袁月麗

(山東省菏澤市東明縣水務(wù)局，山東 菏澤 274500)

0 引 言

混凝土作為水利工程施工中的常規(guī)材料，更是此類(lèi)工程項(xiàng)目的建設(shè)基礎(chǔ)，可見(jiàn)混凝土質(zhì)量會(huì)對(duì)水利工程項(xiàng)目施工質(zhì)量、進(jìn)度產(chǎn)生直接影響。伴隨著社會(huì)時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)公共基礎(chǔ)建筑設(shè)施的質(zhì)量要求也在不斷提高，水利工程也不例外。倘若施工中混凝土質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，那么水利工程項(xiàng)目投入使用后的服役壽命也會(huì)大打折扣，尤其是混凝土裂縫問(wèn)題更會(huì)影響水利工程的安全性，這也是目前水利工程施工中的常見(jiàn)問(wèn)題之一。所以，全面把握水利工程施工中各種混凝土裂縫的成因以及了解針對(duì)性控制措施，在水利工程項(xiàng)目建設(shè)中顯得尤為重要。

1 混凝土裂縫概述

在水利工程施工中，混凝土裂縫屬于常見(jiàn)現(xiàn)象，而根據(jù)裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)、功能的影響程度，可簡(jiǎn)單劃分為有害裂縫與無(wú)害裂縫，其中無(wú)害裂縫僅僅影響結(jié)構(gòu)外觀，不影響功能及其安全性、耐久性[1]。但是隨著時(shí)間推移，無(wú)害裂縫的深度與寬度有發(fā)展的趨勢(shì)，一段時(shí)間后可能發(fā)展成為有害裂縫，所以做好對(duì)水利工程施工混凝土裂縫的控制工作非常必要。相關(guān)從業(yè)者必須關(guān)注混凝土裂縫問(wèn)題，對(duì)裂縫進(jìn)行及時(shí)處理，否則就會(huì)因?yàn)榱﹂L(zhǎng)時(shí)間集中作用于裂縫處，形成疲勞裂紋，誘發(fā)深層裂縫形成，威脅到水利工程的安全性。另外，在水利工程當(dāng)中，裂縫的出現(xiàn)會(huì)加速混凝土老化，并且因?yàn)榱芽p與河水直接接觸，會(huì)影響堤壩安全性，而且會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部金屬元素泄漏在水中，對(duì)水質(zhì)形成污染，引發(fā)其他問(wèn)題。

2 水利工程施工混凝土裂縫的成因分析

在水利工程施工過(guò)程中，混凝土?xí)a(chǎn)生不同類(lèi)型的裂縫，而不同類(lèi)型混凝土裂縫的形成原因有所不同，所以下文將基于混凝土裂縫類(lèi)型著手，對(duì)各自的形成原因進(jìn)行分析。

2.1 收縮裂縫的形成原因

收縮裂縫作為水利工程施工混凝土裂縫的主要類(lèi)型之一，導(dǎo)致其形成的因素并非單一，而是在多種原因的混合影響下形成。舉例來(lái)講，在混凝土攪拌過(guò)程中如果時(shí)間超出標(biāo)準(zhǔn)值，那么水泥漿會(huì)漂浮于表面，而骨料會(huì)在鋼筋以及其他物質(zhì)的影響下而無(wú)法完全沉降至底部，便極易產(chǎn)生混凝土裂縫問(wèn)題[2]。另外，水利工程施工中會(huì)用到大量混凝土，同時(shí)混凝土施工完畢后還要對(duì)混凝土建筑予以保護(hù)，否則混凝土?xí)驗(yàn)橥獠恳蛩氐挠绊懚霈F(xiàn)表面水分快速流失的情況，也會(huì)產(chǎn)生收縮型裂縫。

另外，混凝土作為施工材料，本身質(zhì)量也是導(dǎo)致其裂縫問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因之一，甚至?xí)绊懞罄m(xù)施工工藝，所以必須保證混凝土配合比的科學(xué)合理性，才能提升混凝土本身質(zhì)量。但是在實(shí)際施工過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)榛炷僚浜媳炔缓侠淼那闆r存在，而導(dǎo)致混凝土裂縫出現(xiàn)(如圖1所示)。

