水閘工程中混凝土裂縫成因的探討

郝秀玲 石寶

【摘要】對水閘而言，運行幾年甚至多年以后，其整體穩(wěn)定及過流能力等都滿足原設(shè)計要求，但其閘墩、排架等混凝土結(jié)構(gòu)或多或少出現(xiàn)了裂縫等現(xiàn)象，如果不處理，將會對水閘運行甚至穩(wěn)定造成嚴重的后果。為了能采取更有效的措施對裂縫進行處理，對其裂縫形成的成因的研究顯得尤為重要。本文主要以水閘工程為基礎(chǔ)，從多方面對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因進行探討，為水閘除險加固工程中的混凝土裂縫的補強措施的選擇提供有利的設(shè)計依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水閘；混凝土裂縫；成因分析；探討

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的主要原因分為非外部荷載作用下和外部荷載作用下兩種。

一、非外部荷載作用下形成的混凝土裂縫主要有以下六個方面

1混凝土自身收縮引起的裂縫：是混凝土收縮受到約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)變大于當(dāng)時混凝土的極限拉應(yīng)變就會產(chǎn)生與拉應(yīng)力方向相垂直的裂縫。主要分為 化學(xué)收縮、物理收縮、和碳化收縮。這類收縮裂縫多數(shù)是混凝土構(gòu)件表層由于養(yǎng)護不當(dāng)，表層失水、干縮所造成。這類裂縫一般不深，多數(shù)深度不超過鋼筋保護層厚度。

2、混凝土閘墩或翼墻豎向裂縫：在巖石基礎(chǔ)上澆筑的閘墩，混凝土墩身要收縮，巖石基礎(chǔ)不收縮，由此產(chǎn)生收縮差，巖石基礎(chǔ)阻止墩身混凝土收縮而在橫向產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)變大于該時段的混凝土極限拉應(yīng)變就會產(chǎn)生豎向裂縫，這類墩身、臺身的豎向裂縫為下寬上細，當(dāng)臺身較厚，由于表層收縮大、內(nèi)部收縮小，因此顯示表層裂縫寬些、內(nèi)部裂縫細些，一般不貫通，這類裂縫多發(fā)生在混凝土澆筑完成后15d內(nèi)，也有些結(jié)構(gòu)裂縫在混凝土澆筑后幾個月才發(fā)生。

3、混凝土碳化引起的收縮裂縫：在水閘結(jié)構(gòu)中，這類裂縫多出現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)中，如交通橋T梁腹板，T梁腹板經(jīng)常發(fā)現(xiàn)棗核形裂縫，即兩端細，中間粗。裂縫下端細是由于下緣配筋量大，裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失。裂縫中間粗有二個原因：一是腹板縱向水平鋼筋少；二是在原有裂縫基礎(chǔ)上，由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬。

4、混凝土沉落變形引起的裂縫：這類裂縫是由于混凝土澆筑后在自重作用下發(fā)生變形，混凝土在變形過程中受到鋼筋、模板等其他因素的阻礙后在表層出現(xiàn)裂縫。這類裂縫一般出現(xiàn)在澆筑完成后數(shù)個小時內(nèi)。主要原因有：振搗不充分、漏漿、跑模、模板剛度不夠、混凝土保護層太薄、混凝土坍落度過大。

5、鋼筋銹蝕引起的裂縫：混凝土中鋼筋產(chǎn)生銹蝕后，由于銹皮會吸濕產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹，其體積將增大2～4倍，從而脹裂混凝土保護層。對于鋼筋銹蝕，首先要分析是先銹后裂，還是先裂后銹。先銹后裂一般表現(xiàn)為混凝土保護層碳化或者氯離子侵蝕。先裂后銹一般表現(xiàn)為荷載裂縫的裂縫寬度過大，外界腐蝕物質(zhì)有直接通道而銹蝕鋼筋； 酸雨腐蝕先腐蝕混凝土保護層繼而銹蝕鋼筋；骨料膨脹引起混凝土裂縫后再銹蝕鋼筋。鋼筋銹蝕引起裂縫形態(tài)一般是順筋向的。對先銹后裂的混凝土構(gòu)件，實際上在鋼筋銹蝕早期，構(gòu)件內(nèi)部已有層離裂縫存在，但外部還尚未裂縫，此時可用小錘輕敲聽聲，有空殼聲表示內(nèi)部已有層離裂縫起殼，然后鑿開檢查。

