水利工程混凝土裂縫成因及防治技術研究

摘要：在水利工程建設中，混凝土裂縫是普遍存在的問題，會影響工程的質量和安全性。本文主要對水利工程中混凝土裂縫的成因進行了分析，并提出了相應的防治技術，以期能為水利工程建設提供參考。

關鍵詞：水利工程；混凝土裂縫；成因分析；防治技術

DOI：10.12433/zgkjtz.20240445

水利工程是國民經濟基礎設施的重要組成部分，在防洪、灌溉、發電、供水等方面起著重要作用。在水利工程建設中，混凝土結構是廣泛應用的結構形式，但由于各種因素的影響，混凝土結構常出現裂縫問題，不僅會影響工程的質量和安全性，還會縮短工程的使用壽命。因此，對水利工程混凝土裂縫的成因及防治技術進行研究具有重要的現實意義。

一、混凝土裂縫成因分析

在水利工程中，混凝土裂縫是一個普遍存在的問題。要想有效控制和預防混凝土裂縫，需要了解其成因。

（一）水泥品種與混凝土裂縫

水泥是混凝土的主要原材料，品種和性能對混凝土的裂縫產生有著重要影響。不同品種的水泥，硬化速度、收縮性、抗凍性等性能都有所不同。例如，某些快硬水泥在早期強度增長較快，但后期收縮性較大，容易導致混凝土開裂。因此，在選擇水泥品種時，應考慮性能與工程需求相匹配，避免因水泥品種選擇不當導致裂縫問題。

（二）骨料與混凝土裂縫

骨料是混凝土中的重要組成部分，包括粗骨料和細骨料。骨料的粒徑、級配、含泥量等都可能導致混凝土產生裂縫。粗骨料的粒徑過大或過小都可能導致混凝土出現裂縫。含泥量較高的骨料在攪拌過程中會吸收更多的水分，增加混凝土的收縮性，從而使得裂縫產生的可能性變大。因此，在選擇骨料時，應嚴格控制粒徑、級配和含泥量，以確保骨料的質量和穩定性。

（三）外加劑與混凝土裂縫

外加劑是混凝土中的重要組成部分，主要用于改善混凝土的性能。然而，某些外加劑可能會對混凝土的收縮性產生不利影響，從而導致裂縫產生。例如，某些早強劑在早期硬化過程中會使混凝土產生較大的收縮，從而增加裂縫風險。因此，在使用外加劑時，應充分了解性能和適用范圍，避免因外加劑使用不當出現裂縫問題。

（四）施工因素

施工因素也是混凝土裂縫產生的重要原因之一。在水利工程施工過程中，一些不規范的施工操作和流程可能導致混凝土出現裂縫。

首先，施工不規范是造成混凝土裂縫的主要原因之一。在施工過程中，由于技術人員技術不扎實、項目管理監督不到位、項目的設計存在缺陷、前期準備工作沒有做好、為了趕工期而降低工程標準等，都可能導致混凝土出現裂縫。

其次，混凝土生產時原材料計量誤差大，尤其外加劑的摻加隨意性大，沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量，造成混凝土水灰比增大。此外，在混凝土運輸及泵送過程中，加水現象也較普遍，也會影響混凝土的性能，進而導致裂縫產生。

最后，采用整體式鋼模板臺車施混凝土澆筑時不振搗或漏振，混凝土均質性差。同時，夏季施工時，砂、石料露天堆放，無切實有效的降溫措施，混凝土入模溫度高；冬季施工時，采取的防寒保溫措施不力，也會導致混凝土出現裂縫。

（五）設計因素

結構形式不合理：在水利工程設計中，結構形式的選擇對混凝土裂縫的產生有重要影響。如果結構形式設計不合理，例如，結構布局不當、結構構件的交接處理不當等，都可能導致混凝土在施工過程或使用中出現裂縫。

結構荷載過大或過小：在水利工程設計中，必須考慮工程所承受的荷載。如果荷載過大，超過了結構構件的承載能力，會導致結構變形或出現裂縫。相反，如果荷載過小，不足以滿足結構的使用需求，也可能導致結構松散和裂縫。

結構設計缺陷：在水利工程設計中，如果結構設計存在缺陷，例如，結構構件的截面尺寸不當、配筋不足等，都會影響結構的安全性和穩定性，容易導致混凝土裂縫的產生。

基礎設計不當：在水利工程設計中，基礎設計也是影響混凝土裂縫的重要因素之一。如果基礎設計不當，例如，地基承載能力不足、地基不均勻沉降等，都會導致混凝土出現裂縫。在水利工程設計中，地基承載能力是至關重要的。如果地基承載能力不足，會導致基礎沉降和不均勻沉降，進而導致混凝土出現裂縫。因此，在進行基礎設計時，必須進行充分的地質勘察和承載力分析，以確保地基的承載能力滿足工程要求。地基不均勻沉降也是導致混凝土裂縫的常見原因之一。如果地基不均勻沉降過大，會導致結構構件的變形和扭曲，進而導致混凝土出現裂縫。