圖1 塑性收縮裂縫

2.2 溫差裂縫的形成原因

水利工程施工中，混凝土內(nèi)外部溫度的驟升驟降，同樣會(huì)引發(fā)裂縫出現(xiàn)，與下面幾種因素相關(guān)：

1)季節(jié)溫度差異。不同季節(jié)的溫度有所不同，而且某些地區(qū)的年度整體溫度變化也有差異，如果年度溫差過(guò)大，水利工程易出現(xiàn)位移情況，尤其是橋梁類(lèi)工程，其支座出現(xiàn)位移會(huì)導(dǎo)致橋面出現(xiàn)伸縮縫。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)位移超出預(yù)設(shè)值后，則會(huì)引發(fā)溫度裂縫，嚴(yán)重影響項(xiàng)目質(zhì)量。

2)日照溫差。日照形成的溫度差是形成混凝土裂縫的主要原因之一。長(zhǎng)時(shí)間接受太陽(yáng)照射的部位，溫度必定比其他部位更高，而在日照溫差的應(yīng)下轄，局部拉應(yīng)力逐漸增大，一旦混凝土無(wú)法承受局部拉應(yīng)力，便會(huì)出現(xiàn)裂縫[3]。

3)溫度驟降。溫度驟然下降同樣會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫形成，原因在于外部冷空氣環(huán)境作用，會(huì)直接導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部溫度下降，而混凝土結(jié)構(gòu)外部與內(nèi)部的溫度下降速度不一致，往往外部降溫更快，從在內(nèi)外部溫度下降失衡的情況下，會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫差裂縫。

4)水熱化。在混凝土澆筑施工過(guò)程中，混凝土內(nèi)部在水熱化的作用下釋放熱量，而此時(shí)混凝土外部結(jié)構(gòu)溫度遠(yuǎn)沒(méi)有內(nèi)部高，所以會(huì)形成混凝土裂縫，這種裂縫會(huì)直接影響水利工程建筑的安全性與耐用性。

5)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)。混凝土施工完成后需要第一時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，但由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)那闆r存在，所以也會(huì)造成混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.3 沉降裂縫的形成原因

混凝土出現(xiàn)不均勻沉降情況，是導(dǎo)致沉降裂縫形成的主要原因，而引發(fā)混凝土不均勻沉降的因素眾多。其中，如果水利工程基地建設(shè)水平較低，則會(huì)直接影響地基本身承載能力，上層施工建筑不斷增多，則容易出現(xiàn)沉降情況，此時(shí)在地基兩端軟弱時(shí)，則會(huì)引發(fā)裂縫(如圖2所示)。另外，水利工程的各個(gè)部位負(fù)荷有所不同，如果差異過(guò)大，則極易產(chǎn)生沉降問(wèn)題，一旦拉應(yīng)力與剪應(yīng)力超出水利工程自身的抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度，同樣會(huì)形成裂縫。同時(shí)，在水利工程結(jié)構(gòu)部位脆弱處，相對(duì)來(lái)講更易產(chǎn)生裂縫，這類(lèi)沉降裂縫主要表現(xiàn)為彎曲、剪切裂縫[4]。

圖2 沉降裂縫

2.4 構(gòu)造裂縫

由于存在剛度突變、質(zhì)量不均、形狀變形等情況，而引發(fā)傳力轉(zhuǎn)折、應(yīng)力集中等問(wèn)題，直接造成混凝土局部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這便是構(gòu)造裂縫的形成原因。雖然在前期設(shè)計(jì)中綜合考量了構(gòu)造裂縫的規(guī)避措施，但是無(wú)法完全避免這種裂縫的形成。

3 水利工程施工混凝土裂縫的控制措施

通過(guò)詳細(xì)分析水利工程施工中不同類(lèi)型混凝土裂縫的形成原因，下文將針對(duì)相應(yīng)類(lèi)型混凝土裂縫提出有效控制措施。

3.1 收縮裂縫的控制措施

在水利工程施工中，必須重視對(duì)混凝土收縮裂縫的謹(jǐn)慎預(yù)防，確保水利工程項(xiàng)目施工質(zhì)量。

1)合理開(kāi)展混凝土養(yǎng)護(hù)工作。①混凝土澆筑完成后，需要第一時(shí)間開(kāi)展養(yǎng)護(hù)工作，夜間覆蓋薄膜可防止水分過(guò)快流失，優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)整體性能，避免形成混凝土裂縫；②夏季施工由于室外溫度較高，在水利工程施工中必須開(kāi)展對(duì)混凝土的澆水工作；③混凝土配合比會(huì)直接影響混凝土本身質(zhì)量，所以要按照水利工程施工要求，合理確定配合比，嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行混凝土配制，并且在攪拌過(guò)程中合理投放骨料，降低混凝土坍落度。

