李國勇

（湖南省雙牌水庫管理局，湖南 永州 425100）

1 灌區(qū)水工建筑物混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因

1.1 案例概述

以湖南省雙牌灌區(qū)工程為例。雙牌灌區(qū)設(shè)計引用流量25 m3/s，加大流量28.75 m3/s，設(shè)計灌溉32.54萬畝農(nóng)田，受益人口近50萬人?，F(xiàn)有干渠1條，長96 km；支渠19條（含分支渠），總長357.60 km。干渠上主要建筑物有：渡槽12處，隧洞12處，埋管14處，倒虹吸管1處，泄洪閘9處，節(jié)制閘7處，支渠分水閘19處，其它附屬建筑物400余處。

1.2 灌區(qū)水工建筑物現(xiàn)狀

1.2.1 渡槽工程

1）由于設(shè)計方面的原因，渡槽槽身支座與排架支承結(jié)合處，在施工時未設(shè)置滑移鋼墊板，經(jīng)多年溫度應(yīng)力作用，導(dǎo)致多處牛腿混凝土開裂、掉塊與露筋。

2）渡槽槽身混凝土自然老化嚴(yán)重，尤其是臨水面混凝土脫落露筋、開裂以及蜂窩麻面現(xiàn)象普遍。渡槽槽身伸縮縫止水老化破損嚴(yán)重，漏水現(xiàn)象較嚴(yán)重。

1.2.2 隧洞工程

原設(shè)計時，因隧洞工程水文地質(zhì)勘探工作不夠詳盡，在施工中未考慮排水減壓措施，導(dǎo)致冷山、壽塘等5處隧洞出現(xiàn)側(cè)墻裂縫、錯位和底板隆起等情況。

已襯砌隧洞的混凝土均出現(xiàn)不同程度的裂紋，部分老化破損。

1.2.3 管涵工程

1）良灣倒虹吸管因施工質(zhì)量極差，混凝土開裂，滲漏比較嚴(yán)重。

2）埋管均是在工程運行時出現(xiàn)滑坡、垮方之后增設(shè)的，屬搶修工程，因施工工期短，施工質(zhì)量得不到保證，同時，在材料和技術(shù)水平上都存在不同程度的問題，運行一段時間后，出現(xiàn)變形、側(cè)墻位移、管頂開裂、露筋露石等現(xiàn)象。

綜上，混凝土裂縫是雙牌灌區(qū)水工建筑物的“常發(fā)病”和“多發(fā)病”。

1.3 裂縫產(chǎn)生的原因

1.3.1 荷載因素

一般來說，由于荷載引發(fā)的裂縫，主要類型有：

1）直接應(yīng)力裂縫。由外荷載造成的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，多是設(shè)計環(huán)節(jié)的問題，如未計算或者部分漏算、計算模型不合理等；在建筑物施工環(huán)節(jié)，未遵循設(shè)計圖紙要求，擅自改變建筑物結(jié)構(gòu)施工的順序、更改結(jié)構(gòu)受力模式等。

2）次應(yīng)力裂縫。指的是因為外荷載造成的次生應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，主要是受外荷載的影響，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)和實際受力不相符，造成部分位置出現(xiàn)次應(yīng)力使得結(jié)構(gòu)開裂。多數(shù)荷載裂縫的產(chǎn)生都是這個原因。

1.3.2 溫度因素

混凝土具有熱脹冷縮的特點，如果外部環(huán)境或者結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度出現(xiàn)變化，那么混凝土?xí)霈F(xiàn)變形，如果變形受到約束，則會造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力，若應(yīng)力超過混凝土抗拉強度，那么就會造成溫度裂縫。一般來說，引發(fā)溫度變化的原因包括年度溫差、日照強度、溫度驟降、水化熱等。其中，日照和溫度驟降為主要原因。

1.3.3 混凝土收縮

混凝土收縮造成的裂縫比較普遍，主要類型有：

1）塑性收縮。塑性收縮主要發(fā)生在施工環(huán)節(jié)，混凝土澆筑4～5 h，水泥會產(chǎn)生很強烈的水化熱反應(yīng)，造成水分快速蒸發(fā)。隨著水分的流失，加之骨料因為自重下沉，同時混凝土沒有硬化，塑性收縮產(chǎn)生的量級很大，能夠達到1%左右。當(dāng)骨料下沉?xí)r，如果遇到鋼筋的阻擋，將會形成沿鋼筋方向的裂縫。