因此，在進行基礎設計時，首先，應采取有效的措施防止地基不均勻沉降的產生，例如，采用樁基、加強地基處理等。其次，在進行基礎設計時，充分考慮各種因素的影響，進行詳細的基礎設計和計算。

二、水利工程混凝土裂縫防治的措施

（一）合理選擇混凝土材料

原材料選擇：混凝土的主要原材料包括骨料、水泥、水、添加劑等。在骨料選擇方面，應選擇質地堅硬、級配良好的材料，避免使用含泥量過高或有機質含量過高的骨料。在水泥選擇方面，選擇品質穩定、強度等級適宜的水泥，避免使用過期或受潮的水泥。

材料性能考慮：不同的工程條件和要求需要選擇不同性能的混凝土。例如，對于大體積混凝土或需要較高耐久性的工程，應選擇低水化熱、高抗裂性的混凝土。

環境適應性：在選擇混凝土材料時，考慮工程所在地的氣候條件、水質等因素，確保所選材料能適應工程環境，減少因環境因素導致的裂縫。

優化混凝土配合比：第一，水灰比控制。水灰比是影響混凝土性能的關鍵因素之一。水灰比過大可能導致混凝土收縮增加，從而產生裂縫。因此，在配合比設計中，應嚴格控制水灰比，確保其在合理范圍內。第二，骨料級配優化。骨料的級配直接影響混凝土的密實性和強度。通過優化骨料的級配，可以提高混凝土的密實度，減少收縮，從而降低裂縫產生的風險。第三，添加劑使用。適當使用添加劑可以改善混凝土的工作性能和耐久性。例如，使用減水劑可以降低水灰比，提高混凝土的強度；使用緩凝劑可以延緩混凝土的凝結時間，有利于施工操作。

（二）加強構造鋼筋設計

鋼筋布置優化：在結構設計中，鋼筋的布置方式和數量對混凝土的裂縫控制至關重要。通過合理布置鋼筋，特別是在易產生裂縫的部位加密鋼筋，可以有效約束混凝土的變形，減少裂縫的產生。

鋼筋直徑和間距選擇：選擇合適的鋼筋直徑和間距對于控制混凝土裂縫也很重要。直徑過大或間距過小的鋼筋可能導致混凝土保護層厚度不足，增加裂縫產生的風險。因此，應根據工程需求和結構受力情況合理選擇鋼筋直徑和間距。

考慮溫度應力影響：在構造鋼筋設計時，考慮溫度應力對混凝土結構的影響。通過設置溫度鋼筋或采取其他措施，減少溫度應力引起的裂縫。

（三）施工階段預防措施

在施工階段，為了預防水利工程混凝土裂縫的產生，應嚴格控制混凝土施工質量。

原材料質量控制：確保混凝土原材料的質量符合設計需求，避免使用不合格的原材料。對進場的原材料進行嚴格檢查，包括骨料、水泥、水、添加劑等，確保性能和規格符合規范需求。

混凝土攪拌與運輸：在混凝土攪拌過程中，應按照規定的配合比進行攪拌，確保混凝土的均勻性和強度。同時，選擇合適的運輸方式和運輸設備，確保混凝土在運輸過程中不出現離析、泌水等問題。

混凝土澆筑與振搗：在混凝土澆筑過程中，應確保澆筑速度和澆筑厚度符合規范，避免出現澆筑不均勻、漏振等問題。同時，在振搗過程中，采用合適的振搗設備和方法，確保混凝土充分密實，減少裂縫的產生。

（四）加強混凝土養護

早期養護：在混凝土澆筑完成后，及時進行早期養護，保持混凝土表面的濕潤狀態。通過覆蓋草席、塑料薄膜等措施，避免陽光直射和風吹雨淋對混凝土的影響。

保濕養護：在混凝土養護期間，保持適宜的溫度和濕度，避免混凝土出現干燥或過濕的情況。通過灑水、噴霧等措施，保持混凝土表面濕潤。

溫度控制：高溫季節施工時，采取遮陽、噴水等措施降低混凝土的溫度；寒冷季節施工時，采取保溫、加熱水等措施提高混凝土的溫度，以此避免溫度變化過大導致混凝土出現溫度裂縫。

