸發(fā)，且相比較而言，混凝土表層的水分蒸發(fā)過(guò)程無(wú)論在速度還是程度上都遠(yuǎn)大于內(nèi)部，從而使混凝土的表層收縮大于內(nèi)部收縮，表層混凝土收縮過(guò)程中，會(huì)受到內(nèi)部混凝土的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力，進(jìn)而造成干縮裂縫的產(chǎn)生。但干縮裂縫一般僅存在于表面，且深度不大。

1.2 混凝土自生體積的收縮

由于供水不足，水泥水化過(guò)程中，部分水分被消耗，混凝土體相對(duì)濕度降低，這種自干燥的功效，促使凝膠孔對(duì)應(yīng)的液面下降，彎月面產(chǎn)生，混凝土出現(xiàn)變形，于拆模前出現(xiàn)自生收縮，體積減小。影響混凝土自生體積收縮的因素主要包括材料的化學(xué)成分組成和水灰比等。當(dāng)水灰比＜0.35 時(shí)，自生收縮和干縮的影響作用相當(dāng)，二者的影響需要綜合考慮分析;當(dāng)水灰比＞0.5 時(shí)，相比于干縮現(xiàn)象而言，自生收縮可以忽略不計(jì)［2］。

1.3 墩體的內(nèi)外溫差

溫差造成的裂縫一般多發(fā)于大體積混凝土表面和環(huán)境溫度波動(dòng)較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。水泥水化過(guò)程中，大量水化熱產(chǎn)生，通常在1 ～3 d內(nèi)可以釋放出一半熱量甚至更多，當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后，隨著散熱作用的產(chǎn)生，溫度下降，直至與環(huán)境溫度相同。作為大體積混凝土的閘墩，熱量更容易在內(nèi)部積存，使內(nèi)部在升溫過(guò)程中出現(xiàn)峰值溫度，升溫階段結(jié)束后，閘墩結(jié)構(gòu)開(kāi)始散熱過(guò)程［3］。由于混凝土表層與外界環(huán)境接觸面積大，散熱條件優(yōu)于內(nèi)部環(huán)境，熱量容易散發(fā)，所以降溫階段里，外部混凝土溫度低于內(nèi)部混凝土溫度。由上述可知，無(wú)論升溫或降溫階段，在閘墩內(nèi)外，都形成了同一方向的溫度梯度，導(dǎo)致了其變形的不一致。升溫階段，內(nèi)部膨脹受到外部的限制，在外部混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力;降溫階段，外部混凝土的收縮受到內(nèi)部約束，同樣產(chǎn)生了拉應(yīng)力，當(dāng)上述過(guò)程中的拉應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)其極限拉應(yīng)力時(shí)，裂縫產(chǎn)生。初期，裂縫通常較細(xì)，但隨著時(shí)間發(fā)展，裂縫呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大變深，甚至貫穿的趨勢(shì)。墩體內(nèi)外溫差造成的裂縫通常沒(méi)有一定規(guī)律。裂縫沿長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間裂縫寬度、長(zhǎng)度大小不一，具體形式受溫度影響較明顯，一般環(huán)境溫度越低，裂縫寬度較寬，環(huán)境溫度越高，裂縫較窄;高溫膨脹引起的混凝土裂縫一般呈現(xiàn)中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯［4］。

從上述分析可知，影響墩體內(nèi)外溫差的主要因素包含混凝土品種、用量、澆筑入模溫度及環(huán)境溫度等?；炷翜囟茸兓^(guò)程線如圖1 所示，其中，Tp 是入倉(cāng)溫度值，Tf 是穩(wěn)定溫度，Tr 是水化熱溫升值。

