船闸施工混凝土裂缝预防及处理策略

王东英

摘 要：本文分析了船闸工程混凝土裂缝的成因，混凝土船闸闸室墙发生裂缝主要原因为工程设计不合理，施工工艺缺陷，受温度应力影响及工程运行条件差等，提出了相应的裂缝控制措施。

关键词：船闸施工 混凝土裂缝

船闸是目前应用最广泛的通航建筑物，船闸开裂现象非常普遍，船闸混凝土产生裂缝会严重影响船闸结构的耐久性，认真分析船闸混凝土裂缝的原因，采取有效措施进行控制具有重要作用。

1.船闸施工混凝土裂缝的原因

影响混凝土暗墙发生裂缝的因素主要包括工工程设计不合理，施工工艺缺陷，温度与约束应力影响、养护措施不当等。

1.1工程设计不合理

船闸建设前期，地基勘察设计不合理会导致施工后闸室墙体开裂。设计单位忽视了船闸建筑布局的整体性，结构设计时缺乏对船闸的运行水位组合，抗倾稳定，地基渗透稳定等做出科学分析，导致墙体强度设计较弱。

1.2施工工艺缺陷

混凝土浇筑振捣不均匀等会影响混凝土紧密型，诱导裂缝的产生。混凝土内部存在气泡降低，震动过多会降低粘结力。过震部分则骨料下层，中间砂浆富集，导致产生干塑裂缝。如分层浇筑时速度过快，混凝土可能因沉降产生裂缝。

1.3温度及约束应力影响

水化热引起拉应力，拆除模板引起温度梯度，增大表面拉应力的数值，从而产生裂缝。如外部环境温差变化较大，混凝土表面温度急剧下降，混凝土内部约束产生很大的拉应力而在混凝土表面较浅范围内形成裂缝。混凝土浇筑需分段完成，因船闸地板等部位厚度较大，采用分段浇筑因混凝土浇筑存在时间差异，超混凝土抗拉强度时导致墙体产生裂缝，混凝土养护期结构表面水分损失过快，表面干缩变形受混凝土内部约束产生裂缝。

日常运行中，闸室水位变化频繁，船闸岸墙受水头压力不稳定，经长时间运行难以维持其整体稳定性，导致墙体受力不稳定。

2.船闸施工混凝土裂缝形成机理

2.1塑性收缩裂缝

混凝土拌制一段时间内，水泥的水化反应激烈，分子键逐渐形成，出现泌水和体积缩小现象，这种体积收缩称塑性收缩。塑性收缩多发生在混凝土拌和后3～12h以内。这种收缩导致骨料受压，水泥胶结体受拉，可与水泥骨料结合紧密，使水泥石产生裂缝。

2.2干缩裂缝

混凝土的干燥收缩是有水泥石的干燥收缩引起的，，目前对于干燥收缩的机理普遍认为干燥收缩是由毛细管张力、表面能以及层间水的移动造成的。影响混凝土干燥收缩的因素有：（1）水泥品种及混合材料（2）混凝土配合比（3）骨料（4）外加剂（5）周围的介质条件（6）结构特征因素

2.3温度裂缝

混凝土浇筑后，水泥在水化要散发大量的水化热，使混凝土体积膨胀。混凝土随着热量向外部介质散发，产生一个温差，混凝土约束外部冷混凝土的收缩，混凝土浇筑的时间不同，散热条件不同等原因，都将会使混凝土产生温度应力。在长时间的运行中，混凝土必须浇筑在基岩上，它们的物理力学特性有差别，混凝土的温度变形在基岩面上要受基岩约束，因而也要产生温度应力基岩的约束条件，决定了温度应力的产生和大小，当其超过混凝土的极限抗拉强度，将会在结构中产生表面裂缝或基础贯穿裂缝。

3.船闸施工混凝土裂缝的预防

3.1优化施工设计

地基存在明显差异处设置沉降缝，对地基作适当处理，尽量使基础坐落在均匀的地基上，设计时闸室结构分段长度不宜过长，应采取渐变过渡相接。

加强地基勘察，软土地基处理后方进行基础施工，基础开挖挖施工时不得破坏基底原状土，地基承载应力大于天然地基承载能力。沉降缝必须自基础其两侧岸墙在构造上完全分开，防止基础不均沉降引起的墙体开裂。

