水闸混凝土裂缝的防治措施探讨

王宜超，张恒霖

（山东大禹工程建设有限公司，山东　济南　250013）

水闸混凝土裂缝的防治措施探讨

王宜超1，张恒霖2

（山东大禹工程建设有限公司，山东济南250013）

结合多年实际工作经验，总结了省内水闸工程常见的几种裂缝形式及其危害性，分析了形成裂缝的原因，探讨了水闸工程在选址、结构优化、混凝土施工、养护等阶段的裂缝防治措施。

水闸工程；裂缝；防治措施；修补方法

水闸是水资源拦蓄和调配的重要建筑物，具有引水、防洪、灌溉、养殖等多重作用。国家发改委及水利部于2013年发布了《全国大中型病险水闸除险加固总体方案》，山东省涉及到的黄河、淮河、海河流域的济南、东营、济宁、聊城和滨州等14个市的病险水闸，已开始进行改建和加固。

水闸混凝土裂缝是最为常见一种通病。在水闸工程的建设过程中，如何防止和处理水闸混凝土裂缝，保证水闸正常安全运行，一直是水利工程建设领域所共同关注的课题。

1　水闸混凝土裂缝产生的原因分析

1.1基础不均匀性沉降导致的裂缝

土层地基的形态和结构较为复杂，即使经过一定的处理后，由于水闸荷载分布不均匀或回填土高程不一致，都易产生基础不均匀沉降，导致水闸混凝土产生裂缝。例如：泗水县泗河泗水大闸工程，其地基为细砂，在建设初期，由于翼墙外过多的填土量，大幅增加了墙外荷载，而翼墙内的防渗板、下游的护坦板以及消力池的荷载，又无法与其荷载平衡，水闸工程地基在受到较大不均匀荷载的作用下，便出现了沉降偏差，导致翼墙内的防渗板、护坦板出现裂缝。

1.2温度应力导致的混凝土裂缝

温度裂缝是水闸工程在施工阶段的主要质量缺陷，其受外界温度和基础约束力的影响较大。通常情况下，水闸工程混凝土浇筑的顺序为：先底板浇筑，后浇筑闸墩，底板、翼墙及闸墩的长度、宽度和高度较大，但厚度却比较薄，在硬化期间，由于外部环境温度的影响，构件表面产生的张拉应力超过了混凝土的最大允许应力，便形成了温度裂缝；此外，闸墩混凝土在凝固阶段，已固化的底板结构会对闸墩混凝土的凝固过程产生约束，导致闸墩底端混凝土产生裂缝

产生温度裂缝的原因同样是有规律可循的，外部温差和约束力大，则裂缝的宽度及深度就大。

1.3混凝土干缩导致的裂缝

混凝土结构的硬化，是水分挥发并干缩的过程（干缩率一般为0.15‰），此阶段若养护不及时，混凝土的表面便会形成干缩裂缝。水闸工程产生的干缩裂缝是随机性的，绝大多数是一些细小、不规则、非贯穿性的裂缝。

2　水闸工程裂缝的预防与处理措施

2.1不均匀性沉降裂缝的防治措施

避免水闸工程出现较大的不均匀沉陷，是防治沉降裂缝的先决条件。在选择闸址时，设计人员要尽可能的选择地质条件良好且均匀的基础，合理布设水闸工程结构，保证荷载分布均匀。

通常情况下，水闸工程的设计要遵循以下三点原则：1）在水闸工程设计前，设计者要对水闸拟建范围及周边的基础土质进行沉陷分析，如果某个部位的沉陷分析值大于设计或标准允许值时，要在该处设置沉降缝，再按照要求对闸室进行分段分区，保证闸室结构布设的合理性；2）为了避免由于闸室结构的不均匀荷载分布而引起沉陷裂缝，闸室的结构设计要采取减荷措施。如：将下游翼墙设计成透水翼墙并降低其荷载、闸室工程采取空箱过渡式结构设计、降低上游翼墙和边墙外部的填土高度等；3）如果通过水闸工程的结构优化设计和减荷措施，仍无法确定工程是否会出现较大的不均匀沉降时，可对局部地质条件差的基础采取加固措施，其处理方法要根据土质、结构的部位及荷载情况，采取相应的夯实等处理方法。