2）縮水收縮。主要出現(xiàn)在混凝土硬結(jié)之后，由于混凝土表層水分損失快，內(nèi)部水分損失慢，使得表面收縮很大而內(nèi)部收縮比較小，造成不均勻收縮，表面收縮受到內(nèi)部混凝土的約束影響，造成表面混凝土承受拉力，如果超出一定的限制則會造成裂縫。

1.3.4 鋼筋銹蝕

從水工建筑物裂縫產(chǎn)生的原因分析，鋼筋銹蝕是一個重要原因。若混凝土質(zhì)量很差或者保護層不達標(biāo)，混凝土保護層受到侵蝕炭化至鋼筋表面，造成鋼筋表面氧化膜被破壞，從而產(chǎn)生銹蝕。受銹蝕引起體積膨脹等因素影響，鋼筋有效截面減少使得鋼筋結(jié)構(gòu)承載力弱化，進而引發(fā)裂縫。

1.3.5 材料因素

混凝土的材料包括水泥、骨料及拌合水等。若材料配制的參數(shù)不達標(biāo)，也很容易造成結(jié)構(gòu)裂縫。水泥安定性不達標(biāo)，出廠時的強度未達到要求，水泥受潮或者過期，均會使混凝土的強度無法達到要求，造成混凝土開裂；砂石材料如果粒徑很小，或級配不良、空隙率很大，將造成水泥與水的用量增加，影響混凝土的強度，造成混凝土收縮增加；拌合水或者外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量超標(biāo)，則會給鋼筋銹蝕帶來可能。上述因素均可導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

1.3.6 工藝因素

混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作以及起模等作業(yè)全過程，如果不嚴(yán)格控制，都容易造成各類裂縫。主要有下列情況：

1）混凝土保護層過厚，或者施工時踩到已經(jīng)綁扎的上層鋼筋，使受負(fù)彎矩的受力筋保護層增加，進而使構(gòu)件的有效高度減小，最終形成受力鋼筋垂直的裂縫。

2）混凝土振搗密實不夠，產(chǎn)生蜂窩麻面以及空洞等問題，造成鋼筋銹蝕或者其他問題。

3）混凝土澆筑速度過快，并且混凝土流動性很低，在硬化前因為沉實不足，造成硬化后沉實過大，使得澆筑數(shù)小時后產(chǎn)生裂縫。

4）混凝土材料攪拌和運輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)水分蒸發(fā)的問題，造成混凝土坍落度不達標(biāo)，會產(chǎn)生不規(guī)則的收縮裂縫。

5）混凝土初期養(yǎng)護不到位，致使混凝土和大氣接觸的表面位置出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

6）混凝土分層或者分段澆筑作業(yè)時，接頭位置未做好妥善處理，很容易使新舊混凝土與施工縫之間產(chǎn)生裂縫。

7）模板剛度不達標(biāo)，澆筑作業(yè)時，受到側(cè)向壓力的影響使得模板變形，進而產(chǎn)生裂縫問題。

8）模板拆除的時間過早，混凝土強度不足，造成結(jié)構(gòu)在自重或者施工荷載影響下出現(xiàn)裂縫。

2 灌區(qū)水工建筑物混凝土裂縫的防治措施

2.1 混凝土裂縫的預(yù)防

2.1.1 設(shè)計方案的優(yōu)化

因外荷載造成的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，多數(shù)是設(shè)計環(huán)節(jié)的問題。因此，從建筑物設(shè)計環(huán)節(jié)入手，在受力和配筋計算時，應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)物實際工作狀態(tài)與常規(guī)計算之間可能存在的誤差，防止發(fā)生結(jié)構(gòu)受力假設(shè)和實際受力不相符的情況，防范結(jié)構(gòu)突變的產(chǎn)生。同時，考慮氣候因素合理選擇混凝土配合比，在容易產(chǎn)生溫度裂縫的部位設(shè)置一些溫度鋼筋來進行抗拉，鋼筋的保護層厚度在規(guī)范允許的范圍內(nèi)盡量選取較小值，以避免保護層過大導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生。另外，還可以通過合理設(shè)置后澆帶和伸縮縫的方法來將大體積混凝土分隔為規(guī)則的小塊結(jié)構(gòu)，增加混凝土水化熱的散熱面積，從而避免其內(nèi)部溫度升高過快，減少應(yīng)力的集中，防止溫度裂縫的產(chǎn)生。

2.1.2 材料質(zhì)量的控制

1）水泥?；炷了療岬拇罅酷尫攀菍?dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因，因此，在澆筑大體積混凝土?xí)r，應(yīng)盡量選擇水化熱較低的水泥，還可摻加粉煤灰等摻合料，以減少水泥的用量。

