闸墩裂缝成因分析及补救措施

江　磊

(江西省水利投资集团有限公司， 江西 南昌　330096)

闸墩裂缝成因分析及补救措施

江磊

(江西省水利投资集团有限公司， 江西 南昌330096)

【摘要】许多混凝土构造物在建设和使用的过程中均会出现不同程度、不同形式的裂缝，这是长期困扰工程技术人员的技术难题。本文结合工程实际对闸墩建造过程中产生的裂缝进行了成因分析，并采取了针对性的补救措施，可为同类工程提供借鉴。

【关键词】闸墩裂缝； 成因分析； 补救措施

裂缝的种类繁多，不同的裂缝对结构物的危害各有轻重，特别是对于沿海水工构造物，裂缝易导致内部钢筋锈蚀，降低结构的耐久性，影响构造物的受力状况和稳定性，危害极大[1]。正确分析裂缝出现的原因并及时采取有效措施，是克服和控制裂缝、保证构造物正常使用的关键。

1工程概况

乐清市乐海围涂工程位于乐清湾西部海岸的海涂上，排涝闸规模为3孔，单孔宽5m，基础座落在海涂面的软土地基上。设计最高潮水位重现期为50年一遇，闸室、岸墙、翼墙基础均采用φ800钢筋混凝土灌注桩。排涝闸工作环境条件类别为Ⅳ类，属海水浪溅区及盐雾作用区，潮湿并有严重侵蚀性介质作用的环境。

2闸墩的裂缝成因分析

2.1现场状况

排涝闸闸墩混凝土设计强度为C30，闸墩顶底高差7.85m，边墩厚1m，中墩厚3m，混凝土方量为618m3。于2010年7月4日~10月12日分4次浇筑，采用C30商品混凝土泵送施工。10月29日，在4只闸墩处几乎同一位置出现垂直裂缝(见下页图)。超声法裂缝检测结果显示，裂缝长2～4m，宽度为0.35～0.45mm，大于沿海海水水位变动区裂缝宽度允许值0.20mm，并贯通闸墩，确定为贯穿裂缝。为保证水闸正常运行，该裂缝必须及时采取补救或处理措施。

裂缝位置示意图

2.2病因分析

2.2.1设计原因

设计分析：结构力学与实际受力情况相符，根据设计图纸计算闸墩部位有效截面配筋率高于最小配筋，结构安全系数比较高。设计图纸中，保护层为6cm，满足海水、盐雾区保护层的最低要求。纵向配置了应力钢筋，但横向仅仅考虑了构造要求，配置了直径较小的箍筋。闸墩底板结构采用现浇钢筋混凝土超静定结构，约束作用较大。

2.2.2施工原因

a.闸墩地基为淤泥质软土层，但有长达40m的桩基础和1m厚的底板，保证了地基的承载力和沉降要求。

b.闸墩上部主体房建荷载并未施工，且在施工过程中无机具、材料的堆放，外荷载过大造成的裂缝因素可排除。

c.闸墩为C30泵送商品混凝土浇筑，配合比为：P.O42.5普通硅酸盐水泥320kg/m3，水185kg/m3，砂710kg/m3，含泥量1.02%，碎石(5~31.5mm)1060kg/m3，含泥量0.8%，粉煤灰65kg/m3，外加剂6.9kg/m3，总容重2345kg/m3，坍落度为12±3cm，外加剂为ZWL-A-III型高性能缓凝泵送剂，混凝土各项指标均合格。

d.施工中混凝土按照顺序分层浇筑，分层距离为1m左右，采用插入式振捣器。第一次于9月14日6:30~16:30进行混凝土浇筑，天气为多云；第二次于9月14日6:30~16:30进行混凝土浇筑，天气为阴；第三次于10月12日12:30~18:30浇筑，天气为多云；第四次于10月12日12:30~18:30浇筑，天气为多云。

e.施工中为考虑浇筑强度与铺盖面积及安全，避免上升速度过快，浇筑到3/5高度时，中间间隔90min后再续浇。

f.模板拆除及混凝土的养护：闸墩的拆模时间均在浇后3d进行。拆模后，每天浇水不少于6次，时间为上午7:30、10:30两次，中午12:30、14:00两次，下午15:30、17:30两次。

2.3诊断

降温与收缩及其共同作用是引起混凝土开裂的最主要的两个因素。本文从该工程的实际情况出发，来验算混凝土的温度变化及其产生的应力，从而确定裂缝成因。

2.3.1混凝土温度的计算

a.绝热温升(水化热)。

2345)=65.39℃

式中Tmax——绝热温升(指四周无任何散热条件、无任何热损耗的条件下，水泥与水化合产生的反应热(水化热)全部转化为温升后的最高温度,℃)；

W——每m3混凝土的水泥用量，取320kg/m3；

Q——水泥水化热，28天水化热为460×103J/kg；

c——混凝土比热，取0.96×103J/(kg·℃)；

γ——混凝土容重，取2345kg/m3。

b.混凝土中心温度。

式中Th——混凝土中心温度,℃；

Tj——混凝土浇筑温度,℃；

ζ——不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1m厚混凝土浇筑3d时ζ=0.36。

c.混凝土浇筑温度。

其中A2=Q·t

式中TC——混凝土拌和温度(与各种材料比热及初温度有关，按多次测量资料，有日照时，混凝土拌和温度比当时温度高5~7℃，无日照时，混凝土拌和温度比当时温度高2~3℃，按5℃计；