2.2温度裂缝的防治措施

1）混凝土的拌和质量。混凝土的原材料及其配合比控制，是预防闸墩和闸底板产生温度裂缝，提升其抗裂性能的关键环节。在混凝土原材料进场后，要按照施工方案要求对其加强监管，水泥应采用水化热低、干缩性小的品种，骨料应采用大粒径，并改善骨料的级配。在浇筑前，要做好混凝土的试验性能检测工作，确保其能够满足工程强度的要求。

在拌制混凝土时，加入适量的外加剂，可优化混凝土的整体性能。例如：将12%（误差应小于0.5%）水泥重量的UEA型膨胀剂掺入到混凝土中，不仅能够强化混凝土的抗裂性能，还可以改善混凝土的抗渗性与和易性。而通过泗河泗水大闸工程实践表明，掺入膨胀剂的水闸混凝土工程，其地板和闸墩均未出现裂缝。搅拌混凝土时，要以干料的形式将膨胀剂与水泥等投入到搅拌机内并拌合均匀。

2）混凝土构件的温控措施。温差控制法和普通温度控制法，是目前水闸工程施工防治温度裂缝的两种主要措施。温差控制法是在混凝土浇筑完成并进入养护阶段，要重点控制基础混凝土的局部最高温度与其稳定温度的差值，而对于已经凝固的混凝土，如需在其上层新浇筑混凝土，则要控制两者接触面的平均温度差值，通常这一温差要低于15℃；普通温度控制法用于混凝土浇筑前，主要是针对混凝土原材料所采取的一系列温控措施，包括在骨料堆的上方搭设遮阴、防寒设施，对高温环境下的骨料洒水降温以及地垅取料等。

在夏季施工时，要严格控制入仓后混凝土的最高温升，必要时可加入冰或冷水等进行冷却；冬季施工时，入仓后的混凝土温度应控制在10℃以上。如果连续5 d的室外平均气温低于5℃，最低温度为0℃时，要制定专门的低温防护计划，储备防冻或加热保温材料。室外平均气温低于-5℃时，禁止混凝土的浇筑施工。

3）温度裂缝的修补方法。“预防为主、修补为辅”，是防治水闸工程混凝土构件产生温度裂缝的基本原则。如果在施工过程中，已经对导致温度裂缝的各种影响因素做了全面的控制，却在水闸混凝土构件拆模后，仍然出现了温度裂缝，就要结合裂缝的具体情况，包括裂缝出现的位置、形态、大小以及深度等，制定相应的修补方案。

当水闸工程的护坦、闸底板或闸墩等出现非贯穿性裂缝时，可利用灌浆法将一定量的改性环氧树脂注入裂缝内，再将裂缝表面涂抹均匀；贯穿性的结构缝，则要采用柔性聚合物等材料充填并封堵裂缝后，再用改性环氧树脂均匀涂抹裂缝表面。

2.3干缩裂缝的防治措施

1）做好早期的养护工作。预防混凝土产生干缩裂缝最有效的方法，即为加强混凝土早期的养护工作：（1）水闸工程混凝土结构在浇筑完成后，要采取必要的保温与保湿措施，可在其表面铺设一层塑料布并搭接严实，防止混凝土在早期快速失水。冬季还要在塑料布上加盖草袋，并确保混凝土的表面温度始终处于0℃以上；（2）闸室侧墙位置的混凝土，其内侧要设置塑料布严密且牢靠包裹，确保密不透风，外侧用草袋覆盖；（3）对于一些无法用塑料布覆盖的位置，如：混凝土的顶板下端等处，要用养护剂至少喷涂两遍；（4）水闸工程的混凝土构件在拆模时，要保证环境温度在20℃以上，以防混凝土内外温差的作用，导致表面开裂。

2）干缩裂缝的修补方法。对于已经出现的干缩裂缝，目前，广泛采用的修补方法是利用防腐涂料封闭裂纹，其施工方法可采用机械式喷涂或人工涂刷。例如：山东省的日照水库，其防潮闸的外表面涂刷的环氧厚浆涂料，可有效阻挡海水氯离子对闸体的侵害，提高水闸工程的使用寿命。

此外，国内有的水闸工程，对混凝土表面采取涂刷TK砂浆的方法来修补干缩裂缝，取得的抗渗及耐用效果也非常明显。

（责任编辑迟明春）

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2015-11-26

王宜超（1987—），男，助理工程师