水利工程混凝土結構施工裂縫控制技術探析

劉曉會

（涿州市水利局，河北 涿州 072750）

水利工程是國家基礎設施的重要組成部分，其施工質量直接關系到人民的生命財產安全。混凝土結構作為水利工程的主要結構形式，其施工質量尤為重要。然而，在施工過程中，混凝土結構常常會出現裂縫問題，這不僅影響了工程的美觀性，更嚴重的是會影響到工程的穩定性和安全性。因此，如何有效控制水利工程混凝土結構施工中的裂縫問題，是當前水利工程建設中亟待解決的關鍵問題。通過對水利工程混凝土結構施工裂縫控制技術的研究和應用，可以有效地減少裂縫產生和擴展的風險，提高工程的安全性和可靠性。同時，也為今后水利工程的設計、施工和維護提供有益的參考和指導，推動水利工程的可持續發展。

1 混凝土結構裂縫的類型

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同。混凝土在硬化過程中，由于水分蒸發，表面水分損失快，變形較大，而內部水分損失慢，變形較小。當這種變形差異達到一定程度時，就會在混凝土表面產生干縮裂縫。干縮裂縫通常出現在混凝土澆筑后的一段時間內，多為不規則的龜裂狀縫隙。干縮裂縫對混凝土的耐久性產生影響，容易使鋼筋銹蝕，降低混凝土的抗滲能力。

1.2 沉陷裂縫

沉陷裂縫是由于結構地基土質不勻、松軟或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致。或者因為模板剛度不足、模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致。沉陷裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發展。裂縫寬度與沉降量成正比關系。較大的沉陷裂縫，往往上下或左右有一定的錯位，裂縫寬度隨溫度變化而變化，通常寬度會有所變化。沉陷裂縫往往對人體安全構成威脅，一旦發現，應立刻向相關部門報告。

1.3 溫差裂縫

溫差裂縫是由于混凝土結構內外溫差引起的。混凝土在硬化過程中會產生大量的水化熱，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土結構內外溫差較大，當溫差超過一定的限度時，就會在混凝土表面產生拉應力，使得混凝土表面產生裂縫。溫差裂縫通常出現在大體積混凝土澆筑后的3～4 天內，表現形式為短條狀裂縫，多為貫穿性裂縫。溫差裂縫的走向通常無一定規律，大面積的結構裂縫常縱橫交錯。

2 水利工程混凝土結構出現裂縫的原因分析

2.1 施工質量問題

水利工程施工質量差會造成裂縫的出現，主要表現在：第一，混凝土配合比設計不合理。混凝土配合比是指混凝土中水、水泥、骨料和摻合料等各種材料的比例關系。如果配合比設計不合理，比如水灰比過大、水泥用量不足等，會導致混凝土強度不夠，易發生裂縫。第二，施工過程中的振搗不均勻。混凝土澆筑后需要進行振搗作用，以排除混凝土中的空氣和空隙，使混凝土內部更加均勻致密。如果振搗不均勻，會導致混凝土內部存在空隙，這些空隙會削弱混凝土的力學性能，從而引發裂縫。第三，未按規定的澆筑順序和方法施工。混凝土結構的澆筑順序和方法是根據結構特點和受力要求來確定的。如果未按規定的澆筑順序和方法施工，比如連續澆筑過長的跨度、未進行適當的節段澆筑等，會導致混凝土內部應力分布不均勻，從而引發裂縫。第四，混凝土濕養護不充分。混凝土在初凝和硬化過程中需要進行濕養護，以保持足夠的水分供應，促進水化反應和強度的發展。如果濕養護不充分，比如水化反應早期水分流失過快、未進行濕潤保護等，會導致混凝土強度發展不良，易發生裂縫。

2.2 溫度變化

溫度變化是導致水利工程混凝土結構出現裂縫的重要原因之一。由于大體積混凝土的水化熱，結構內部溫度可能會很高，而外部則由于散熱較快溫度較低，這種內外溫差導致的不均勻溫度分布會使混凝土產生溫度應力。一方面，關于內外溫差，大體積混凝土在凝固時會釋放出大量的水化熱，使得結構內部溫度急劇上升。由于混凝土的導熱性能較差，外部散熱較快，溫度較低，這就形成了明顯的內外溫差。這種溫差導致混凝土內部產生壓應力，而外部產生拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就會引發裂縫。另一方面，季節溫差也是不可忽視的因素。水利工程常常暴露在自然環境中，會受到季節性溫度變化的影響。季節性的溫度變化會對混凝土結構產生周期性的作用，長期作用下，混凝土會產生疲勞應力，從而導致裂縫的產生，尤其是在溫差較大的地區，季節性溫度變化對混凝土結構的影響更為顯著。