TP——混凝土浇筑时的室外温度(室外平均温度以26℃计)；

A1+A2+A3+…+An——温度损失系数；

A1——混凝土装卸，每次A1=0.032(装车、出料二次数)；

A2——混凝土运输时温度损失系数；

Q——6m3滚动式搅拌车其温升-0.0042℃，混凝土泵送不计；

t——运输时间(以min计算)，从商品混凝土公司到工地约30min；

A3——浇筑过程中A3=0.003×60=0.18。

Tj=TC+(TP+TC)·(A1+A2+A3+…+An)=31+(26+31)×(0.064-0.126+0.18)=31+57×0.118=37.73℃

则混凝土内部中心温度:Th=Tj+Tmax·ζ=37.73+65.39×0.36 =61.27℃

从混凝土温度计算得知,在混凝土浇筑后第三天混凝土内部实际温升为61.27 ℃,比当时室外温度(26℃)高出35.27℃。

2.3.2温度应力计算

a.先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σ。

建立以闸墩中心为零点的空间直角坐标系(如上页图)，采用公式[2]：

式中H(t，τ)——松弛系数，取t=2～20d的平均值0.6；

E——混凝土各龄期时对应的弹性模量，Et=Ec(1-e-0.9t)，其中e=2.718，自然对数的底，t——混凝土龄期(天数)；

Ec——混凝土28天时C30的弹性模量，Et=3×104MPa；

α——混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5；

T——结构计算温度，前面已述实际温升最高Th=61.27 ℃；

μ——弹性变形条件下的系数，取0.15。

b.表面应力。

即当y=l时，σ表= 12.975×2/3=8.65MPa

c.中心应力。

即当y=0时，σ中=12.975×(-1/3)=-4.325MPa

2.3.3诊断结果

a.由温度应力σ的计算式得知，闸墩从表面至中心的降温和收缩变化都是按相似抛物线型分布，见裂缝位置示意图，在混凝土的固结过程中，由温度引起的最大拉应力出现在混凝土表面。

b.查《混凝土结构设计规范》表4.1.4得，C30混凝土轴心抗拉强度标准值(σ标)为2.01MPa[3]，由σ表>σ标、σ中<σ标得知，每只闸墩两侧的表面裂缝是由温度应力引起的，两侧由温度应力引起的裂缝深度范围约为闸墩厚度的1/3(σ表=σ标)。

c.夏季外界环境温度高，太阳光直射强度大，混凝土受阳光直射，水分蒸发快，失水不均匀引起体积收缩变形不均匀。

d.闸墩与底板浇筑间隔60多d，闸墩混凝土浇筑早期，产生大量热量，混凝土体积不断膨胀，随着时间推移，热量散发，混凝土体积产生收缩。闸墩下部受闸底板的超静定结构已凝固混凝土的约束，产生了较大的拉应力，当拉应力超过其抗拉强度时，就产生了贯通整个截面的垂直裂缝。

e.在横向上只配了直径较小的构造箍筋，无受拉应力钢筋的存在，降低了整个钢筋混凝土结构的纵向抗拉性能。

f.在该工程中，养护是在拆模3d后才开始，养护面也直接受到太阳曝晒，如无任何保护措施，将导致混凝土产生干缩裂缝。

3补救措施

混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法，结构加固法，混凝土置换法，电化学防护法以及仿生自愈合法。由于该工程产生的裂缝对结构的整体性有影响，并且有防渗要求，因此，采用化学灌浆、嵌逢封堵法修补混凝土裂缝。

a.由于发现裂缝时气温还未降到最低点，混凝土体积仍有可能持续产生收缩，裂缝有进一步扩展的可能，因此修补裂缝的时间选在次年2～3月，待裂缝发展基本稳定后再处理。

b.灌浆材料采用水溶性聚氨酯HW，它具有良好的亲水性能，浆液遇水后先分散乳化，进而凝胶固结；可在潮湿或涌水情况下进行灌浆，对水质适应性强，在海水和PH3-13的水中均能固化；固结体经急性毒性试验属实际无毒类；施工工艺简便，浆液无需繁杂配制；有较高的力学性能，适用于混凝土或基础的补强加固处理。