溫度監測：在施工過程中，設置溫度監測點，實時監測混凝土的溫度變化。通過溫度監測數據，及時了解混凝土的溫度變化情況，為采取溫控措施提供依據。

冷卻水循環：對于大體積混凝土或需要較高耐久性的工程，采用冷卻水循環的措施降低混凝土的溫度。通過在混凝土內部設置冷卻水管，通入冷卻水循環帶走熱量，降低混凝土的溫度。

保溫措施：在寒冷季節施工時，采取保溫措施防止混凝土受凍。例如，在混凝土表面覆蓋草席、塑料薄膜等保溫材料，避免溫度過低導致混凝土出現凍融裂縫。

（五）運營階段預防措施

定期檢查：運營階段應定期對水利工程進行檢查，包括混凝土結構、設備、設施等方面。通過定期檢查，可以及時發現潛在的裂縫或其他問題，為后續維護提供依據。

設備維護：水利工程中的水泵、閘門等設備，在使用過程中可能會影響混凝土結構。因此，應定期對設備進行維護和保養，確保其正常運行，減少其對混凝土結構的損害。

結構監測：對于重要的混凝土結構，可以設置監測設備，實時監測其變形、應力等參數。通過結構監測數據，可以及時了解結構的狀態，為預防裂縫的產生提供參考。

裂縫識別：在運營過程中，一旦發現混凝土出現裂縫，應及時進行識別和分類。根據裂縫的類型、位置、寬度等參數，判斷裂縫的性質和危害程度。

裂縫處理：對于輕微的裂縫，可以采取表面處理的方法進行封閉；對于較嚴重的裂縫，需要采取灌漿、加固等措施進行處理。在處理過程中，應確保處理方法和材料符合規范需求，確保處理效果。

預防措施：在處理裂縫的同時，應分析裂縫產生的原因，采取相應的預防措施。例如，加強結構加固、改善施工工藝、加強材料管理等措施，防止類似裂縫再次出現。

三、案例分析

（一）工程背景介紹

某水利工程位于山區，主要功能為灌溉和防洪。該工程涉及大量的混凝土結構，包括水閘、渠道、堤防等。在工程運行過程中，發現部分混凝土結構出現了裂縫，嚴重影響了工程的安全性和穩定性。為了解決這一問題，對該水利工程混凝土裂縫進行了成因分析和防治技術應用。

（二）混凝土裂縫成因分析

通過對該水利工程混凝土裂縫的觀察和分析，裂縫的主要成因包括：

溫度應力：由于該地區溫差較大，導致混凝土結構產生溫度應力。當溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產生裂縫。

基礎不均勻沉降：當地地質條件復雜，該工程的部分基礎存在不均勻沉降現象，導致混凝土結構產生附加應力，進而產生裂縫。

施工工藝問題：在施工過程中，部分施工環節存在操作不當或質量控制不嚴格的情況，導致混凝土結構出現裂縫。

材料問題：部分混凝土原材料質量不符合設計需求，導致混凝土強度不足，容易產生裂縫。

（三）防治技術應用及效果評估

溫度控制：在施工過程中，采取合理的溫度控制措施，例如，設置冷卻水管、加強保溫等，有效降低混凝土的溫度應力。

基礎處理：對存在不均勻沉降的基礎進行加固處理，提高基礎承載能力，減少附加應力的產生。

施工工藝改進：加強對施工質量的監督和管理，對施工工藝進行改進和優化，提高混凝土結構的施工質量。

材料質量控制：加強對原材料的質量控制，確保混凝土原材料符合設計需求，提高混凝土的強度和耐久性。

經過以上防治技術的應用，該水利工程混凝土裂縫的數量和規模得到了有效控制。

四、結語

本文通過對水利工程混凝土裂縫成因的分析和研究，提出了相應的防治技術。通過實際案例的分析和驗證，證明了這些防治技術的有效性和實用性。然而，隨著水利工程建設的不斷發展和進步，需要進一步研究和探索更先進的防治技術，以此提高水利工程的質量和安全性。同時，需要加強對水利工程混凝土裂縫的監測和預警工作，及時發現和處理問題，確保水利工程安全運行。

參考文獻：

[1]張雷，谷利劍.隧道襯砌混凝土裂縫的分析與防治[J].市政技術，2009，27（S1）：128-130.

[2]孫麗.隧道襯砌混凝土裂縫的成因與防治[J].交通世界（建養.機械），2012（08）：230-231.

[3]白曉昱.水利工程施工中常見的問題和解決方案[J].山東工業技術，2017（02）：108-109.

作者簡介：李傳友（1984），男，山東省陽谷縣，工程師，本科，主要研究方向為水利工程施工。