水工大體積混凝土裂縫成因及控制研究

摘 要：水利工程建設中大體積混凝土裂縫引發諸多問題，文章在充分參考前人研究成果的基礎上分析裂縫成因，并結合白洋淀千里堤十二孔閘改建工程，提出合理控制措施和改進建議。

關鍵詞：水工；大體積混凝土；裂縫控制

水工大體積混凝土在混凝土大壩、閘底板、溢洪道閘室等水利工程中運用廣泛。水工大體積混凝土裂縫問題在水利工程中舉足輕重，認真分析問題成因至關重要，深入實際、防治結合、科學合理地控制裂縫，才能保證水工建筑物的正常能效。

1 裂縫產生機理

1.1 溫度裂縫

在混凝土凝固過程中，水泥水化會釋放大量的水化熱，從而使混凝土內部的溫度隨之上升。水工大體積混凝土結構在內外環境溫差的作用下，結構內溫度會隨時間增長而降低，直至達到多年平均氣溫水平?；炷恋臏囟茸兓^程分為溫升、冷卻降溫、穩定三個階段。[1]水工大體積混凝土的溫度變化會引起溫度變形，受到約束產生溫度應力，當拉應力超過抗拉強度時產生裂縫。

1.2 沉降裂縫

結構地基質地不均、不密實、平整度差，或者回填土壓實度不滿足強度要求，地基會產生不均勻沉降，或者模板下滑等變形所引發大體積混凝土結構裂縫。尤其夏季雨后，在結構薄弱的地方極易有裂縫產生。

1.3 收縮裂縫

收縮裂縫是由于水泥中水分大量蒸發產生的裂縫?；炷恋陌韬退?，約20%的水分是水泥硬化所必須的，其余80%的水分要蒸發。[2]混凝土澆筑凝結前，在高溫、大風的作用下表面失水過快，產生塑性收縮，形成中部寬、兩端窄的塑性裂縫；澆筑后，結構表面失水快、變形大，內部失水少、變化小，隨著水泥凝結，結構表面拉應力增加，結構受到變形的影響，而出現干縮裂縫。

除了上述裂縫成因以外，產生裂縫還有凍害、施工技術、材料選擇和配合比、外力作用、骨料反應等因素。

2 工程案例分析

2.1 工程概要

十二孔閘位于河北省任丘市大樹劉莊村東白洋淀千里堤上，是一座具有防洪、引水灌溉及引水補淀綜合利用的水利工程。原閘始建于1958年，為砂質地基，方形箱式磚石涵結構形式，12孔2×2m涵洞。由于工程始建標準低、質量較差，經過幾次除險加固工程均未根除隱患，存在繞滲、下游消能防沖能力低等問題，為保證防洪及下游安全，發揮引水灌溉和引水補淀效益，于2010年8月開始改建。改建后閘型為涵洞式水閘，洞身為4孔3×3m鋼筋混凝土箱涵結構，改建后仍沿用“十二孔閘”名稱。十二孔閘主要建筑物級別為1級，次要建筑物為3級，設計洪水位9.0m（85高程），引水灌溉設計流量為48m3/s，引水補淀設計流量為30m3/s，洪水標準為100年一遇，洪水水位為10.48m。[3]

2.2 施工情況與裂縫分析

十二孔閘2010年的改建工程中，混凝土施工工藝流程為：艙面準備；測量、驗收；混凝土拌制；混凝土運輸入倉；混凝土平倉振搗；抹面；拆模、養護；伸縮縫處理。在混凝土施工過程中面臨可能導致裂縫的因素大致分為以下幾點：

（1）基礎因素

十二孔閘改建工程為原址重建工程，地質結構為粘性土單一結構，分布較穩定。由于新建工程防洪級別提高，縱向距離增加到107.6m，較原工程的56m大幅增加。[3]經河北省水利勘測設計院先后兩次實地勘測，新工程消力池以下為沙壤土地基，易造成局部混凝土產生裂縫甚至墊層塌方。