进行船闸设计时，要全面考虑裂缝易形成的部位。在混凝土基础内设置必要的温度配筋，在截面突变处，底、顶板与墙转折处，配斜向构造配筋，以防止裂缝的出现。

采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，减少每次浇筑产生的蓄热量，以减少温度压力。

3.2加强原材料控制

混凝土浇筑时，应选择水化热低的水泥，水泥等级高，早期强度则高，更易产生裂缝。应优先选择矿渣水泥等，采用硅酸盐水泥应缓解水化热。

骨料宜选用线膨胀系数较小的骨料。混凝土收缩量随骨料含泥量增加，尽量选用粒径较大的骨料，以减少水泥与用水量。石子的颗粒级配宜采用5～40mm，含泥量小于1.5%；砂子宜采用中、粗砂，含泥量小于1.5%。

对原材料进行温度控制。水泥提前一周以上入罐，浇筑水泥温度不得高于50度；高温季节要覆盖好砂石等原材料，混凝土拌合前可对水进行降温，外界温度较高时，采用深地下水拌合；冬季施工时应准备好保温防冻材料，浇筑后及时采取保温措施。

对混凝土配合比进行优化设计，掺加相应的缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等，适当添加粉煤灰用量，或选用低水热化的材料，采用较小的水灰比等。

3.3强化施工管理

泵送混凝土浇筑时，如果出泵口温度高于气温，输送管道则不用保温，让混凝土散热；如果出泵口温度低于气温，输送管道需要保温，以免外部热量传入。混凝土入模时，依据施工现场实际情况，降低入模温度，如施工现场温度较高，可采用降低水温措施进行混凝土拌合，浇筑大体积结构混凝土时，应按工程监理要求的厚度、次序、方向、分层进行。分次浇筑范围、厚度应根据拌和能力、浇筑速度及振捣器的性能等因素确定。

浇筑船闸主体时，要严格控制混凝土标号，控制混凝土塌落度，混凝土振捣要均匀密实，间距应均匀，混凝土浇筑完毕后防止出现表层裂缝。

采用连续浇筑或推移式连续浇筑，应尽量缩短混凝土各层间的时间间隔，时间间隔最长时间不大于混凝土的初凝时间。如时间间隔过长，达到混凝土的初凝时间，层面应按施工缝处理。

处理水平施工缝应进行凿毛处理，清除表面浮浆及松动的石子。在浇筑前应用压力水冲洗混凝土表面的污物，不得有積水，然后铺设一层厚度为10～30mm水泥砂浆，让新老混凝土充分粘合。

可在混凝土构件内部采取相应的降温措施，可以采用在混凝土内部设置冷却水管和在浇筑过程中抛填块石进行降温的方式。

船闸混凝土施工中，应按相应标准实时监测施工现场温度，可采用性能相对稳定的温度传感器，制作现场温度变化曲线图，采取相应的处理措施解决施工中存在温度应力过高的问题。

3.4加强施工养护

混凝土浇筑施工完成后，按相关标准进行养护，使得表面温度得到缓慢下降，避免混凝土构件内外温差过大出现裂缝。夏季应注意避免混凝土被曝晒，冬季采取保温覆盖措施，以免急剧的温度变化产生裂缝。添加掺合料的混凝土养护时间为21天。强度达到设计的75%以上方允许拆模。

加强测温和温度监测管理，控制混凝土内的温度变化，基面和基底的温差均控制在20℃以内，及时调整保温养护措施，避免混凝土的温湿度过大，以有效控制有害裂缝的出现。

4.结语

混凝土施工是船闸工程建设中的重要部分，其质量对船闸的稳定性与承载力有重要影响，混凝土构件受外界温度因素形成相应的温度应力，施工中应对混凝土温度进行实时检测，采取相应的处理措施。船闸混凝土裂缝对船闸危害很大，目前尚无统一的设计施工规范，在具体实践中应认真观察分析，总结多种预防措施。使混凝土裂缝得到较好的控制。

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