圖1 混凝土溫度變化過(guò)程線示意圖

1.4 混凝土的外部約束

閘墩通常底部固定結(jié)合在一定的底板上，上部自由。一般情況下，底板澆筑完成后，需要間隔一定時(shí)間才進(jìn)行閘墩的澆筑工作，此時(shí)，底板混凝土已經(jīng)凝結(jié)。在閘墩混凝土澆筑早期，大量水化熱產(chǎn)生，溫度升高，閘墩體積膨脹，但受到底板約束，產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力，由于混凝土澆筑早期，彈性模量低，基本處于塑性狀態(tài)，產(chǎn)生的壓應(yīng)力很小，且很快會(huì)松弛掉。隨著熱量的散發(fā)，混凝土逐步降溫，綜合干縮及自生體積變化等影響，閘墩體積開(kāi)始收縮，此時(shí)受到底板的拉應(yīng)力約束，由于沿水流方向閘墩較長(zhǎng)，該方向的拉應(yīng)力也較大，且混凝土齡期短，強(qiáng)度低，產(chǎn)生的拉應(yīng)力易超過(guò)其抗拉強(qiáng)度，于是，在閘墩上較易產(chǎn)生垂直于底板和水流方向的裂縫。

從上述分析可知，影響混凝土外部約束的因素主要是閘墩的伸縮縫長(zhǎng)度和底板與閘墩混凝土的澆筑時(shí)間間隔，澆筑間隔時(shí)間越長(zhǎng)，影響越大。

1.5 沉陷產(chǎn)生的裂縫

沉陷所導(dǎo)致的裂縫的產(chǎn)生原因主要有以下2 點(diǎn):

1)由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不均勻、松軟，回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致。

2)模板剛度不足，由于模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等所致，此類(lèi)裂縫多為貫穿性裂縫，裂縫走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30° ～45°角方向發(fā)展較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系，裂縫寬度受溫度變化的影響較小。

2 處理措施

從上述分析易知，造成閘墩產(chǎn)生裂縫的原因是多方面且相互作用的，為了能夠更好地預(yù)防和控制閘墩上裂縫的產(chǎn)生，提高水利工程運(yùn)行的長(zhǎng)久性與穩(wěn)定性，結(jié)合裂縫產(chǎn)生的原因，目前，工程上采取的措施主要包含材料優(yōu)化、溫度控制、施工工藝改進(jìn)及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等。

2.1 優(yōu)化配比材料

混凝土材料的合理配比是預(yù)防并控制裂縫的重要措施。從上述分析的閘墩裂縫產(chǎn)生原因入手，具體表現(xiàn)如下。

材料采用中、低熱硅酸鹽水泥，在降低水化熱的同時(shí)亦減少水泥用量;添加緩凝劑，可以有效幫助散熱，降低混凝土體內(nèi)外溫差;借助于膨脹劑可以很好地提升混凝土對(duì)應(yīng)的自生收縮性，抵消結(jié)構(gòu)由于收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，但工程實(shí)際中需要注意的是，膨脹劑要使用在閘墩底有外部約束的地方;減水劑可在水灰比不變時(shí)減少水和水泥用量，降低水化熱。此外，材料的合理配比是設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問(wèn)題。

2.2 溫度控制

對(duì)于溫度的控制，需要注意以下2 點(diǎn):

1)降低混凝土的入倉(cāng)溫度，現(xiàn)場(chǎng)新拌混凝土的溫度需控制在5 ℃～6 ℃左右，澆筑盡量選擇春、秋季，避免在夏季午后或冬季進(jìn)行，若環(huán)境溫度較高，則可以用冰片代替部分水進(jìn)行混凝土冷卻，同時(shí)，對(duì)于混凝土的輸送工具及澆筑艙面，要進(jìn)行降溫操作。

2)減小內(nèi)外溫差，具體表現(xiàn)為在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，進(jìn)行人工導(dǎo)熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度，而對(duì)外部混凝土則進(jìn)行隔熱保護(hù)，調(diào)節(jié)表面溫度下降速度，縮小內(nèi)外溫差。

2.3 改進(jìn)施工工藝及方法

具體到工程實(shí)際上，需要改進(jìn)的工藝方法有以下3 點(diǎn):

