楊謙

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司湖北宜昌443002）

解析水庫(kù)大壩水工混凝土裂縫病害及防治技術(shù)

楊謙

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司湖北宜昌443002）

我國(guó)絕大多數(shù)的大壩都是混凝土大壩，這就不可避免的出現(xiàn)水工混凝土大壩裂縫病害的困擾。本文分析了裂縫的成因以及預(yù)防和補(bǔ)救措施，給我國(guó)水庫(kù)大壩水工混凝土裂縫病害防治提出了新思路。

水庫(kù)大壩；混凝土；裂縫病害

1 引言

水工混凝土大壩體積龐大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝都較復(fù)雜。設(shè)計(jì)和施工稍有不慎，就會(huì)對(duì)水庫(kù)大壩的安全穩(wěn)定產(chǎn)生影響。在眾多影響因素中，在實(shí)際工程中壩體的開(kāi)裂是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，而裂縫的存在會(huì)影響壩體的耐久性和強(qiáng)度，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害的影響，部分甚至導(dǎo)致嚴(yán)重滲漏，致使工程難以正常的使用，影響經(jīng)濟(jì)效益和工程壽命的發(fā)揮。鑒于上述情況，徹底理解產(chǎn)生混凝土大壩裂縫的成因，并在設(shè)計(jì)和施工中采取適當(dāng)措施，有效預(yù)防和防止混凝土大壩裂縫顯得尤為重要。

2 裂縫的危害

混凝土固有的特性注定了它是一種“脆性有余，韌性不足”的建筑型材料，易于在外界的因素影響之下開(kāi)裂。水工混凝土的結(jié)構(gòu)，非常普遍的現(xiàn)象之一就是開(kāi)裂，裂縫的出現(xiàn)和延續(xù)不但會(huì)影響水工建筑物的質(zhì)量外觀，更加會(huì)影響到其使用功能和承受能力，同時(shí)易于造成混凝土碳化、鋼筋銹蝕等一系列的混凝土的耐久性問(wèn)題，對(duì)水工建筑物使用壽命危害嚴(yán)重。裂縫形成的原因復(fù)雜，影響因素很多，有著巨大的危害性。裂縫的出現(xiàn)嚴(yán)重的影響了混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，人民生命財(cái)產(chǎn)安全受到極大威脅。裂縫的種類(lèi)很多，危害性各不相同，表面的裂縫降低混凝土結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，易于導(dǎo)致應(yīng)力的集中，有著發(fā)展為貫穿裂縫或深層裂縫的潛在性。貫穿裂縫或深層裂縫的危害性非常大，不但會(huì)破壞水工混凝土的結(jié)構(gòu)整體性，降低混凝土結(jié)構(gòu)功能的發(fā)揮，更會(huì)加速混凝土碳化、加速鋼筋的銹蝕、降低混凝土抗?jié)B和抗疲勞性能，極大地降低水工混凝土結(jié)構(gòu)使用的壽命。

3 水庫(kù)大壩水工混凝土的裂縫類(lèi)型以及成因分析

3.1 由施工或設(shè)計(jì)原因?qū)е碌牧芽p

混凝土的配合比設(shè)計(jì)不但會(huì)對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度造成直接的響影，而且還是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂重要的原因。養(yǎng)護(hù)混凝土是正?；炷劣不闹匾襟E，裂縫的出現(xiàn)與養(yǎng)護(hù)條件的好壞直接相關(guān)。在混凝土的澆筑施工中，振搗的不均勻，或是過(guò)振漏等都會(huì)造成混凝土密實(shí)度差、離析，減小結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度。