2）砂石。粗骨料級配應(yīng)合理，減小粗骨料空隙率，在滿足施工要求的前提下，粗骨料最大粒徑盡量增大，以節(jié)約水泥，提高混凝土密實度。砂料細(xì)度模數(shù)控制在2.4以上，含泥量控制在1%以內(nèi)；針片狀碎石含量控制在15%以內(nèi)，含泥量控制在1%以內(nèi)。

2.1.3 施工工藝的控制

1）澆筑時間?；炷翝仓?yīng)合理安排施工時間，盡可能避開高溫和低溫天氣，夏季應(yīng)避免高溫時段，若在上述條件下施工，則應(yīng)采取相應(yīng)遮擋和保溫措施。

2）拌和。拌制混凝土?xí)r，嚴(yán)格配料，水、水泥、砂子稱量偏差控制在允許范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制拌和程序與拌和時間。離差系數(shù)C v值小的混凝土相應(yīng)的抗裂能力高，C v值應(yīng)控制在0.15以內(nèi)。

3）降低澆筑溫度。預(yù)冷骨料、冷水拌和是降低混凝土溫度的主要方法，同時，在大體積混凝土澆筑施工中，可以在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)先鋪設(shè)冷卻管路，在混凝土澆注完成之后再進行通水循環(huán)冷卻。

4）振搗。振搗務(wù)必到位，對澆筑后坍落度已經(jīng)消失開始初凝前的混凝土進行二次振搗，能較好地消除粗骨料和鋼筋下面的水膜，消除沉縮收縮量。泵送混凝土特別需要二次振搗。

5）表面抹壓。混凝土振搗至設(shè)計高度后，應(yīng)進行表面抹壓。先用刮杠粗略找平，初凝時用木探子抹壓，將面層小凹坑、氣泡眼、砂眼等壓平，增加表面混凝土密實度。在混凝土終凝前再進行二次人工抹壓收光，以防止因混凝土干縮、塑性收縮而產(chǎn)生表面裂縫。

6）養(yǎng)護。充分養(yǎng)護是防止混凝土干縮裂縫的重要措施?；炷翝仓戤?2 h后即可開始養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得低于14天。高溫季節(jié)和重要部位應(yīng)適當(dāng)增加養(yǎng)護時間，并用保水材料覆蓋，嚴(yán)禁陽光直射到新澆筑混凝土表面。冬季澆筑混凝土應(yīng)對混凝土表面進行保溫。

2.1.4 施工過程的監(jiān)測

在水工建筑物施工過程中，保證混凝土的優(yōu)良質(zhì)量對預(yù)防裂縫的產(chǎn)生有著至關(guān)重要的作用，因此，應(yīng)加強對混凝土溫度以及收縮變形程度相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測，以便及時采取應(yīng)對措施，尤其要防止貫穿裂縫的產(chǎn)生。

2.2 混凝土裂縫的處理方法

2.2.1 開槽修補法

這種方法適用于寬度較大的裂縫，如開槽結(jié)構(gòu)面上的鋼筋銹蝕裂縫、寬度大于0.5 mm的裂縫等。在混凝土裂縫修補過程中，先沿著水工建筑物裂縫走向，將裂縫開成大小合適的溝槽，在溝槽中填充已拌好的改性環(huán)氧樹脂砂漿，砂漿嵌入縫槽內(nèi)處理好后兩小時以內(nèi)及時用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環(huán)氧樹脂砂漿進行覆蓋。

2.2.2 化學(xué)灌漿法

適用于裂縫寬度為0.2～0.5 mm的混凝土裂縫修補，先對裂縫內(nèi)部進行環(huán)氧樹脂灌漿補強處理，再對裂縫表面進行環(huán)氧膠泥封閉。工藝流程為：清洗縫面—→鉆孔—→安裝灌漿塞—→封縫—→壓水試驗—→化學(xué)灌漿—→拆卸灌漿塞、封孔—→表面清理。

2.2.3 涂膜覆蓋法

適用于寬度小于0.2 mm的細(xì)小裂縫，主要做法是在水工建筑物混凝土裂縫表面涂抹彈性密封膠、聚合物水泥膏、滲透性防水劑等材料，在裂縫表面形成保護膜，從而修補混凝土裂縫。

3 結(jié) 語

綜上所述，從工程設(shè)計和建設(shè)環(huán)節(jié)入手，針對材料質(zhì)量和工藝運用規(guī)范等，采取有效的管理措施，有效防范和應(yīng)對混凝土裂縫，對于保障灌區(qū)水工混凝土建筑物的安全和穩(wěn)定，具有重要意義，實踐中需要結(jié)合水工混凝土建筑物的特點，積極創(chuàng)新，以提高工程建設(shè)的效益水平。