水闸闸墩混凝土裂缝原因分析与防治措施

水闸闸墩混凝土裂缝原因分析与防治措施

发表时间：2013-01-06T10:45:08.170Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年11月供稿作者：张京彬[导读] 水闸作为一项重要的水利工程，在防洪、排涝、减灾等方面有着重要作用。

张京彬广州市花都区新机场场外排水堤围管理处广东广州 510000

摘要:水闸作为一项重要的水利工程，在防洪、排涝、减灾等方面有着重要作用。但是闸墩混凝土裂缝的问题，一直未能得到很好地解决，这给水闸的运行带来不少安全隐患。为此，本文分析了水闸闸墩混凝土裂缝的原因，并从多方面提出防治措施，保证了水闸的安全可靠运行，可供参考。

关键词: 水闸闸墩；混凝土裂缝；原因分析；温度；养护；防治措施

我省属于亚热带季风气候，夏季高温多雨、台风较多，因此，水闸工程的使用较为普遍，被广泛用来控制水位和调节水量，担负着农田灌溉、防洪的主要任务。闸墩是水闸的主要结构，属于混凝土结构，在混凝土浇筑后，容易产生裂缝。这直接影响建筑物的结构强度和整体稳定性，轻则会影响水工建筑物的外观、正常使用和耐久性，严重的会导致混凝土结构无法正常使用。因此，必须认真分析裂缝的成因，并做好水闸闸墩混凝土裂缝的防治工作，这是水闸运行安全、可靠的重要保证。 1水闸的形状和裂缝的走向

闸墩是水闸的主要结构之一，属于混凝土结构。闸墩裂缝是竖直向，呈枣核形。裂缝向上伸展，位于水闸闸墩墙体中间位置，略高于过墩高的上面，是“上不着顶”；下部距闸底底板10～30cm，是“下不着底”，常常为贯穿性裂缝。在已建和新建的许多水闸工程中，很多在闸墩上出现了裂缝。水闸闸墩裂缝的出现和存在，对其整体性、安全性带来不利的影响。并且由于混凝土开裂后会发生碳化等化学反应，影响其耐久性。作为水工建筑物，其抗渗性也会受到不利的影响，对于边墩，有时还会出现通过裂缝而发生渗漏变形的现象。裂缝出现后进行修补，不但增加了工程的维修费用，还影响了建筑物的美观，给人们带来视觉上的不良效果和心理上的不安全感。

目前在对待混凝土结构裂缝问题上，一般是允许出现裂缝，而对其宽度进行一定的限制，不同国家和地区对不同使用环境和要求下的混凝土建筑物的裂缝宽度有不同的控制标准。我国《混凝土结构设计规范》（GBJ1089）规定允许裂缝宽为0.2～0.3mm，美国AGI规定为0.108mm，法国规定为0.27mm，加拿大规定为0.064mm。

2水闸闸墩混凝土裂缝原因分析

2.1混凝土的干缩产生的裂缝

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥砂浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果；干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05～0.20mm之间。但干缩一般只发生在表层，对大体积混凝土而言，干缩扩散深度达6cm需花1个月的时间，所以干缩裂缝也只是表面裂缝并且深度不大。影响干缩的主要因素是混凝土的配合比和组成。其次，混凝土的养护和环境对干缩也有很大影响。

2.2沉陷产生的裂缝

沉陷裂缝的产生原因是由于结构地基土质不匀、松软，回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等所致。此类裂缝多为贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°～45°角方向发展。较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小。

2.3内外温差产生的裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。水泥水化产生大量的水化热，在1～3d内可放出热量的50%，甚至更多，当混凝土达到最高温度后随着热量的散发又开始降温。闸墩作为大体积混凝土，热量传递的同时更容易在内部积存，导致了内部温度高于外部温度，内部出现最高温度。在降温阶段又形成了外部温度低于内部温度内部膨胀受到外部的限制，于是在外部混凝土中产生了拉应力，当外部拉应力达到其极限拉应力时，裂缝就由此产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝通常纵横交错；裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。

影响内外温差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品种、浇筑入模温度及环境温度等。

2.4混凝土受外部约束产生的裂缝

闸墩是底部固定结合在底板上，上部自由的结构，通常是在底板浇筑完成后间隔一定时间才开始浇筑闸墩，此时底板混凝土已经凝结，是“老混凝土”。闸墩混凝土浇筑早期，产生大量水化热，温度升高，体积膨胀，受到底板约束，产生压应力。由于混凝土浇筑早期，弹性模量低，产生的压应力很小；随着热量的散发，混凝土开始降温，加上干缩、自生体积变形等影响，体积开始收缩；同样受到底板约束，产生拉应力。但混凝土龄期短，强度低，产生的拉应力易超过其抗拉强度，于是闸墩上产生了常见的垂直于底板和水流方向的裂缝。

影响外部约束的因素主要是闸墩的伸缩缝长度和底板与闸墩混凝土的浇筑时间间隔。

2.5混凝土自生体积的变形产生的裂缝

混凝土即使没有水分蒸发，其各组成部分的化学反应也会产生自生体积变形。普通混凝土的自生体积变形通常为收缩型的，它是由于水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，产生自干燥作用，使混凝土体相对湿度降低，体积减小。

影响混凝土自生体积收缩的因素主要是材料的化学成分和水灰比。当水灰比大于0.50时，其自生收缩和干缩相比忽略不计，而当水灰比小于0.35时，自生收缩和干缩的作用相当，必须加以考虑。

3防治措施

3.1材料

混凝土材料的合理选择是预防并控制裂缝的重要方面。为了降低水化热，可采用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下（表1），可降低水化热和混凝土的拉应力。在混凝土中掺活性混合料（如粉煤灰），可使混凝土的最高温度降低，并可将达到最高温度的时间向后推迟。用时间控制裂缝，使混凝土和易性得到改善，减小了水泥和水的用量，减小混凝土的自身体积收缩；降低混凝土吸附水的能力，使混凝土干缩减小，抗裂性提高。