6、結(jié)構(gòu)變形引起的裂縫：水閘結(jié)構(gòu)不均勻沉降也是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因。主要表現(xiàn)為閘墩、閘底板、翼墻等部位開裂。這類裂縫在閘底板多為不規(guī)則裂縫（裂縫寬度一般較大），在閘墩或翼墻部位多為垂直向裂縫，這類裂縫的判斷要結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的勘察，只對裂縫進行分析很難正確判斷成因。

對鋼筋混凝土在非外荷載作用下產(chǎn)生的裂縫主要由以上集中情況產(chǎn)生。當(dāng)構(gòu)件表面出現(xiàn)順筋向裂縫，并確定是由于內(nèi)部鋼筋銹蝕所引起，即使表面順筋向裂縫寬度小于受力裂縫寬度限制0.2mm，甚至在0.1mm以下時，也應(yīng)及時予以維修。有起殼聲者表明已層離，應(yīng)及時鑿除，用聚合物修補砂漿予以修補，并在混凝土表面涂刷滲透結(jié)晶型的濃縮劑漿料堵封混凝土毛細孔，防止外界腐蝕性物質(zhì)通過水滲入，使鋼筋進一步銹蝕。

二、外部荷載作用引起的裂縫

外部荷載作用引起的裂縫主要由上部結(jié)構(gòu)外荷載引起的裂縫和閘室結(jié)構(gòu)荷載縫兩種。

1、上部結(jié)構(gòu)外荷載引起的裂縫：對水閘結(jié)構(gòu)而言，上部結(jié)構(gòu)外荷載引起的裂縫，主要表現(xiàn)在交通橋、啟閉機橋等部位。主要表現(xiàn)為梁板的開裂，這類裂縫判斷時主要看裂縫的部位和裂縫開裂方向。主要為正截面受彎裂縫和斜截面受剪裂縫。受彎裂縫一般出現(xiàn)在跨中部位，為豎向裂縫，表現(xiàn)為下寬上窄的形態(tài)。剪切裂縫多出現(xiàn)在梁端部或梁連接部位，多為“八”字形或倒“八”字形。其形成原因?qū)煌蚨酁槌剀囕v引起，對啟閉機橋多為閘門銹蝕、變形等造成啟閉力增加造成。

2、閘室結(jié)構(gòu)的荷載縫，主要是由于水壓力造成，一般由于水頭壓力直接造成擋水構(gòu)件裂縫損壞的不多見。一般是由于水閘抬高水位運行，水閘水平抗力不足，引起水平向位移，造成閘墩或翼墻部位水平向裂縫。一是由于水閘抬高水位運行，閘底板楊壓力增加，造成閘底板開裂。

水閘結(jié)構(gòu)裂縫原因眾多、復(fù)雜。要正確判斷裂縫成因不能只針對裂縫本身進行分析判斷，應(yīng)綜合勘察水閘各部位結(jié)構(gòu)，綜合分析各部位結(jié)構(gòu)裂縫寬度、走向，例如沉降引起的閘底板裂縫，在上部結(jié)構(gòu)中也有相應(yīng)表現(xiàn)，但揚壓力引起的閘底板裂縫，在上部結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)不明顯。同時應(yīng)注意的是水閘結(jié)構(gòu)中，各種因素產(chǎn)生的裂縫往往同時出現(xiàn)，不能僅憑借某一個現(xiàn)象判斷裂縫成因，還應(yīng)綜合分析考慮。

結(jié)論：

在實際工程中，混凝土出現(xiàn)裂縫無小事，任何一個小裂縫都不能放過，都有可能成為工程安全影響因素，必須要綜合勘察、認真分析，確定其成因，再采取有效的混凝土補強措施。