【摘要】本文針對(duì)泄洪水閘閘墩裂縫的成因進(jìn)行分析，研究由于閘墩墩體的內(nèi)外溫差導(dǎo)致的混凝土干縮，自生體積變形和外部導(dǎo)致的等等原因，同時(shí)造成這一系列原因的都有一定的影響因素，針對(duì)這些原因和影響因素，本文將從水閘閘墩的材料、溫度控制和施工方法等方面采取相應(yīng)措施，為防止水閘閘墩裂縫提出建議。

【關(guān)鍵詞】水閘閘墩；原因；建議

引言

水閘在我國(guó)是平原地區(qū)常見的水工建筑物，但水閘閘墩經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，這個(gè)問題一直困擾著我國(guó)工程部門，一直沒能找到更好的辦法解決閘墩裂縫的問題。閘墩出現(xiàn)裂縫將會(huì)給水閘工程帶來許多不便，同時(shí)也會(huì)給生產(chǎn)生活帶來不同程度的危害，近年來，閘墩裂縫的問題也受到了許多專業(yè)人士的關(guān)注。本文就針對(duì)這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及對(duì)其的防止措施提出相應(yīng)的建議。

1.目前我國(guó)水閘閘墩裂縫問題的現(xiàn)狀

一般來說，水閘是由底板和閘墩兩個(gè)部分組成的，它的構(gòu)造類似于T字形水工混凝土的構(gòu)造，水閘閘墩的上部可以自由伸縮，水閘的下部受到水閘底板的束縛處于固定狀態(tài)。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多工程的水閘閘墩出現(xiàn)裂縫，他們之間有許多共同特征，比如裂縫部位是墩墻中部，一般來看裂縫部位大多高出墩高的一半。

據(jù)調(diào)查，很多已經(jīng)建成和正在建設(shè)過程中的水閘工程中，閘墩裂縫的現(xiàn)象普遍存在。比如，在遼寧沈陽(yáng)的水庫(kù)中發(fā)現(xiàn)，16孔泄洪閘閘墩混凝土上有很明顯的裂縫共40多條。在湖南衡陽(yáng)水電廠溢流壩泄洪閘，據(jù)調(diào)查也同樣發(fā)現(xiàn)，有20多個(gè)閘墩都出現(xiàn)了大小不一的裂縫共計(jì)352條。從這些案例可以看出，閘墩裂縫現(xiàn)象的普遍性和嚴(yán)重性，閘墩裂縫的成因和防止出現(xiàn)此類現(xiàn)象的解決方法需要我們深入研究調(diào)查。

2.水閘閘墩裂縫的形成原因分析

2.1 材料的選擇和調(diào)配

在水閘工程的實(shí)施過程中，如果實(shí)際應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度值和設(shè)計(jì)的強(qiáng)度值兩者相差大的話，就會(huì)造成混凝土的水熱化嚴(yán)重，因此混凝土的內(nèi)部溫度就會(huì)逐漸升高，它的硬化初期會(huì)加大溫度的適應(yīng)力，特別是在冬季施工的水閘工程，在冬季受到氣溫等因素的影響，混凝土工程在澆筑的過程中會(huì)產(chǎn)生更多的水熱化。即使混凝土對(duì)于溫度的保持有良好的效果，但是也會(huì)由于使用不當(dāng)產(chǎn)生許多新問題，比如水泥的用量或者水泥的號(hào)選擇不當(dāng)，調(diào)配不合理就會(huì)使閘墩裂縫的概率增大。除此之外，在進(jìn)行較大尺寸混凝土結(jié)構(gòu)工程時(shí)，對(duì)于膠骨的調(diào)配比率一定要把握好，把調(diào)配的比率控制在1：3的范圍內(nèi)，同時(shí)要適當(dāng)?shù)臏p少水泥的用量，這樣可以嘉安少由于水熱化所引起的裂縫問題的產(chǎn)生。

2.2 混凝土干縮

混凝土中的水分流失有三個(gè)走向，分別是一部分水用來滿足水泥水化的需要，一部分泌出混凝土表面，剩下的則是在澆筑振搗的過程中被蒸發(fā)掉。這些水分的流失對(duì)于混凝土干縮有著很重要的影響，在水泥凝結(jié)和硬化的過程中水分逐漸消失，最終會(huì)導(dǎo)致混凝土的體積變小甚至變形，這種現(xiàn)象被定義成為混凝土的干縮現(xiàn)象。因?yàn)榛炷恋乃终舭l(fā)導(dǎo)致濕量分布不均，所以水閘容易出現(xiàn)閘墩裂縫的現(xiàn)象。