（2）混凝土質量因素

為確?！耙S補淀”如期通水目標（2010年11月），十二孔閘改建工程主體計劃工期為2010年8月9日至10月15日。工期短造成混凝土施工方案中混凝土供應方式為外購商品混凝土，如不能對外購混凝土進行質量嚴格控制，易造成混凝土質量不達標或提前拆模出現施工冷縫。

（3）氣溫因素

該工程主體工程（上下游底板、胸墻、翼墻、涵洞、閘墩）施工工期處在夏末秋初，混凝土澆筑拌合、運輸、澆筑過程中面臨著高溫影響。

（4）荷載因素

該工程位于白洋淀千里堤中段，是附近居民交通要道，特別須滿足水產養殖運輸重車通行要求。涵洞頂板澆筑完成后，改建工程須恢復交通。此情況對涵洞頂板配筋、澆筑、養護提出更高要求，如澆筑的混凝土不能滿足荷載要求，易產生裂縫。

2.3 裂縫防治控制

針對上述問題，為避免十二孔閘改建工程大體積混凝土結構產生裂縫，采取了以下控制措施：

（1）基礎施工與處理

在工程下游，主體工程四周設置排水井，采用塊石過濾，機泵排水，加速地基的固結，保證地基的穩定性，防止因不均勻沉降產生的混凝土裂縫。對消力池以下基礎工程采用置換法加以處理：開挖部分原沙壤土地基，換填粘土地基，夯實基礎，保證基礎的平整性和密實性；在粘土基礎上均勻平鋪100cm厚條石，用混凝土澆筑一體，保證地基強度，防止不均勻沉降產生混凝土裂縫。頂板澆筑不分倉，采用通體一次性澆筑完成，澆筑過程中加強澆搗，保證密實度。

（2）混凝土質量保證

本工程采用水工防滲商品混凝土，每批商品混凝土進入施工現場，施行廠家提供檢驗報告，施工單位送檢，監理單位督察，建設單位抽查的管理辦法，確保進場成品混凝土的各項指標穩定合格。澆筑前，科學計算混凝土需求量，充足報備，防止連續澆筑過程中混凝土斷供耽誤時間而造成施工冷縫。

（3）溫度因素防控

夏季澆筑施工盡量控制在早、晚兩個時段，避免在正午高溫環境下進行，如果必須在高溫環境下作業，應當搭建涼棚，同時噴灑水霧。采用低熱硅酸鹽水泥，在罐車運輸過程中加入冰塊降溫，加入緩凝劑控制凝結時間。

（4）荷載應力因素控制措施

為滿足抗壓強度要求，防止混凝土裂縫的產生，改建工程涵洞頂板的澆筑選用標號為C60的高強度混凝土，選用優質骨料，添加水泥用量0.5%的高效減水劑。工程拆模后采用麻袋覆蓋并灑水保濕，養護28天，避免高溫、大風造成不利影響。

2.4 運行情況

十二孔閘改建工程2010年12月7日投入使用后，經過五年的運行，工程狀況良好，運行正常，未發現重大質量隱患，達到了設計標準。在2010-2012年度引黃補淀工程中發揮了顯著效益，累計為白洋淀補水近1.4億m3；在2012年“7.21”防汛期間運行良好，有效發揮了自身防洪功能。

3 結束語

大體積混凝土裂縫研究是水利工程研究的熱點，通過對裂縫成因分析及控制措施研究，有利于系統掌握裂縫控制方面的技術方法，有利于指導水利工程實踐。

參考文獻

[1]袁光裕，胡志根.水利工程施工[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[2]孔祥勤.論混凝土裂縫的預防與處理[J].吉林水利，2004，12：43-44.

[3]白洋淀千里堤十二孔閘改建工程竣工驗收報告[R].2012，12.

作者簡介：溫玲（1988，12-），女，河北省保定市，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：主要從事水利工程管理工作。