水閘閘墩混凝土裂縫的形成原因分析及處理措施

摘要：本文通過對水閘閘墩裂縫的深入研究，從人為原因和客觀原因詳細分析了水閘閘墩裂縫的形成原因，并且提出了水閘閘墩裂縫的防治措施要從混凝土的材料的選擇、澆筑時間、溫度控制、攪拌工藝以及混凝土的養護出發，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：水閘閘墩裂縫；原因分析；防治措施

水閘是一種在河道、水庫等貸方用以減災防洪的水工建筑物，關閉閘門，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據下游用水的需要調節流量，在水利工程中的應用十分重要。然而，水閘閘墩部位容易出現裂縫，這個問題長期以來困擾著工程界，因此，分析水閘閘墩裂縫形成的原因以及提出裂縫的防治措施顯得尤為重要，希望本文的探究對工程界有所幫助。

1水閘閘墩裂縫的形成原因

水利工程中，水閘主要有底板以及閘墩兩個部分構成，屬于混凝土結構，在水閘閘墩的底部會受到底板的限制，而上部則可以自由伸縮。眾所周知，混凝土是現代化工程建設中最主要的施工材料之一，它具有熱脹冷縮的特點，在水閘工程施工過程中，混凝土中的水泥起到水化作用，從而產生大量的熱能，在正常的情況下，其熱能會在1～3天之內排放完。當混凝土達到最高溫度之后，混凝土內部結構中的熱量因逐步散發而迅速降溫，最終與外界的溫度相一致，但是如果外界溫度變化較大，那么混凝土的內部結構與外部結構就會產生較大的溫差，最終產生一種較大的溫度應力，當溫度應力超過了混凝土的抗壓能力，那么就會形成裂縫。一般情況下，在水閘閘墩施工過程中，混凝土裂縫的原因可以分為以下兩種。

1.1人為因素

（1）混凝土配合比不當產生的裂縫。混凝土配合比設計不當將直接影響混凝土的抗拉強度，是造成閘墩混凝土開裂的重要原因，配合比的不當是指水泥用量過大、水灰比大、含砂率不適當、骨料種類不佳。

（2）閘墩混凝土養護條件不到位產生的裂縫?；炷琉B護是使混凝土正常硬化的重要措施，養護條件的好壞對裂縫的出現有著關鍵的影響。

（3）施工方法不規范會導致閘墩產生裂縫?；炷翝仓┕ぶ姓駬v不均勻或是漏振、過振等情況會造成混凝土離析、密實度差、降低結構的整體強度，混凝土內部氣泡不能完全排除時，鋼筋表面的氣泡則會降低混凝土與鋼筋的粘結力。

1.2客觀原因

（1）因混凝土內外溫差大而引起的裂縫。在水閘閘墩施工過程中，由于是大體積混凝土施工，并且混凝土的導熱能力相對較差，因此在混凝土澆筑完成之后，其內部與外部就會產生一定的溫差?；炷翝仓瓿珊蟮某跄A段，其內部存在較大的壓力，而其外部結構則會形成較大的拉力。在混凝土工程施工過程中，其溫度變化可以分為兩個階段：首先，混凝土澆筑完成之后，由于水泥會發生水熱化作用，產生大量的熱量，這就會提高混凝土的溫度，并且不會瞬間釋放，這就導致外界環境的溫度小于內部結構的溫度，經過1～2天的積累，混凝土內部的溫度就會上升到一個最高值，此時內部與外部的溫差也就越來越大。在對水閘閘墩施工之后，混凝土就會一直處于收縮狀態，導致水閘閘墩表面形成一個較大的拉應力，當其拉應力大于混凝土的抗拉強度，那么混凝土就會形成裂縫；當混凝土內部溫度達到最高值之后就會慢慢散發熱量，此時混凝土的溫度也就慢慢降低，但是由于受到散熱條件的差異，水閘閘墩內外部的混凝土散熱情況存在很大的差異，這就導致混凝土產生了不均勻變形，最終造成裂縫的產生。

（2）因底板受到約束而出現裂縫。閘墩的底部是固定在底板之上，而上部結構則是自由運動的。在混凝土施工過程中，由于進行不連續施工，閘墩在建設過程中已被混凝土固結在底板上。此時閘墩可以縱向自由活動，順著閘墩的厚度方向，其厚度相對比較小，受到的約束力也相對較小，而順著水流方向，其受到的約束力也就相對比較大。當混凝土施工完畢之后，水閘閘墩受到了整個地板的約束力。雖然混凝土還處于初凝階段，但是如果其溫度在不斷下降，最終混凝土在收縮過程中也就會受到底板的約束，導致混凝土的內部結構形成拉應力，當拉應力大于混凝土本身的抗拉強度，混凝土也就會出現裂縫，影響到水閘閘墩的質量。

（3）因混凝土收縮而引起的裂縫。在實際工作中，混凝土的收縮情況主要有：①當混凝土施工完畢處于初凝階段時，水泥會不斷硬化，混凝土內部的水分也就慢慢蒸發，此時混凝土的整體體積也就會逐漸縮小，這種狀態也就是干縮狀態。一般來說，干縮裂縫只會出現在混凝土的表面，裂縫比較細長，如果技術人員不及時對其處理，那么這種裂縫會不斷發展，不利于工程的正常運行，存在較大的安全隱患。②當混凝土施工完畢之后，水泥會發生水熱化作用，水熱化作用需要大量的水分，此時混凝土就會因為干燥而縮小體積，這就是自身收縮，如果在混凝土中，水灰比不斷下降，干縮也就減小，相反，自身收縮也就會不斷增大。