2.3 施工過程

在混凝土的施工過程中，由于施工的不規(guī)范導(dǎo)致水閘閘墩出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象很多，比如在施工的過程中振搗不均勻，漏振或者過振等等，這些都會(huì)造成混凝土密度不實(shí)的想象出現(xiàn)，從而就會(huì)降低墩體整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，混凝土的內(nèi)部氣泡排除不盡也會(huì)對(duì)墩體受到影響。因此施工過程中的細(xì)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致水閘閘墩裂縫的出現(xiàn)。

2.4 閘體的內(nèi)外溫差

水閘的閘墩需要的混凝土體積較大，熱傳遞在這個(gè)過程中很容易滯留在體內(nèi)，如果處理不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致閘體的內(nèi)外溫差差距大，內(nèi)部溫度高于外部溫度的想象。在散熱的時(shí)候，由于內(nèi)部溫度受散熱條件的影響，導(dǎo)致它的內(nèi)部熱度很難散發(fā)出來，該部位的混凝土在升溫和降溫的時(shí)候都呈梯田式的狀態(tài)分布，所以在變形的過程中就會(huì)不一樣?；炷敛徽撌撬膬?nèi)部或是外部的膨脹都會(huì)受到來自相反方向的其他因素制約和影響，也由此導(dǎo)致混凝土?xí)艿酵獠康睦瓚?yīng)力，這種力一旦達(dá)到自身都無法承受的極限值的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，裂縫也會(huì)越來越深。

2.5 混凝土體積變形

上文提到混凝土的水分蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致混凝土變形，實(shí)際上，除了水分蒸發(fā)的因素外，混凝土在澆筑后都會(huì)有其自身的化學(xué)變化，從而出現(xiàn)反應(yīng)程度不同的自身體積變化。一般來說，混凝土的變形多為收縮性，這是由于水泥在水化的過程中干燥導(dǎo)致水分減少，混凝土的濕度降低體積收縮。然而最終導(dǎo)致混凝土體積減小的原因是它的構(gòu)成磁療和構(gòu)成的水灰比例造成的。當(dāng)水灰比例大于0.5時(shí)，混凝土出現(xiàn)的自生收縮作用可以被忽略不計(jì)，當(dāng)水灰比例小于0.35的時(shí)候，它的自生收縮反應(yīng)和干縮的作用差不多，這個(gè)時(shí)候就需要將它的體積變形作用列入考慮的范圍內(nèi)。

3.預(yù)防閘墩裂縫的建議

3.1 混凝土材料

3.1.1 水泥材料的選擇

水泥的材料、種類、包括水泥的混合材料的品種還有在澆筑水泥時(shí)的溫度等等因素，都會(huì)對(duì)混凝土的絕熱溫產(chǎn)生影響。比如，水泥的種類會(huì)由于礦物成分產(chǎn)生的水熱化因素影響水泥絕熱溫。根據(jù)實(shí)際研究分析，越細(xì)的水泥發(fā)熱速率越快，但水泥的細(xì)度和它的具體發(fā)熱量沒有關(guān)聯(lián)，也就是說，在澆筑水閘閘墩的混凝土的時(shí)候，水化熱低即C2S和C4AF含量高、C3A和C3S含量低是水泥材料的首選。

3.1.2 骨料的熱學(xué)性能

水工的混凝土中各種成分的質(zhì)量百分比如下：石子占63%，砂子22%，水泥7%～10%，水5%。根據(jù)調(diào)查，混凝土的熱性極大地受到石子和砂子成分的影響，可以看出，粗骨料的礦物性質(zhì)對(duì)混凝土的熱學(xué)性能有著較為明顯的結(jié)論，因此，選擇熱學(xué)性好的骨料是可以控制混凝土溫度的一種方法。但是在目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的水利工程設(shè)施中，經(jīng)常存在普遍就地選擇骨料的現(xiàn)象，這就需要施工方在選擇骨料選材的時(shí)候需要按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行工程操作，在這之前，需要對(duì)其物理學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，保證工程的安全實(shí)施。然而在天然骨料不足的地區(qū)就可以選用膨脹系數(shù)小的骨料進(jìn)行實(shí)踐。

