祁县闸加固工程闸墩防裂缝控制

侯培轩

祁县闸加固工程闸墩防裂缝控制

侯培轩

安徽省宿州市祁县闸工程为拆除重建工程，设计为12孔，净宽8m，总过水宽度96 m，闸室顺水流方向长度为16 m，属于大（2）型工程，是宿州市重点工程。施工项目部总结以往的经验和教训，对易于出现质量通病的部位制定了相应的措施，其中闸墩裂缝控制作为重点之一。

水闸是常见的水工建筑物，闸墩部位易出现裂缝的问题长期以来困扰着工程施工，一直未能得到有效的解决。在已建的众多水闸工程中，很多工程在闸墩上出现了裂缝。闸墩裂缝的出现和存在，势必会对其整体性、安全性带来不利的影响，并且由于混凝土开裂后渗水加速碳化反应，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，由此会产生溶蚀破坏作用。对于边墩，有时还会出现透过裂缝而发生渗透变形的严重问题，裂缝出现后进行修复补强，增加了工程的维修费用。另外，出现裂缝还影响建筑物的美观，给人们带来视觉上的不良效果和心理上的不安全感。

为了有效控制墩墙裂缝的产生，祁门闸施工项目部组织相关技术人员对裂缝产生的原因进行深入分析，制定出切实可行的技术措施。

一、成因分析

为了更好地控制裂缝和制定有效措施对裂缝进行预防，需要对裂缝的成因机理进行全面的分析。以往的工程施工经验证明，闸墩裂缝的产生主要与墩体内外温差、混凝土的干缩、外部约束、施工方法和施工工艺等有关，通常是多因素综合作用的结果。

1.墩体内外温差

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，尤其是环境温度高的季节。当混凝土达到最高温度后随着热量的散发又开始降温，直到与环境温度相同。闸墩作为大体积混凝土，热量传递的同时更易在内部积存，导致了内部温度高于外部温度，内部出现峰值温度，升温阶段结束后是散热阶段，内外混凝土散热条件不同，外部混凝土和外界环境接触，散热条件好，热量容易散发，内部混凝土散热条件差，于是在降温阶段又造成了外部混凝土温度低于内部混凝土温度。这样在升温和降温阶段都使闸墩内外混凝土形成了同一方向的温度差，导致了其变形的不一致，内部膨胀受到外部的限制，或相应地外部收缩受到内部约束，于是在外部混凝土中产生了拉应力，当外部混凝土拉应变达到其极限拉应变，裂缝就由此产生，裂缝初期很细，随着时间发展继续扩大、变深甚至贯穿。

除了混凝土水化引起的温度作用外，运行期环境温度变化也会产生作用，特别是遇到寒潮袭击、表面温降特别大时，裂缝发展更为严重。

从以上分析可以看出，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.混凝土的干缩

混凝土内的水分一小部分提供了水泥水化的需要，一小部分泌出流失，大部分水分是在浇捣完毕后慢慢蒸发掉的，随着水泥的凝结、硬化，混凝土中的水分在未饱和空气中慢慢散失，引起混凝土体积缩小、变形，这种变形称为干缩，由于混凝土的水分蒸发及含湿量的不均匀分布，形成湿度变化梯度。其水分蒸发总是从外向内，由表及里，表层混凝土的水分蒸发程度和速度总是大于内部，表层混凝土收缩的程度亦大，其变形会受到内部混凝土的限制，在表层混凝土中也产生拉应力，使得表层混凝土总的拉应力加大，产生干缩裂缝。但表面干缩不容忽视，它会诱导拉裂缝的产生，闸墩属水工薄壁结构，尤其是在闸门槽位置更为突出，其影响深度及程度相对较大，在干热风大季节，如不及时处理和养护，将会发生局部贯穿性裂缝。

混凝土的配合比和组成也是影响干缩的主要因素。一般水泥用量多，水灰比大，则干缩也大。骨料密度大，级配好，弹性模量高，骨料粒径大，可以减小混凝土的干缩。其次，混凝土的养护和环境对干缩也有很大的影响。