3.2 水工混凝土變形引起的裂縫

隨著環(huán)境溫度的變化，混凝土在無(wú)任何約束的情況下體積可以自由的縮脹，但是當(dāng)體積的縮脹受到外力的限制時(shí)，溫度應(yīng)力會(huì)在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到極限值時(shí)的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致裂縫?；炷岭S濕度和溫度的變化要產(chǎn)生濕脹干縮、熱脹冷縮的現(xiàn)象，當(dāng)變形收縮受到約束的時(shí)候，構(gòu)件將產(chǎn)生拉應(yīng)變和應(yīng)力，當(dāng)混凝土容許值小于拉應(yīng)變值超時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。鋼筋混凝土構(gòu)成的大壩體積非常大，不過(guò)混凝土與水的比熱值存在較大差距，當(dāng)空氣的濕度和溫度發(fā)生改變時(shí)，收縮裂縫極易在混凝土壩體上產(chǎn)生，部分壩體混凝土在施工時(shí)的澆筑過(guò)程剛剛結(jié)束就會(huì)產(chǎn)生裂縫。除此之外，混凝土大壩的結(jié)構(gòu)內(nèi)部體積和截面龐大，此外水泥在自身水化的過(guò)程中生成了大量的熱量，這些熱量聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部難以散去，但是表面熱量散失的很快，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部形成了一個(gè)溫度梯度，致使膨脹變形不一致，在混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了壓應(yīng)力、外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了拉應(yīng)力，壓應(yīng)力和拉應(yīng)力共同作用產(chǎn)生裂縫。

3.3 外部荷載所導(dǎo)致的水工混凝土裂縫

不同性質(zhì)的荷載作用在水工混凝土也會(huì)出現(xiàn)不同種類(lèi)的裂縫。構(gòu)件在集中荷載或均布荷載的作用下產(chǎn)生了內(nèi)力彎矩，混凝土的抗拉強(qiáng)度抵不過(guò)拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是靠著鋼筋來(lái)抑制裂縫的出現(xiàn)，讓其小于裂縫寬度的最大范圍，當(dāng)由于混凝土材料性能不達(dá)標(biāo)、存在配筋設(shè)計(jì)方案欠妥，或者是施工荷載過(guò)大、施工過(guò)程出現(xiàn)了地基沉陷等的因素，從而引起壩體結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生裂縫。

3.4 堿集料混凝土反應(yīng)裂縫

堿集料混凝土反應(yīng)裂縫的意義是骨料中的活性二氧化硅與水泥中的堿發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成物體積發(fā)生膨脹所導(dǎo)致的裂縫。因此在選取骨料中堿性的物質(zhì)含量超一定程度，此類(lèi)裂縫極易在混凝土產(chǎn)生。

3.5 混凝土銹蝕鋼筋裂縫

鋼筋表層受到腐蝕以后生成了鐵銹，可增加幾倍的體積，外側(cè)混凝土受到擠壓產(chǎn)生了垂直于徑向的拉應(yīng)力。在混凝土的承載能力經(jīng)受不住拉應(yīng)力后就會(huì)在混凝土保護(hù)層上導(dǎo)致沿順?shù)摻羁v向的裂縫，且裂縫還會(huì)繼續(xù)的擴(kuò)大。

4 對(duì)裂縫病害的預(yù)防修補(bǔ)

混凝土裂縫因形成原因不同，其預(yù)防措施也不盡相同。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐摸索，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫可從多方面采用措施加以預(yù)防。

4.1 裂縫病害的預(yù)防

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：充分考慮環(huán)境因素和邊界條件，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)形式要合理選擇；合理分塊、分縫；設(shè)計(jì)合理的鋼筋保護(hù)層，控制好厚度；如果滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，盡量選擇強(qiáng)度低的混凝土。

（2）材料方面：混凝土配合優(yōu)化，水膠比要得到有效控制；選擇水化熱相比較低的低熱或中熱水泥；降低水泥的用量，限制混凝土入模的溫度；采用優(yōu)質(zhì)的原材料，盡量用低堿的水泥；可以適當(dāng)?shù)膿接脙?yōu)質(zhì)纖維、粉煤灰、膨脹劑等的材料，混凝土自身抗裂性能得到了提升。

（3）施工方面：規(guī)范施工行為，優(yōu)化施工程序和施工工藝；確保其壓實(shí)度合格，夯實(shí)地基基礎(chǔ)；嚴(yán)格控制好混凝土拌合過(guò)程和原材料計(jì)量，提升混凝土抗?jié)B性和密實(shí)度；盡量避免集中卸料，盡量保證混凝土的均勻性；改進(jìn)或加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)制度，養(yǎng)護(hù)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)；混凝土原材料要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，混凝土入模溫度要降低；結(jié)合面處理質(zhì)量要嚴(yán)格控制，避免起層破壞，確?；炷恋恼辰Y(jié)牢固。