（4）自生體積變形。混凝土即使沒有水分蒸發，其各組成部分的化學反應也會產生自生體積變形。在底板約束影響范圍內，膨脹型自生體積變形會產生預壓應力，有利于防裂；收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的。它也是由于水分的遷移而引起的。但不是向外蒸發損失，而是由于水泥水化時消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月面，水泥石供水不足，產生所謂的自干燥作用，使混凝土體相對濕度降低，體積減小，混凝土的自生收縮一般在拆模之前完成，雖然其量值不大，但如果同其他收縮疊加在一起，就會使表面拉應力增大。像水閘閘墩這樣的斷面尺寸不是很大，但確屬必須解決水化熱問題的大體積混凝土結構，必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。

2水閘閘墩裂縫的防治措施

2.1混凝土材料的選擇

（1）盡量選擇低熱水泥。在混凝土工程施工過程中，水泥的品種、用量以及混合料的品種、澆筑的溫度都是影響混凝土絕熱溫升的重要因素。一般來說，水泥的礦物質會使水熱化作用變輕，最終影響到混凝土的溫升條件。因此我們在選擇水泥的過程中，應該盡量選擇水熱化作用小的水泥，這樣才能夠保證混凝土在澆筑之后的質量，從根本上避免裂縫的發生。

（2）盡量選擇熱性能好的骨料。在水工建筑物建設過程中，對混凝土中各個成分的質量有非常高的要求，其中石子對整個混凝土的熱性能產生非常大的影響，砂子占第二位。因此我們在對混凝土熱性能判斷過程中，首先應該對粗骨料中的物質性質進行全面分析，盡量選擇熱性能好的粗骨料，這樣才能夠避免裂縫的發展。在現代化工程建設過程中，施工人員一般都會在當地取才，如果選取的是天然骨料，那么技術人員必須要根據相關要求對其進行試驗，等達到設計要求之后才能投入使用。

2.2混凝土澆筑時間

混凝土的水化反應是放熱反應，而混凝土卻是不良導熱體，混凝土內部的熱量很難散發出去。如在高溫季節施工，外部的環境溫度很高，不利于混凝土的散熱。所以，混凝土的施工應避開夏季高溫時段，尤其是夏季中午時段，可以選擇溫度低的夜間進行施工，同時注意混凝土的養護。

在低溫季節施工時，水泥的水化作用會減緩，相應的混凝土凝固時間會增加，低溫澆筑的混凝土容易凍結而使混凝土強度減小，但這與養護時間有關。因此，避開在嚴寒季節施工，可以避免混凝土受凍后強度降低，減少裂縫的產生。

2.3溫度控制

首先要降低混凝土的入倉溫度，將現場新拌混凝土的溫度限制在6℃左右，在高溫期拌合時可以加入冰片代替一部分水進行混凝土冷卻，澆筑時盡量在春季或者秋季，避免在夏季午間高溫時和冬季澆筑。對運送混凝土的工具或澆筑倉面采取遮陽或降溫措施，必要時在混凝土內部埋設冷卻水管，降低混凝土溫度。

2.4改善攪拌工藝

現常采用泵送混凝土，由于泵送混凝土要求流動性大，其水泥用量大、水灰比大，出骨料粒徑小，水化熱溫升高易產生溫度收縮裂縫，因此在澆筑閘墩混凝土時為了防裂不宜采用泵送混凝土。考慮到泵送混凝土施工效率高，可以用于受約束較小的閘墩上部，而底部采用常態混凝土，為了使混凝土更好地散熱，可分層澆筑混凝土，分層的高度為（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澆筑，這樣就可以削弱或消除底板對閘墩混凝土的約束。

二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結構致密，粘結力增大，從而提高混凝土強度10%或節約水泥5%，并進一步減少水化熱和裂縫。改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統三冷技術的基礎上采用二次風冷新工藝，降低混凝土的澆筑溫度。

2.5改善混凝土的養護

混凝土的養護是防止表面裂縫的重要措施之一。當澆灌完畢后，在相當長的時間內要保持適當的溫度和足夠的濕度，滿足混凝土的硬化條件。混凝土養護的三要素是介質的溫度、濕度及養護延續時間。水閘混凝土的裸露面大，施工初期氣溫驟降時極易發生表面裂縫；此外，施工中、后期氣溫驟降也可能產生表面裂縫或深層裂縫。對于閘墩，可以先覆蓋一層草袋或土工布，然后在上面再加蓋一層防水塑料膜。

2.6其它

一是對松軟土、填土地基結構施工前進行必要的夯實和加固；二是保證模板有足夠的強度和剛度，且支撐牢固，并使地基受力均勻；三是防止混凝土澆筑過程中地基被水浸泡；四是模板拆除的時間不能太早，且要注意拆模的先后次序。

3結語

綜上所述，水閘閘墩裂縫的產生可以從多方面入手防治。施工單位在選擇材料時選擇低熱水泥和熱性能好的骨料，在澆筑混凝土時盡量選擇春季或者秋季，避免夏季午間高溫和冬季，在攪拌混凝土時改善混凝土的攪拌加工工藝以及在養護混凝土時選擇先覆蓋一層草袋或土工布，然后在上面再加蓋一層防水塑料膜的方法等防治措施可以減少閘墩的裂縫，確保水利工程的正常運行。

參考文獻：

[1]張清華.水利工程中水閘閘墩裂縫的成因及防治措施探討[J].中國新技術新產品.2011

[2]孟紅.論述水閘閘墩裂縫成因及防治措施[J].科技創業家.2013

[3]周峰.水閘閘墩裂縫成因及防治措施[J].科技信息.2012