水閘混凝土裂縫的防治措施探討

王宜超，張恒霖

（山東大禹工程建設有限公司，山東　濟南　250013）

水閘混凝土裂縫的防治措施探討

王宜超1，張恒霖2

（山東大禹工程建設有限公司，山東濟南250013）

結合多年實際工作經驗，總結了省內水閘工程常見的幾種裂縫形式及其危害性，分析了形成裂縫的原因，探討了水閘工程在選址、結構優(yōu)化、混凝土施工、養(yǎng)護等階段的裂縫防治措施。

水閘工程；裂縫；防治措施；修補方法

水閘是水資源攔蓄和調配的重要建筑物，具有引水、防洪、灌溉、養(yǎng)殖等多重作用。國家發(fā)改委及水利部于2013年發(fā)布了《全國大中型病險水閘除險加固總體方案》，山東省涉及到的黃河、淮河、海河流域的濟南、東營、濟寧、聊城和濱州等14個市的病險水閘，已開始進行改建和加固。

水閘混凝土裂縫是最為常見一種通病。在水閘工程的建設過程中，如何防止和處理水閘混凝土裂縫，保證水閘正常安全運行，一直是水利工程建設領域所共同關注的課題。

1　水閘混凝土裂縫產生的原因分析

1.1基礎不均勻性沉降導致的裂縫

土層地基的形態(tài)和結構較為復雜，即使經過一定的處理后，由于水閘荷載分布不均勻或回填土高程不一致，都易產生基礎不均勻沉降，導致水閘混凝土產生裂縫。例如：泗水縣泗河泗水大閘工程，其地基為細砂，在建設初期，由于翼墻外過多的填土量，大幅增加了墻外荷載，而翼墻內的防滲板、下游的護坦板以及消力池的荷載，又無法與其荷載平衡，水閘工程地基在受到較大不均勻荷載的作用下，便出現(xiàn)了沉降偏差，導致翼墻內的防滲板、護坦板出現(xiàn)裂縫。

1.2溫度應力導致的混凝土裂縫

溫度裂縫是水閘工程在施工階段的主要質量缺陷，其受外界溫度和基礎約束力的影響較大。通常情況下，水閘工程混凝土澆筑的順序為：先底板澆筑，后澆筑閘墩，底板、翼墻及閘墩的長度、寬度和高度較大，但厚度卻比較薄，在硬化期間，由于外部環(huán)境溫度的影響，構件表面產生的張拉應力超過了混凝土的最大允許應力，便形成了溫度裂縫；此外，閘墩混凝土在凝固階段，已固化的底板結構會對閘墩混凝土的凝固過程產生約束，導致閘墩底端混凝土產生裂縫

產生溫度裂縫的原因同樣是有規(guī)律可循的，外部溫差和約束力大，則裂縫的寬度及深度就大。

1.3混凝土干縮導致的裂縫

混凝土結構的硬化，是水分揮發(fā)并干縮的過程（干縮率一般為0.15‰），此階段若養(yǎng)護不及時，混凝土的表面便會形成干縮裂縫。水閘工程產生的干縮裂縫是隨機性的，絕大多數是一些細小、不規(guī)則、非貫穿性的裂縫。

2　水閘工程裂縫的預防與處理措施

2.1不均勻性沉降裂縫的防治措施

避免水閘工程出現(xiàn)較大的不均勻沉陷，是防治沉降裂縫的先決條件。在選擇閘址時，設計人員要盡可能的選擇地質條件良好且均勻的基礎，合理布設水閘工程結構，保證荷載分布均勻。

通常情況下，水閘工程的設計要遵循以下三點原則：1）在水閘工程設計前，設計者要對水閘擬建范圍及周邊的基礎土質進行沉陷分析，如果某個部位的沉陷分析值大于設計或標準允許值時，要在該處設置沉降縫，再按照要求對閘室進行分段分區(qū)，保證閘室結構布設的合理性；2）為了避免由于閘室結構的不均勻荷載分布而引起沉陷裂縫，閘室的結構設計要采取減荷措施。如：將下游翼墻設計成透水翼墻并降低其荷載、閘室工程采取空箱過渡式結構設計、降低上游翼墻和邊墻外部的填土高度等；3）如果通過水閘工程的結構優(yōu)化設計和減荷措施，仍無法確定工程是否會出現(xiàn)較大的不均勻沉降時，可對局部地質條件差的基礎采取加固措施，其處理方法要根據土質、結構的部位及荷載情況，采取相應的夯實等處理方法。

