水利工程混凝土裂縫發生原因探索和處理

陳 照 張建輝

(中國電建集團海外投資有限公司 北京 100044)

一、導言

在水利施工工程施工過程中，混凝土施工技術措施不完善，會發生裂縫問題，裂縫的主要破壞因素即混凝土結構物承載能力、耐久性及防水性降低，裂縫可能給整個水利工程項目安全隱患。因此，應關注水利工程施工中混凝土裂縫問題，采用系統化管理模型，減少嚴重裂縫的產生，可以通過可行有效方法，保證混凝土施工質量。

二、混凝土裂縫問題

(一)溫差裂縫

溫差裂縫由內外溫差導致。大體上，混凝土結構出現溫差裂縫的主要原因如下：(1)大體積混凝土水化熱。在混凝土施工過程中，水泥發生水化，從而散發大量熱量，會導致大體積混凝土內外混凝土之間會產生溫度梯度，當外部混凝土熱量釋放時，外部混凝土收縮過程中受到拉力，裂縫由拉力超過混凝土的抗拉極限造成[1]。(2)外界氣溫影響。混凝土拆模中，由于混凝土結構的外部溫度發生變化，產生溫差裂縫。混凝土之外的較高溫度將快速蒸發混凝土表面的水分，導致混凝土干裂和開縫。混凝土之外的的較低溫度會造成較大的溫度應力，從而會使混凝土容易發生開裂。

(二)收縮裂縫

在水利工程中，發生塑性收縮裂縫概率較大。通過混凝土結構的凝固，大概80%的水分會蒸發，其中外在水分蒸發相對較快，內里水分蒸發相對較慢，因為混凝土結構的總體積收縮，外部條件(基巖和鋼筋等)及混凝土內部一起對其產生一定的作用力，使收縮的混凝土受到拉應力，這個作用力會使混凝土結構產生嚴重的裂縫。

(三)混凝土的均質性

混凝土拌合物由不同材料組成，在其運輸及澆筑過程中，由于拌合物的坍落度不一致，會造成混凝土離析，影響混凝土的均質性，從而在混凝土發生硬化前，混凝土產生裂縫[2]。

(四)其他

(1)有些原因會產生裂縫，但很難去消除：閘墩間預制梁澆筑過程中雖然會有一定的頂拱，但梁底部裂縫仍很常見；混凝土基礎出現應力集中時，澆筑后在應力集中區域會出現裂縫。

工程投入初期，以及工程完工之后，建設期出現的混凝土裂縫，會逐漸積累，裂縫會越來越嚴重。有部分有害雜質進入裂縫之后，或損害混凝土的整體結構，對鋼結構產生腐蝕、降低混凝土抗拉性能，縮短混凝土結構的使用壽命。如混凝土結構出現嚴重的裂縫，將導致滲漏問題，甚至發生大壩結構嚴重的穩定性下降，甚至會影響水工建筑物的使用[3]。

(2)混凝土養護。通過混凝土養護，才能讓混凝土更好的逐漸硬化。在此過程中，應重視養護條件，避免產生裂縫。正常的養護條件下，混凝土會逐漸硬化，不發生開裂現象，因此，現場混凝土養護應盡量接近標準的養護條件，通過有效措施，降低混凝土開裂可能性。

(3)施工質量管理。以下工作將導致混凝土離析、非密實、結構的整體強度的減小，比如，振搗不規律，遺漏振搗、過度振搗等。混凝土內部氣泡的產生，需要及時大量排除，多頻度震動鋼筋，或者鋼筋附近的水泥漿比較多，也會影響粘結力。

(4)混凝土材料及配合比。配合比的設置與混凝土的抗拉強度關系較大，配置不合理，將導致混凝土開裂。配合比設置有問題指水泥用量過大、水灰比大、含砂率有問題、骨料不合適等，以上彼此關聯，共同作用。

三、混凝土裂縫防治方法

(一)優化配比，減小溫差裂縫

混凝土應采用低熱或者中熱水泥，減少水化熱；通過采用粉煤灰來代替水泥，以便增加混凝土的密實度，替考抗滲能力，減少混凝土的用量，降低混凝土的水化熱；優化砂石加工系統，選取強度高級配連續的骨料，降低部分空隙率，從而水泥用量變少；也可以在混凝土中使用適量的外加劑，以便降低混凝土溫度裂縫。由于混凝土是就地取材，所以需要根據當地的原材料特征進行合理的設計，從而確保混凝土的質量不受影響。

高溫地區混凝土澆筑時，盡可能采取有效措施，比如降低入倉溫度(一定的堆料高度、對骨料進行遮陽封閉降溫、低溫期間澆筑)，加速混凝土散熱，合理的分倉分塊也可以有效的釋放水化熱。

寒冷地區混凝土澆筑時，保證混凝土有較高的澆筑溫度，外部要采取保溫措施。

(二)避免收縮裂縫，加強施工管理

因工程建筑的力荷載需要承受，對于地基結合的混凝土結構，要求具備較強的抗壓抗拉能力，應對其進行合理的設計。在施工過程中，要對混凝土基礎進行清理，基礎強度需滿足承載力要求，不滿足要求的可采取置換基礎、加固基礎、加深開挖深度等方式來提高承載力。

在混凝土結構突變部位，和易產生裂縫部位配置鋼筋，鋼筋可以有效的減小混凝土承受的拉應力，大幅加強混凝土抗拉防裂能力。在溢流堰澆筑時，基礎混凝土經常采用臺階澆筑，會產生應力集中，根據混凝土的質量，在臺階外緣合理布置鋼筋，可以有效降低溢流面裂縫的產生，裂縫產生后，一般采用化學灌漿的方式進行處理。

一般設計圖紙都會根據建筑物的特征合理設置伸縮縫，施工時可以根據施工企業的實力合理調整。混凝土澆筑和養護不應間隔較久，通過保溫和保濕，減緩混凝土中的水分流失，也防止混凝土外部溫度進行較大的變化。

(三)均質性裂縫

在混凝土澆筑時，通過入倉方式的選擇，避免出現離析現象。混凝土澆筑之后，分層分塊澆筑，充分振搗，排除氣泡，保證混凝土的密實性。

(四)上防(或上堵)和下排

通過采取上游防控和下游排出措施，減少防滲壓力。上部防控包括上游的增設防滲鋪蓋、建設防滲帷幕、增加止水槽、增加迎水面防滲層等。下部排出包括混凝土壩帷幕后的增加排水孔、大壩上游防滲層后增加壩體排水管等。

(五)其他措施

(1)加密鋼筋以增強抗裂性能，鋼筋宜加密并且直徑小。配筋比率宜0.3～0.5%之間。(2)避免應力過于集中，加強應力弱的地方以解決應力過于集中問題。(3)對于容易開裂的部位，考慮配置暗梁，通過提高易開裂部位的配筋，提高極限拉伸能力。(4)根據氣溫、施工工序和時間等特點，合理安排設置澆筑時間。在正常施工條件下，要求后澆縫間距在20米-30米之間，并且間隔時間低于60天。

四、結論

總而言之，在水利工程混凝土施工中，實施單位的工程技術和監理人員應高度重視水利工程混凝土裂縫對水利工程的影響，應采取標準的施工程序，控制管理施工的每個環節，按照規章制度定期采取質量檢驗，對于具體問題采取對應的管控措施，降低混凝土裂縫風險、保證工程質量。