4.2 裂縫病害的修補(bǔ)

水工建筑普遍存在現(xiàn)象之一就是裂縫。整治裂縫病害，其內(nèi)容主要包括：裂縫的檢測(cè)、調(diào)查、裂縫修補(bǔ)、裂縫成因分析與加固補(bǔ)強(qiáng)的判斷、裂縫的修補(bǔ)工藝及修補(bǔ)方法等。目前能夠選擇超聲波檢測(cè)混凝土裂縫深度（對(duì)、斜測(cè)法）、超聲波檢測(cè)混凝土裂縫深度（平測(cè)法）。裂縫通常分為增長(zhǎng)縫、活縫和死縫。不同類(lèi)別的裂縫應(yīng)該采取不同修補(bǔ)的方法，對(duì)于活縫應(yīng)該應(yīng)用彈性材料修補(bǔ)；對(duì)死縫則可以用剛性的材料填充修補(bǔ)；一般來(lái)說(shuō)在引起活動(dòng)的因素消除后才能對(duì)活性裂縫進(jìn)行修補(bǔ)選；對(duì)于增長(zhǎng)縫，首先一定要解決引起裂縫的問(wèn)題，不然的話修補(bǔ)裂縫于事無(wú)補(bǔ)。環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)高分子材料是裂縫修補(bǔ)廣泛采用的材料，它是靠將樹(shù)脂漿液注入到裂縫之內(nèi)。當(dāng)裂縫寬度較小而環(huán)氧漿液粘度大的時(shí)候，這種修補(bǔ)方法就無(wú)法滿足需求。當(dāng)前可以選擇混凝土裂縫注漿新技術(shù)——“壁可”注漿技術(shù)。這種技術(shù)是自動(dòng)通過(guò)像膠管的彈性收縮壓力來(lái)完成注漿，均勻緩慢的灌漿壓力會(huì)把縫隙中的空氣壓入混凝土的各個(gè)毛細(xì)管當(dāng)中，并在混凝土自然呼吸的過(guò)程當(dāng)中自然排出，氣阻現(xiàn)象得到了有效地避免，保證了灌漿質(zhì)量。

剝蝕破壞，同樣要先進(jìn)行危害性分析和診斷，隨后定制出修補(bǔ)決策并采取補(bǔ)救的措施。通過(guò)嚴(yán)格運(yùn)行管理、精心施工和合理設(shè)計(jì)能夠避免空蝕破壞的產(chǎn)生。不過(guò)，沖磨破壞是難以完全避免的，一般通過(guò)高抗沖磨材料襯砌可以達(dá)到延緩磨蝕速度的目的，通過(guò)恢復(fù)鋼筋周?chē)鷫A性的環(huán)境、限制混凝土中水分的含量以及外加電流陰極保護(hù)技術(shù)做好鋼筋銹蝕的修補(bǔ)。目前一般的剝蝕處理方法是將已剝蝕的混凝土全部鑿除，回填具有高抗空蝕性、高抗沖磨、抗凍性能的優(yōu)質(zhì)材料進(jìn)行處理。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)水庫(kù)大壩水工混凝土裂縫病害的危害、原因等進(jìn)行了分析，隨后給出了預(yù)防措施和多種補(bǔ)救措施。對(duì)于水工混凝土大壩，提早防治可以很大程度上降低裂縫的可能性，一旦出現(xiàn)裂縫，也有多種補(bǔ)救預(yù)案準(zhǔn)備，可以使裂縫造成的危害降到最低。

[1]范思毅.淺談水庫(kù)大壩水工混凝土裂縫病害及防治技術(shù)措施[J].珠江水運(yùn)，2015（22）：76～77.

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1004-7344（2016）28-0177-02

2016-9-12

楊謙（1985-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利工程技術(shù)管理工作。