2.3 材料因素

混凝土是由水泥、骨料、水和其他添加劑混合而成的復合材料，其性能受到各種因素的影響，其中配合比和材料質量是最為重要的因素。第一，混凝土的配合比。配合比不當，如水灰比過大、骨料級配不良等，都可能對混凝土的強度和收縮性能產生不利影響。水灰比過大，會導致混凝土的收縮增大，增加裂縫產生的風險；骨料級配不良，會影響混凝土的強度和耐久性，進而引發裂縫問題。因此，合理設計混凝土的配合比，控制好水灰比和骨料級配，是減少裂縫產生的重要措施之一。第二，材料質量也是影響混凝土結構質量的重要因素之一。如果使用不合格的材料，如劣質的水泥、骨料或其他添加劑，可能會嚴重影響混凝土的性能，使其更容易開裂。例如，使用過期或受潮的水泥，其強度和穩定性會大大降低，增加裂縫產生的風險；使用質量差的骨料，其粒徑、級配和堅固性不符合要求，會影響混凝土的強度和耐久性。因此，嚴格控制材料質量，選擇符合要求的高質量材料，是保證混凝土結構質量、減少裂縫產生的重要措施之一。

3 水利工程混凝土結構施工裂縫控制技術

3.1 強化施工流程

在水利工程混凝土結構施工過程中，強化施工流程是非常重要的一環，具體而言：（1）土地準備。在施工前，需要對施工現場進行充分的土地準備工作，包括清除雜物、平整土地等，確保施工時的基礎穩定性，減少土壤的不均勻沉降，從而降低裂縫的風險。（2）基礎施工。基礎施工是水利工程混凝土結構的基礎，需要保證基礎的穩定性和均勻性。在基礎施工過程中，要注意控制施工過程中的振動和水平度，避免產生過大的應力和變形。（3）模板搭設。模板搭設是混凝土結構施工中的關鍵環節，需要確保模板的剛度和穩定性，在模板搭設過程中應控制模板的尺寸和平整度，避免產生過大的變形和應力。（4）混凝土澆筑。混凝土澆筑是水利工程混凝土結構施工中的重要環節，需要注意控制澆筑速度、澆筑高度和澆筑溫度。控制澆筑速度可以避免產生過大的溫度差異，減少裂縫的產生；控制澆筑高度可以避免混凝土的分層和不均勻沉降；控制澆筑溫度可以避免混凝土的過早干燥和收縮。通過嚴格控制施工流程，可以有效地減少水利工程混凝土結構施工過程中的裂縫產生，同時施工過程中需要密切監測和記錄施工參數，及時調整和采取相應的措施，以確保施工質量和結構的安全性[1]。

3.2 調整混凝土配比

調整混凝土配比是控制水利工程混凝土結構施工裂縫的重要手段之一。通過合理的配比設計，可以優化混凝土的各項性能，提高其抗裂能力，從而減少裂縫的產生。在調整混凝土配比的過程中，應考慮以下幾個關鍵因素：一是原材料選擇。選用質量穩定、性能優良的原材料，如優質水泥、低堿骨料等，確保混凝土的基本性能。二是控制水灰比控制。水灰比是影響混凝土性能的重要參數。過大的水灰比會導致混凝土強度降低，容易產生裂縫；過小的水灰比則可能使混凝土過于硬化，導致收縮裂縫。應根據工程要求和試驗結果，合理確定水灰比。三是確定合適砂率。砂率的大小直接影響混凝土的流動性和硬化后的性能。砂率過小，混凝土流動性差，澆注困難；砂率過大，則容易產生離析和干縮裂縫。應通過試驗確定合適的砂率，確保混凝土的良好工作性能。四是摻合料與外加劑。通過摻加適量的摻合料（如粉煤灰、礦渣等）和外加劑（如減水劑、緩凝劑等），改善混凝土的硬化過程，減少收縮裂縫的產生。五是配合比設計。根據工程要求和實際情況，進行多方案比較和試配，確定最優的配比方案，采用抗裂性能更高的新型混凝土，如纖維混凝土等，提高混凝土的抗裂能力[2]。