3.1.3 膠凝材料的使用

一般在大型水利工程的施工過程中，會(huì)采用摻入適量混合料的方法來降低高水熱化導(dǎo)致的裂縫問題。在混凝土的摻合材料中，摻加粉煤灰的技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，而且效果明顯，成效不錯(cuò)。它的具體效果為，當(dāng)摻加粉煤灰之后，混凝土的早期強(qiáng)度會(huì)降低，同時(shí)它的極限拉伸值降低也很明顯，同時(shí)它會(huì)限制混凝土自身的發(fā)熱程度。舉個(gè)例子來看，在7d齡期，不考慮混凝土早期可能出現(xiàn)的徐變?cè)黾右蛩睾蛷椥阅Ａ繒?huì)降低的因素，摻加混合料之后，混凝土的極限拉伸值會(huì)降低，同時(shí)，它的溫度變形值也會(huì)降低。由此可以看出，向混凝土中加入適量的混合材料的這種方法，可以有效的防止裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，是可行的措施。

3.2 溫度

利用溫度控制的方法可以降低混凝土入倉(cāng)的溫度，尤其是現(xiàn)場(chǎng)新攪拌的混凝土的度在6℃左右。當(dāng)遇到高溫天氣進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候，可以在攪拌混凝土的過程中加入適量的冰塊，這樣可以減少水的用量，從而保持混凝土的冷卻性能不會(huì)被降低。為了防止裂縫的出現(xiàn)，混凝土的澆筑工作可以選擇在春秋季節(jié)實(shí)行，春秋季節(jié)溫差不大氣候適中。同時(shí)需要注意的是運(yùn)送混凝土的工具或者澆筑倉(cāng)面都需要進(jìn)行遮陽(yáng)和進(jìn)行降溫。如果預(yù)期的內(nèi)部溫度沒有達(dá)到降低施工的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以利用在內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管的方法進(jìn)行降溫。

3.3 施工工藝的步驟與方法

在我國(guó)目前最為普遍的閘墩混凝土澆筑工程中，泵送的混凝土施工方法是最常見的。然而由于這種工藝對(duì)于混凝土的流動(dòng)性和水泥的使用量要比水混比要求更高，而且他的首期出骨料粒徑小等原因的影響，會(huì)出現(xiàn)水化熱溫升快的情況，可以說，在一定程度上確實(shí)提高了收縮裂縫出現(xiàn)的概率。因此，在澆筑的時(shí)候，為了確保它良好的散熱性，澆筑的方法可以進(jìn)行分層澆筑。把混凝土每一層的澆筑深度控制在1.0～1.5m之間，同時(shí)要確保前一層混凝土要達(dá)到初凝要求后再進(jìn)行新的一層的澆筑，最下層的混凝土可以和底板一起澆筑，利用這種連貫的澆筑方法能夠有效的降低甚至消除底板對(duì)閘墩混凝土的阻力和約束力。除此之外，在施工的過程中可以通過伸縮縫長(zhǎng)或分段的方法進(jìn)行澆筑，需要注意的是利用這種方法時(shí)需要保留1～2m的后澆帶，當(dāng)每個(gè)分段的混凝土徹底完成收縮工作后再完成預(yù)留帶的澆筑工作。

3.4 后期的養(yǎng)護(hù)

混凝土施工后期的養(yǎng)護(hù)工作目的就是為了降低它的變形程度。養(yǎng)護(hù)的目的是為了達(dá)到保濕、隔熱的效果，從而可以有效的降低裂縫的出現(xiàn)。經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)出的有效途徑有以下幾種，第一，在澆筑前需要把基層和模板都用水澆透，當(dāng)拆模后從頂部進(jìn)行淋水或者澆水的處理方法，目的是讓其表面始終保持濕潤(rùn)的狀態(tài)。第二，在閘墩的周圍進(jìn)行塑料膜的包裹處理然后再進(jìn)行澆水的方法，這種方法可以有效提升保護(hù)的質(zhì)量和效果，從而減少裂縫出現(xiàn)的概率。第三，利用在混凝土表面覆蓋塑料膜或者已浸濕的草墊等來保持混凝土表面的潮濕度。第四，拆模時(shí)間可以適當(dāng)?shù)耐七t幾天。在遇到大風(fēng)天或者高溫天氣進(jìn)行保養(yǎng)的時(shí)候，需要對(duì)閘墩進(jìn)行這樣和擋風(fēng)處理，從而保證混凝土表面的溫度和濕度適中，盡量減少混凝土表面的散熱量，確保更好的養(yǎng)護(hù)。除以上幾種方法外，還需要處理好結(jié)構(gòu)施工前對(duì)松軟土和填土的施工工作，保證混凝土的澆筑不會(huì)被破壞，同時(shí)要注意拆模時(shí)間和拆模順序，防止裂縫產(chǎn)生。

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作者簡(jiǎn)介：張俊嵩（1985—），漢，漢族，江蘇省揚(yáng)州人，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)-計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，本科學(xué)歷，揚(yáng)州大學(xué)水利工程專業(yè)工程碩士在讀，水工建筑物方向。