3.外部约束

底板对闸墩的约束是闸墩产生裂缝的最主要因素。闸墩是底部固结在底板上，上部自由的结构。通常是在底板浇筑完间隔一定时间后才开始浇筑闸墩，此时底板混凝土已经收缩固结，是“老混凝土”。闸墩在沿其高度方向可以自由伸缩，不受约束；厚度方向由于闸墩厚度不大，约束很小；而在沿水流方向，则受底板约束相对很大。闸墩混凝土浇筑早期，产生大量水化热，温度升高，体积膨胀，随着热量的散发，混凝土开始降温，加上干缩变形等影响，体积开始收缩，受到底板约束，产生拉应力。由于沿水流方向受到的约束最大，该方向的拉应力也最大，当拉应力超过其抗拉强度时，于是在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长度和底板与闸墩混凝土的浇筑时间间隔。

二、防止和控制措施

混凝土在各种不同情况下的开裂有着多方面的原因，并且通常是诸多因素共同作用的结果。了解了各种原因及影响因素后，施工单位在材料、温度控制、施工方法与工艺、养护等方面采取了相应措施。

1.材料

混凝土材料的合理选择是预防并控制裂缝的重要措施。祁县闸工程由于开工时间较晚，施工时间紧迫，工期紧张，同时施工场地也受到制约，不具备自拌条件，因此确定采用商品混凝土。为了预防闸墩裂缝，要求商混站采用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。在确保强度标准的情况下，减少水泥用量，在混凝土中掺活性混合料粉煤灰，降低水化热。同时使用缓凝剂减慢混凝土放热的速率，有利于热量消散。

2.温度控制

首先降低混凝土的入仓温度，工程于冬春季施工，气温较低，有利于混凝土热量散发，同时商混站距离较远，运输时间较长，也有利于混凝土降温。混凝土入仓温度实际为8℃左右，采取两个闸墩分层轮换浇筑，延长浇筑时间，降低混凝土的内部温度。混凝土墩墙模板采用胶合板，有利于混凝土外部隔热保护，以调节表面温度下降的速度，使内外温差减小。

3.施工方法与工艺

商品混凝土入仓采用泵送更为方便，但也存在一些弊端。混凝土塌落度较大，流动性好，对于像闸门槽等位置由于空间狭窄、钢筋密集不易插泵管，往往流进去的都是混凝土浆，骨料较少，恰恰这些地方就是最薄弱部位，裂缝多发。因此浇筑时在仓面安排专门的人员，配备专用工具，辅助做到混凝土均匀下料，防止砂浆集中在薄弱部位，并确保振捣密实。

为了使混凝土更好地散热，采取薄层浇筑混凝土，分层的深度为0.4～0.6m。同时两个闸墩交替轮换施工，每层一轮换，并在前一层混凝土初凝前浇完下一道工序的混凝土的浇筑。

底板对闸墩的约束是墩墙产生裂缝的最主要因素，混凝土在凝固过程中体积逐渐缩小，最终稳定下来。在混凝土收缩稳定之前，收缩量和时间成正比，因此应尽量缩短底板浇筑和墩墙浇筑的间隔时间，底板浇筑完成后，尽快进行墩墙浇筑，可削弱和减轻底板对闸墩混凝土的约束程度。

4.养护

由于是冬春季浇筑闸墩，模板采用胶合板有利于保温，减小混凝土墩墙内外温差。同时推迟3～4d拆除模板，起到隔热和保湿作用，拆模后立即采取薄膜覆盖，防止水分流失引起表面干裂，也有利于保温。

三、控制结果

水闸闸墩混凝土产生裂缝是诸多因素共同作用的结果，所以在施工中应综合考虑制定完善的技术措施。在祁县闸工程施工中，采取的上述综合措施取得了良好的效果。该工程闸墩于2014年1~3月进行施工，5月通过底部验收和通水验收，到目前为止没有出现任何裂缝，实现了工程施工的控制目标，为工程创优打下了基础

（作者单位：安徽省阜阳市水利建筑安装工程公司 236028）