2)合理設(shè)置控制縫。作為結(jié)構(gòu)縫的一種類(lèi)型，控制縫能夠有效防止混凝土裂縫對(duì)水利工程質(zhì)量造成的負(fù)面影響。通過(guò)設(shè)置控制縫，能夠削弱混凝土結(jié)構(gòu)的特定截面，誘導(dǎo)可能出現(xiàn)的裂縫沿著預(yù)設(shè)截面且按照預(yù)設(shè)形式開(kāi)裂，如此一來(lái)能夠混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)在外界力量影響下便能避免混凝土裂縫的肆意擴(kuò)大[5]。一般來(lái)講，控制縫主要用在大體積或相對(duì)細(xì)長(zhǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)中，也可設(shè)置在應(yīng)力集中區(qū)域，能夠有效增強(qiáng)混凝土裂縫控制水平。當(dāng)然，針對(duì)不同部位設(shè)置的控制縫需要合理布設(shè)間距，要了解各部位的間距范圍，在施工中合理把控。舉例來(lái)講，地面控制縫間距需控制在4.5-7.5m左右。要依據(jù)水利工程項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行控制縫合理設(shè)置，并且要著重注意不可在鋼筋、止水片等部位設(shè)置控制縫，否則會(huì)直接影響控制縫效果。

3.2 溫度裂縫的控制措施

在水利工程施工過(guò)程中，必須重視對(duì)溫度裂縫的控制，防止嚴(yán)重溫度裂縫現(xiàn)象影響工程質(zhì)量。

1)鑒于混凝土原料配合比與溫度裂縫的產(chǎn)生有著直接關(guān)系，所以需要合理選用混凝土配料。在配制混凝土?xí)r必須加入混合料，能夠有效降低混凝土裂縫的形成概率，同時(shí)于其中添加引氣劑、塑化劑等，不但能控制裂縫產(chǎn)生，也能提升水利工程施工效果。

2)為了抑制水化熱反應(yīng)而造成混凝土內(nèi)部溫度急劇升高，需要做好降溫處理。可在混凝土拌和過(guò)程中，往水中加入冰塊?；蛘咴谒槭瘮嚢钑r(shí)，提前對(duì)碎石進(jìn)行冷卻，均能有效控制裂縫產(chǎn)生。

3)在夏季高溫時(shí)期進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，要適當(dāng)縮減澆筑厚度，并且提前埋入冷卻管，做好降溫處理，有效平衡混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外部溫度，避免因?yàn)闇夭钸^(guò)大而出現(xiàn)裂縫[6]。

4)氣溫的驟然變化同樣會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫，所以必須提前掌握天氣信息，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)混凝土開(kāi)展保溫作業(yè)。

5)因?yàn)榧竟?jié)性溫差而引起的裂縫主要發(fā)生在混凝土暴露部分，所要對(duì)水利工程暴露部分進(jìn)行隔熱或保溫處理，防止水利工程局部溫度太高或太低而出現(xiàn)裂縫。

3.3 沉降裂縫的控制措施

沉降裂縫的出現(xiàn)會(huì)直接影響水利工程的功能發(fā)揮，所以必須采取合理措施予以控制。

1)前期委派專(zhuān)業(yè)人員對(duì)水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘察，全方位把握地質(zhì)數(shù)據(jù)，為施工設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。

2)結(jié)合水利工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分析其荷載分布，杜絕出現(xiàn)單個(gè)部位承載受力過(guò)重的情況。

3)要想從根本上控制住沉降裂縫，則需要重視水利工程的設(shè)計(jì)工作，綜合考慮結(jié)構(gòu)的剛度、靜定結(jié)構(gòu)、細(xì)柔結(jié)構(gòu)等因素，通過(guò)提高工程設(shè)計(jì)水準(zhǔn)而規(guī)避因?yàn)槌两祮?wèn)題而出現(xiàn)的裂縫情況。