1)由于泵送混凝土流動(dòng)性大，水泥用量大，水灰比大，水化熱高，易產(chǎn)生裂縫，所以在閘墩混凝土的澆筑過(guò)程中，盡量少用泵送方式，特別是底部，一定要用常態(tài)混凝土。

2)為了使混凝土更好散熱，可分層澆筑混凝土，每層厚度控制在1.0 ～1.5 m，上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完，最底一層混凝土可與底板同時(shí)澆筑，這樣就可削弱或消除底板對(duì)閘墩混凝土的約束。

3)考慮到約束和長(zhǎng)度有關(guān)，可以縮短分縫長(zhǎng)度，減小底板約束作用，或者分段澆筑，預(yù)留1 ～2 m的后澆帶，待各段收縮完成之后，再在后澆帶中澆筑膨脹型混凝土［5］。

2.4 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，是為了減慢變形速度，具體養(yǎng)護(hù)措施可以簡(jiǎn)單分為模板拆除前和拆除后。拆模前，可以設(shè)置擋風(fēng)板等用以減小環(huán)境風(fēng)速的影響;模板可以推遲3 ～4 d拆除，以起到隔熱和保濕作用;拆模后，首先在閘墩四周裹上塑料薄膜，而后再自頂部進(jìn)行澆水或者進(jìn)行淋水，保證混凝土表面濕潤(rùn)，同時(shí)，可以涂抹防裂劑到混凝土的表面，產(chǎn)生很好的保濕效果［6］。

2.5 環(huán)境條件維護(hù)

環(huán)境條件一般包含地基條件、模板條件等。施工前，需要對(duì)松軟土質(zhì)進(jìn)行加固，保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，后期澆筑混凝土?xí)r，要注意防止地基被水浸泡;模板選擇上要保證具備足夠的強(qiáng)度，固定后保證地基受力均勻，拆除模板時(shí)則要注意時(shí)間及先后順序。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，得出下述結(jié)論:

1)干縮及混凝土自生收縮都會(huì)產(chǎn)生裂縫，但干縮造成的裂縫僅存在于表面，自生收縮在水灰比＞0.5 時(shí)可以忽略不計(jì)。

2)墩體混凝土內(nèi)外溫差及墩體與底板混凝土澆筑時(shí)間間隔都對(duì)裂縫形成產(chǎn)生重要影響，溫差越大，時(shí)間間隔越長(zhǎng)，裂縫越易產(chǎn)生。

3)優(yōu)化材料配比、溫度控制、工藝改進(jìn)及后期維護(hù)是貫穿工程始終的預(yù)防和處理裂縫問(wèn)題的有效措施。

上文雖然對(duì)水利工程中閘墩裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行了探討，初步總結(jié)了影響裂縫形成的因素，并分析了相應(yīng)的處理措施，但具體到工程實(shí)際中，則需要考慮實(shí)際工程環(huán)境與需要，因此，需要做進(jìn)一步深入研究以揭示閘墩裂縫機(jī)理，尋求新技術(shù)進(jìn)行裂縫的預(yù)防及處理工作，為工程實(shí)際提供理論及技術(shù)支持。

［1］戴亞飛，符國(guó)兵. 水利工程閘墩裂縫的成因及預(yù)防措施［J］. 工程施工，2012(04)，25 －28.

［2］覃維組. 混凝土的收縮開(kāi)裂及評(píng)價(jià)與防治［J］. 混凝土，2001(07)，3 －6.

［3］遲培云，錢(qián)強(qiáng)，高昆. 大體積混凝土開(kāi)裂的起因及防裂措施［J］. 混凝土，2001(12)，30 －32.

［4］孫國(guó)光. 水閘閘墩裂縫形成原因及預(yù)防措施［J］. 甘肅水利水電技術(shù)，2009(45)，33 －36.

［5］潘近勇. 水閘閘墩細(xì)微裂縫的原因分析與防治方法［J］.科技資訊，2013(04)，81 －82.

［6］劉長(zhǎng)明，李明蔚. 薄壁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫及其控制［J］混凝土與水泥制品，2000(04)，45 －47.