3.3 管理施工溫度

管理施工溫度是水利工程混凝土結構施工過程中非常重要的一環。混凝土的硬化過程中會釋放出大量的熱量，如果不能及時散發，就會導致溫度差異，從而引起混凝土的收縮和裂縫的產生。因此，需要采取一系列措施來管理施工溫度。首先，控制混凝土的澆筑時間是關鍵。在高溫季節，應盡量選擇在早晨或晚上進行混凝土澆筑，避免在日照強烈的高溫時段進行施工，以減少混凝土受熱的時間。此外，可以采用分層澆筑的方式，每層混凝土澆筑完成后進行充分養護，等待其溫度降低后再進行下一層的澆筑，以避免過大的溫度差異。其次，澆筑層數的控制也十分重要。過厚的混凝土層會導致內部溫度升高過快，增加了裂縫的風險。因此，在施工過程中，可以適當減少單次澆筑的混凝土層數，使混凝土的溫度更加均勻，減少溫度差異。最后，覆蓋保溫也是管理施工溫度的有效手段。在混凝土澆筑完成后，及時進行覆蓋保溫，減緩混凝土的散熱速度，使其溫度逐漸降低，減少溫度差異。可以使用保溫材料覆蓋混凝土表面，并加強保溫措施，如使用保溫棚或加蓋保溫層，以降低混凝土的散熱速度[3]。

3.4 加強養護技術

混凝土的養護不僅影響其質量，還直接關系到裂縫的產生和發展，采取科學合理的養護技術，對于提高混凝土的抗裂性能和整體穩定性具有重要意義。在混凝土澆筑完成后，其硬化的過程中需要充足的水分，以完成水化反應，防止因失水過快導致干縮裂縫的產生。因此，及時進行養護是防止裂縫的關鍵環節。對于加強混凝土結構的養護可以從以下幾個方面來實現：（1）及時覆蓋保濕。在混凝土澆筑完成后，應盡快進行表面覆蓋，防止水分過快蒸發。常用的覆蓋材料包括濕布、塑料薄膜等，這些材料可以有效保持混凝土表面的濕潤狀態，降低水分蒸發速度。（2）控制溫度梯度。在混凝土硬化的過程中，內外溫差過大容易導致溫度裂縫的產生，因此應加強溫度監測，控制好混凝土內部的溫度梯度。在高溫季節，可以采用灑水降溫等方式降低混凝土表面的溫度，減小內外溫差。（3）延長養護時間。根據工程實際情況和氣候條件，應合理延長混凝土的養護時間，在干燥或高溫環境下，養護時間應適當延長，確保混凝土有足夠的時間完成水化反應，提高其抗裂性能。（4）科學安排施工順序。在水利工程施工過程中，應合理安排不同工序之間的施工順序，避免因施工交叉導致的混凝土暴露時間過長，澆筑完成后盡量避免對混凝土的擾動，以免影響其穩定性。（5）建立質量監控體系。建立完善的質量監控體系，對混凝土的養護過程進行全程監控。通過定期檢查和記錄養護情況，及時發現和解決養護過程中出現的問題，確保混凝土的質量和穩定性[4]。

3.5 布置防裂鋼筋

布置防裂鋼筋是水利工程混凝土結構中常用的一種措施，可以有效增加混凝土的抗裂能力。混凝土在施工過程中由于溫度變化和收縮等因素的影響，容易出現裂縫，而布置防裂鋼筋可以有效地限制裂縫的擴展，提高混凝土結構的整體抗裂性能。防裂鋼筋一般布置在混凝土的受力區域，如梁、柱、板等部位，布置的方式可以根據具體的工程要求來確定，一般有單向和雙向布置兩種方式。單向布置防裂鋼筋是指在混凝土的主要受力方向上布置鋼筋，以增加混凝土在這個方向上的抗裂能力。通常情況下，將防裂鋼筋布置在梁、板等構件的正張力區域，以承擔拉應力，防止裂縫的產生和擴展。雙向布置防裂鋼筋則是在混凝土的兩個主要受力方向上都布置鋼筋，以增加混凝土的整體抗裂能力。這種方式適用于大型水利工程中的混凝土結構，如大壩、堤壩等。通過在不同方向上布置鋼筋，可以增加混凝土在各個方向上的抗裂性能，有效地限制裂縫的產生和擴展。在布置防裂鋼筋時，需要根據具體的工程要求和設計規范來確定鋼筋的布置密度和間距。同時，還需要注意鋼筋與混凝土的粘結性能，確保鋼筋能夠有效地與混凝土結合，發揮其抗裂作用[5]。

總的來說，控制水利工程混凝土結構施工裂縫需要從多個方面入手，包括強化施工流程、調整混凝土配比、管理施工溫度、加強養護技術和布置防裂鋼筋等。只有綜合運用這些措施，才能有效地防止混凝土結構出現裂縫，確保水利工程的施工質量和使用安全。