3.4 構(gòu)造裂縫的控制措施

要想改善水利工程中構(gòu)造裂縫問(wèn)題，可采取如下幾種控制措施：

1)對(duì)受力鋼筋進(jìn)行密布，選用細(xì)筋，能夠起到改善構(gòu)造裂縫的效果，進(jìn)而保障水利工程質(zhì)量。

2)合理設(shè)置伸縮縫，降低構(gòu)造裂縫發(fā)生可能性，也能弱化構(gòu)造裂縫的擴(kuò)大形勢(shì)，當(dāng)然在設(shè)置伸縮縫時(shí)，一定要契合設(shè)計(jì)規(guī)范與水利工程設(shè)計(jì)要求。

3)合理設(shè)置后澆帶，同樣能抑制構(gòu)造裂縫產(chǎn)生，在具體設(shè)置時(shí)要把控好后澆帶間距，不能超過(guò)30m。此外，還要對(duì)后澆帶混凝土間隔時(shí)間及澆筑材料合理控制，澆筑間隔時(shí)間不得超過(guò)2個(gè)月，并且在澆筑時(shí)不得采用膨脹型混凝土。

4)采用預(yù)制構(gòu)件能夠有效抑制構(gòu)造裂縫的產(chǎn)生。

4 水利工程施工混凝土裂縫的處理技術(shù)

雖然上文提到了水利工程施工中各種類(lèi)型混凝土裂縫的控制措施，但在實(shí)際施工中無(wú)法做到混凝土100%不會(huì)出現(xiàn)裂縫，意味著裂縫的出現(xiàn)很難避免。而面對(duì)已出現(xiàn)的混凝土裂縫，則需要進(jìn)行科學(xué)處理，加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，降低混凝土裂縫的負(fù)面影響。下文便對(duì)幾種常見(jiàn)的混凝土裂縫處理技術(shù)展開(kāi)分析。

4.1 混凝土置換技術(shù)

當(dāng)水利工程在施工過(guò)程中察覺(jué)到有混凝土出現(xiàn)裂縫質(zhì)量問(wèn)題，可用符合施工標(biāo)準(zhǔn)的材料將其中混凝土結(jié)構(gòu)直接置換，從而降低裂縫問(wèn)題對(duì)水利工程質(zhì)量的影響。混凝土置換技術(shù)方法在使用時(shí)具備強(qiáng)化結(jié)構(gòu)抗剪性與截面強(qiáng)度的效果，并且不會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)的凈空。然而缺點(diǎn)在于作業(yè)過(guò)程中周期較長(zhǎng)，必須對(duì)時(shí)間進(jìn)行合理控制，而且僅適用于受壓部位強(qiáng)度較低、存在一定質(zhì)量缺陷的梁柱混凝土承重結(jié)構(gòu)中，才能體現(xiàn)出應(yīng)用效果，而其他部位的結(jié)構(gòu)裂縫處理則要看實(shí)際情況而定，不得盲目應(yīng)用，否則影響施工效果。

4.2 材料黏貼技術(shù)

一種是鋼材料黏貼技術(shù)。該技術(shù)主要適用于承載力較低的混凝土裂縫當(dāng)中，特別是水利工程中正截面受拉區(qū)、受壓區(qū)或是斜截面部位，于表面部位黏貼符合要求的鋼板材料，不但能夠強(qiáng)化結(jié)構(gòu)承載力，同時(shí)也能保證混凝土裂縫處理的便捷性，如圖3所示。

圖3 鋼板黏貼處理混凝土裂縫

另一種則是纖維增強(qiáng)塑料黏貼技術(shù)。選用膠結(jié)材料，在出現(xiàn)混凝土裂縫的部位黏貼纖維增強(qiáng)復(fù)合型材料，能夠保證該材料與裂縫結(jié)構(gòu)形成共同工作面，同樣能強(qiáng)化結(jié)構(gòu)本身承載性能[7]。

采取材料黏貼技術(shù)對(duì)水利工程施工中的混凝土裂縫進(jìn)行處理，能夠表現(xiàn)出耐腐蝕、耐潮濕的效果，不會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)重量大幅增大，并且耐用性良好，無(wú)需投入過(guò)多維護(hù)成本。

4.3 灌漿填充技術(shù)

如果水利工程施工中的混凝土裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)本身的安全性、承載性能形成了明顯威脅，則要及時(shí)采取灌漿填充技術(shù)進(jìn)行妥善處理，該技術(shù)方法可細(xì)致分成如下3種：

1)壓力注漿法。在面對(duì)相對(duì)較小的混凝土裂縫時(shí)，可選用這一方法，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，首先要對(duì)混凝土表層及裂縫周?chē)碾s物進(jìn)行全面處理，然后連接封閉裂縫與注漿嘴，提前開(kāi)展漏漿試驗(yàn)以及配置合適的注漿液，待注漿完成后清理混凝土表面。