c.处理时，首先在裂缝两侧凿6cm宽槽坑(裂缝两边各3cm)，槽坑边缘应凿成1∶1的坡，净深为3cm，然后对槽孔先用HK-903聚合物水泥砂浆涂抹一遍作为界面处理。

d.灌浆孔采用预埋孔径1.8cm铜管方式，须注意孔口的保护，避免水泥砂浆充填时将孔口封闭，灌浆孔自下而上布置，间距50cm，待HK-903聚合物水泥砂浆达到10d强度后进行灌浆处理，并对灌浆孔进行压水试验，检查灌浆孔的贯通性。

e.灌浆时，采用手摇式灌浆泵，灌浆压力0.2MPa。先进行下排灌浆孔灌注，待上排灌浆孔开始排浆1min后，可视为结束并进行封孔；之后进入上排灌浆孔灌浆，最末排孔以吸浆率小于0.02L/min时作为结束灌浆标准；达到结束标准后，在设计压力下继续灌浆30min，之后封孔；封孔后将预埋铜管外露部分切除，并采用HK-903聚合物水泥砂浆抹平封孔。

f.灌浆完成7d后，采用单点压水试验法进行质量检查，压水检查压力为0.3MPa，透水率不大于0.1Lu时，视为合格。

4结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，其产生的原因很多，在实际工程中要进行认真研究，区别对待，根据实际情况，采用合理的方法进行处理。在设计与施工中，综合考虑各种影响因素，采取各种有效措施预防裂缝的出现，确保构造物安全。

参考文献

[1]戴亚飞,符国兵.水利工程闸墩裂缝的成因及预防措施[J].水利建设与管理，2012(4).

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3]GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].

引洮供水一期工程正式通水试运行

2014年12月28日，甘肃人民翘首期盼了半个多世纪的“圆梦工程”——引洮供水一期工程，在历时8年的艰苦鏖战后，宣告全线正式通水试运行，这标志着引洮供水一期工程开始发挥效益。

引洮工程是新中国成立以来甘肃省水利建设史上最大的跨流域调水工程，主要解决以定西、会宁为代表的甘肃中部干旱地区5个市11个县(区)、161个乡镇425万城乡人口饮水问题。

为确保引洮供水一期工程通水运行安全，受益县区各级政府和水利部门从2014年11月开始对工程进行了为期一个月的试通水，主要检验引洮总干渠、干渠、支渠及城市供水管线、地方配套工程(水厂)及管网等水利工程的各项设计指标和工程质量，对发现的质量缺陷及时进行处理，为正式通水运行提供数据和运行管理经验。

12月28日上午10时，随着通水号令的下达，九甸峡水库右岸引洮取水口闸门缓缓开启。

清澈的洮河水，从卓尼县九甸峡水库，穿越总干渠18座隧洞，跨越洮河、渭河、祖厉河三大流域，穿越西秦岭山地、兴隆山、马啣山山地及陇西黄土高原，预计29日下午将流入定西市安定区内官水厂，满载着陇原数百万人民的期望，流进陇原人民的心田，滋润干旱已久的黄土地。

引洮供水一期工程总投资50亿元，主体工程包括1条110.47公里长的总干渠(其中隧洞18座长96.35公里)，3条总长146.18公里的干渠，18条总长236.83公里的支渠，2条总长47.02公里的县城以上城市供水专用管线，5个水厂及管网设施。

引洮工程建设牵动着全省上下的心，更牵动着党中央、国务院领导的心。2013年2月3日，习近平总书记视察引洮工程，他指出，民生为上、治水为要。要尊重科学、审慎决策、精心施工，把这项惠及甘肃几百万人民群众的圆梦工程、民生工程切实做好，让老百姓早日喝上干净甘甜的洮河水。

引洮供水一期主体工程的全面建成，凝结着甘肃几代水利人的智慧和汗水，圆了陇原数百万人民半个世纪的期盼和梦想，解决了甘肃中部干旱地区的定西、兰州、白银3个市辖的会宁、安定、陇西、渭源、临洮、通渭、榆中7个县(区)154.65万人民生产和生活用水问题，为当地经济社会可持续发展提供水资源保障，同时为二期工程早日启动奠定了坚实基础。

来源：中国水利网站2014年12月29日

http://www.chinawater.com.cn/newscenter/df/gs/201412/t20141229_365462.html

中图分类号：TV662+.2

文献标志码：A

文章编号：1005-4774(2015)02-0064-04

Analysis of Gate Pier Crack Cause and Remedy Measures

JIANG Lei

(JiangxiWaterConservancyInvestmentGroupCo.,Ltd.,Nanchang330096,China)

Abstract：Many concrete structures have cracks at varying degrees and varying forms in the process of construction and use. The crack is a technical problem which has long plagued the engineering and technical personnel. In the paper, engineering practice is combined for analyzing crack causes in gate pier construction process, targeted remedy measures are adopted to provide reference for similar projects.

Keywords：gate pier cracks; cause analysis; remedy measures