2.2溫度裂縫的防治措施

1）混凝土的拌和質量。混凝土的原材料及其配合比控制，是預防閘墩和閘底板產生溫度裂縫，提升其抗裂性能的關鍵環(huán)節(jié)。在混凝土原材料進場后，要按照施工方案要求對其加強監(jiān)管，水泥應采用水化熱低、干縮性小的品種，骨料應采用大粒徑，并改善骨料的級配。在澆筑前，要做好混凝土的試驗性能檢測工作，確保其能夠滿足工程強度的要求。

在拌制混凝土時，加入適量的外加劑，可優(yōu)化混凝土的整體性能。例如：將12%（誤差應小于0.5%）水泥重量的UEA型膨脹劑摻入到混凝土中，不僅能夠強化混凝土的抗裂性能，還可以改善混凝土的抗?jié)B性與和易性。而通過泗河泗水大閘工程實踐表明，摻入膨脹劑的水閘混凝土工程，其地板和閘墩均未出現(xiàn)裂縫。攪拌混凝土時，要以干料的形式將膨脹劑與水泥等投入到攪拌機內并拌合均勻。

2）混凝土構件的溫控措施。溫差控制法和普通溫度控制法，是目前水閘工程施工防治溫度裂縫的兩種主要措施。溫差控制法是在混凝土澆筑完成并進入養(yǎng)護階段，要重點控制基礎混凝土的局部最高溫度與其穩(wěn)定溫度的差值，而對于已經凝固的混凝土，如需在其上層新澆筑混凝土，則要控制兩者接觸面的平均溫度差值，通常這一溫差要低于15℃；普通溫度控制法用于混凝土澆筑前，主要是針對混凝土原材料所采取的一系列溫控措施，包括在骨料堆的上方搭設遮陰、防寒設施，對高溫環(huán)境下的骨料灑水降溫以及地垅取料等。

在夏季施工時，要嚴格控制入倉后混凝土的最高溫升，必要時可加入冰或冷水等進行冷卻；冬季施工時，入倉后的混凝土溫度應控制在10℃以上。如果連續(xù)5 d的室外平均氣溫低于5℃，最低溫度為0℃時，要制定專門的低溫防護計劃，儲備防凍或加熱保溫材料。室外平均氣溫低于-5℃時，禁止混凝土的澆筑施工。

3）溫度裂縫的修補方法。“預防為主、修補為輔”，是防治水閘工程混凝土構件產生溫度裂縫的基本原則。如果在施工過程中，已經對導致溫度裂縫的各種影響因素做了全面的控制，卻在水閘混凝土構件拆模后，仍然出現(xiàn)了溫度裂縫，就要結合裂縫的具體情況，包括裂縫出現(xiàn)的位置、形態(tài)、大小以及深度等，制定相應的修補方案。

當水閘工程的護坦、閘底板或閘墩等出現(xiàn)非貫穿性裂縫時，可利用灌漿法將一定量的改性環(huán)氧樹脂注入裂縫內，再將裂縫表面涂抹均勻；貫穿性的結構縫，則要采用柔性聚合物等材料充填并封堵裂縫后，再用改性環(huán)氧樹脂均勻涂抹裂縫表面。

2.3干縮裂縫的防治措施

1）做好早期的養(yǎng)護工作。預防混凝土產生干縮裂縫最有效的方法，即為加強混凝土早期的養(yǎng)護工作：（1）水閘工程混凝土結構在澆筑完成后，要采取必要的保溫與保濕措施，可在其表面鋪設一層塑料布并搭接嚴實，防止混凝土在早期快速失水。冬季還要在塑料布上加蓋草袋，并確保混凝土的表面溫度始終處于0℃以上；（2）閘室側墻位置的混凝土，其內側要設置塑料布嚴密且牢靠包裹，確保密不透風，外側用草袋覆蓋；（3）對于一些無法用塑料布覆蓋的位置，如：混凝土的頂板下端等處，要用養(yǎng)護劑至少噴涂兩遍；（4）水閘工程的混凝土構件在拆模時，要保證環(huán)境溫度在20℃以上，以防混凝土內外溫差的作用，導致表面開裂。

2）干縮裂縫的修補方法。對于已經出現(xiàn)的干縮裂縫，目前，廣泛采用的修補方法是利用防腐涂料封閉裂紋，其施工方法可采用機械式噴涂或人工涂刷。例如：山東省的日照水庫，其防潮閘的外表面涂刷的環(huán)氧厚漿涂料，可有效阻擋海水氯離子對閘體的侵害，提高水閘工程的使用壽命。

此外，國內有的水閘工程，對混凝土表面采取涂刷TK砂漿的方法來修補干縮裂縫，取得的抗?jié)B及耐用效果也非常明顯。

（責任編輯遲明春）

TV66

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2015-11-26

王宜超（1987—），男，助理工程師