水闸施工前期开裂的原因及预防

浅谈水闸施工前期开裂的原因及预防

摘要：水闸是平原地区常见的水工建筑物，历史悠久，数量众多，分布范围广，设计理论与施工方法均比较成熟。但在长期以来的水闸混凝土施工过程中，水闸底板混凝土时有裂缝出现，后续施工的闸墩开裂现象更为严重，甚至曾出现一条闸墩多处开裂的现象。混凝土的开裂不仅引起了人们对工程质量的担心，更引起了人们对工程耐久性的疑惑，有时甚至会担心水闸结构能否达到预期的设计目标。

关键词：水闸；施工；开裂；

abstract: the sluice is a common hydraulic structures, the plain area has a long history, large quantity, wide distribution, design theory and construction method are more mature. but in the long concrete construction process, sluice plate concrete cracks appear, pier cracking phenomenon follow-up construction is more serious, and even had a pier multiple cracking phenomenon. the cracking of concrete not only raises concerns on the quality of the project, more aroused people’s doubts about the durability of engineering, sometimes even worry sluice structure can achieve the desired design goals.

keywords: water; construction; cracking

中图分类号： tv66 文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2013）

1、陈述

水闸是平原地区常见的水工建筑物，历史悠久，数量众多，分布范围广，设计理论与施工方法均比较成熟。但在长期以来的水闸混凝土施工过程中，水闸底板混凝土时有裂缝出现，后续施工的闸墩开裂现象更为严重，甚至曾出现一条闸墩多处开裂的现象。混凝土的开裂不仅引起了人们对工程质量的担心，更引起了人们对工程耐久性的疑惑，有时甚至会担心水闸结构能否达到预期的设计目标。在施工过程中，水闸结构尚未承担外部荷载，混凝土结构的开裂基本可以归咎为温度作用、干缩作用以及地基的不均匀沉降。本文主要就温度作用造成的混凝土开裂问题进行研究，并未涉及混凝土干缩作用以及不均匀沉降。

2、水闸裂缝成因分析

2.1、底板裂缝成因分析

混凝土浇筑后，水泥发生水化反应，释放出大量的热量。底板上表面和四周与大气接触，部分热量通过对流散失到大气中；与此同时，底板底面与温度较低的地基接触，部分热量通过热传导散失到地基中；但由于混凝土导热性能较差，大量的水化热量仍积贮在混凝土内部。因此，在早期，底板四周温度较低，内部温度相对较高，混凝土表面和内部存在温度差异。与温度分布规律相对应，底板表面承受拉应力，而混凝土内部则承受压应力。混凝土早期抗拉强度数值不大且可靠性较差，因此，混凝土底板很可能从表面开裂。

在后期，底板混凝土温度逐渐下降，导致混凝土内部发生温缩变

形，底板的温缩变形受到地基的约束作用，在底板中心出现拉应力。但水闸一般修筑于土基之上，土体对混凝土的约束作用并不大，而且在后期，随着混凝土龄期的增长，混凝土的抗拉强度明显提升，因此，土基上修建的底板后期出现裂缝较为少见。

2.2、闸墩裂缝成因分析

在早期，闸墩的温度分布规律与底板类似，均呈现出“外冷内热”的温度分布规律，顺水流方向的拉应力较大，且最大的拉应力出现在闸墩中心处或是闸门槽等结构较薄弱处。

在后期，闸墩内部的温降收缩变形受到了底板的强约束作用，闸墩中出现了较大的顺水流向的拉应力。若此时闸墩开裂，尽管裂缝也出现在闸墩中心处或是闸门槽等结构较薄弱处，但相对于早期来讲，裂缝的位置要相对低一点。究其原因，早期开裂的原因在于内外温差，闸墩中心处的内外温差较大，因此，闸墩中心处的抗拉力也最大，开裂的可能性也最大。而在后期，由于后期闸墩开裂的原因在于底板对闸墩的强约束作用，因此，开裂的位置相对低一点。一般在底板以上1/3左右位置。

3、温控防裂措施

根据上述水闸混凝土开裂的成因，我从材料和施工两个方面分别阐述闸墩的温控防裂方法。

3.1、材料优化

3.1.1、降低混凝土的绝热温升

由水闸开裂原因可以看出，早期混凝土内部温升幅度过大是混凝

土开裂的主要原因，而降低混凝土的绝热温升能有效地控制混凝土的温升幅度，从而也是最直接最有效的温控防裂方法。选用中热或者低热水泥以及在混凝土中掺入粉煤灰，能有效地降低混凝土绝热温升。相对于水泥中其他主要矿物成份，硅酸三钙（c3s）和铝酸三钙（c3a）放热速度较快、水化热总量较大，中热水泥和低热水泥通过掺入其他矿物成分来降低水泥中的c3s 和c3a含量，从而减小混凝土的水化放热总量。在混凝土掺入粉煤灰后，由于粉煤灰的活性远小于水泥，可以显著的减小混凝土的发热量，并改善混凝土的和易性。但降低混凝土的绝热温升应以混凝土的其他性能能满足工程需要为前提，宜通过试验来确定。

3.1.2、提高混凝土的抗拉强度

降低水灰比以及在混凝土中掺入纤维材料均可有效提高混凝土的抗拉强度，减小混凝土开裂的风险。但是，降低混凝土的水灰比后，混凝土的弹性模量增加，徐变减小，混凝土拉应力未必减小，因此，降低水灰比对混凝土防裂未必有利。

而在混凝土的掺入纤维材料后，混凝土的抗拉强度明显提升，其他诸如抗渗性、耐磨性、和抗冲击性能均有所改善。但掺入纤维材料后，混凝土成本明显提高，拌和时间有所增加，因此，只建议在抗裂或抗冲耐磨要求较高的部位选用。

3.1.3、掺入减水剂

在保持流动性和水灰比基本不变的前提下，在混凝土中掺入减水剂可以减少用水量和水泥用量，降低混凝土的绝热温升；在保持流