2)涂抹封閉法。面對(duì)寬度不超過(guò)0.2mm的細(xì)小裂縫，可采取涂抹封閉法進(jìn)行處理，同樣也可用于防水處理和裝飾混凝土表面，從應(yīng)用效果來(lái)看，能夠有效抑制混凝土保護(hù)層出現(xiàn)的碳化情況，減輕有害物質(zhì)對(duì)混凝土的腐蝕作用。具體應(yīng)用中，首先要沿著混凝土裂縫鑿出U形槽，對(duì)槽的深度及寬度嚴(yán)格控制，一般在30-50mm之間，然后于槽的底部及兩側(cè)涂抹上截面處理漿，并且向U形槽中注入提前預(yù)制的聚合物水泥砂漿[8]。后續(xù)的養(yǎng)護(hù)中不得浸濕或直接日照。

3)開(kāi)槽填補(bǔ)法。結(jié)合結(jié)構(gòu)物的實(shí)際情況，在表面合適部位開(kāi)槽，如果混凝土表面裂縫控制偏大，也可選用這一技術(shù)方法，開(kāi)槽完畢后涂抹截面處理漿，做好養(yǎng)護(hù)。

4.4 裂縫修補(bǔ)技術(shù)

水利工程施工中出現(xiàn)混凝土裂縫情況必須采用合理的修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行處理，才能確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。不同寬度的裂縫的處理方法有一定差異，具體表現(xiàn)在如下方面：

1)細(xì)小裂縫修補(bǔ)。對(duì)于寬度在0.3-3mm之間且未出現(xiàn)顯著剝落情況的混凝土裂縫，可直接用黏接劑灌漿的方式予以修補(bǔ)。首先，要根據(jù)混凝土裂縫的特征合理選用注射器、鉆孔或噴嘴等設(shè)備，將環(huán)氧樹(shù)脂材料直接灌進(jìn)混凝土裂縫內(nèi)部。在對(duì)細(xì)小裂縫的修補(bǔ)中，可以直接灌漿，也可間接灌漿，無(wú)論如何均需保證對(duì)裂縫的高效處理，才能強(qiáng)化混凝土強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

2)一般裂縫修補(bǔ)。針對(duì)寬度在3-15cm之間的局部裂縫，則要根據(jù)實(shí)際情況合理修補(bǔ)，倘若不存在斷裂情況的裂縫，則可于裂縫周邊部位切除長(zhǎng)度在12cm左右的材料，保證切除方向與裂縫方向平行，深度把控在10cm左右，進(jìn)而在與裂縫方向垂直的部位設(shè)置螺絲鋼、與裂縫方向平行的部位設(shè)置圓鋼，通過(guò)綁扎形成鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)。待條塊狀裂縫修補(bǔ)體系設(shè)置完成后，再配置混凝土材料進(jìn)行均勻涂抹。

3)輕微斷裂型裂縫修補(bǔ)。針對(duì)存在輕微斷裂情況的裂縫，在修補(bǔ)時(shí)應(yīng)當(dāng)于裂縫周邊15cm左右的范圍內(nèi)進(jìn)行凹槽切割，深度則把控在混凝土結(jié)構(gòu)的50%左右，于凹槽底部用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔，將表層雜質(zhì)清理干凈，然后在鉆孔內(nèi)部布置螺絲鋼，最終回填砂漿，能夠明顯提升混凝土裂縫控制效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，水利工程項(xiàng)目建設(shè)施工有著復(fù)雜性、系統(tǒng)性的特點(diǎn)，對(duì)施工技術(shù)水平及現(xiàn)場(chǎng)管理水平要求較高。而混凝土裂縫問(wèn)題作為水利工程施工中的常見(jiàn)問(wèn)題之一，相關(guān)管理人員必須了解其中收縮裂縫、溫差裂縫、沉降裂縫以及構(gòu)造裂縫等不同類(lèi)型裂縫的形成原因，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)施工技術(shù)，對(duì)各種裂縫進(jìn)行有效控制，保障水利工程施工質(zhì)量。通過(guò)預(yù)防和治理兩方面手段的應(yīng)用，能夠最大程度上減小混凝土裂縫的危害，從而為水利工程投入安全使用夯實(shí)基礎(chǔ)。