水工混凝土墩墙温度裂缝成因分析及处理措施

刘华强，沈 杨，宋 力

（1.江苏省水利科学研究院，江苏 扬州 225002；2.宿迁市水利局，江苏 宿迁 223800）

0 引言

在国家基础设施补短板的大形势下，长江、太湖、淮河治理，沿海水利基础设施建设，大中型灌区，临海引江供水等一系列重大水利工程建设得以实施，涉及大批水闸、泵站建设工程。闸站工程多采用钢筋混凝土材料进行建设，容易出现裂缝问题，不但影响工程耐久性，更对后期投入运行产生影响，严重还会危及工程安全，带来安全隐患。混凝土裂缝问题一直伴随着工程建设，相关研究很多［1-6］，本文只对水利工程混凝土墩墙温度裂缝的产生原因及处理措施进行分析。温度裂缝虽然对结构安全一般无影响，但裂缝可能使其内部钢筋产生锈蚀，直接影响到耐久性。分析裂缝成因，加强防控措施，对提高水利工程质量，指导水利工程施工意义重大。

1 浅表性裂缝

1.1 裂缝成因

混凝土结构表面经常会出现散片分布的无任何规律可言的形如发丝的龟裂，其开裂仅局限于表面很小的范围；部分表面开裂向纵深发展，但缝深不超过钢筋保护层厚度。通常把这种仅存在于混凝土结构面层的开裂缝称为浅表性裂缝，也称之为干缩性裂缝，多出现在混凝土浇筑养护期结束后。

既然是干缩性裂缝，显然与混凝土浇筑过程中表面失水过快有关，通常是由于空气比较干燥、养护不及时、养护时间短、洒水养护不均匀、养护措施执行不到位造成的，其危害性不大，主要是影响美观。

1.2 防治措施

1）混凝土在养护初期对环境因素较为敏感，应尽量使浇筑后的养护环境接近标养条件，因为混凝土的配合比试验是在严格的温度湿度条件下进行的。当然，施工场地的外部条件比较复杂，但可以采取一系列的措施保证混凝土的初期养护在一个相对平稳的环境条件下进行。比如严格控制混凝土拆模时间，没有拆模的混凝土立面同样需要浇水养护，拆模后可采用涂刷养护剂，覆盖塑料薄膜或挂土工布的方式防风保湿，从而防止混凝土失水过快。极端天气条件应尽可能停止施工，也可以采用冬天覆盖草皮棉被、夏天冰块降温的辅助措施。

2）浅表性裂缝的处理措施可以采用表面涂料保护的工艺，如刷 1～2 层环氧，还可以起到防止碳化处理的效果；深度大一些的浅表层裂缝可以使用表层裂缝嵌填修补砂浆或者低压灌浆的处理工艺，都能起到理想的处理效果。

2 深层裂缝

2.1 裂缝成因

近年来笔者单位在对全省水闸、泵站、船闸等水工建筑物检测过程中，发现无论是薄壁空箱或是厚大体积墩墙，均常见走向规律的竖向裂缝。出现这种裂缝的水利建筑物工程超过了 90 %，大多为船闸的闸首、闸室墙，节制闸的闸墩，泵站的站墩以及上下游翼墙等部分受约束作用较大的部位。裂缝深度一般都超过了钢筋的保护层厚度（见图 1），基本贯穿墙体，其缝宽相对较大，一般在 0.10～0.35 mm之间，多集中于 0.15～0.25 mm。整个工程少则 3～4 条，多则几十上百条，主要位于墩墙的二分点、三分点及其附近。裂缝走向基本为垂直缝，其特点是缝长自底板而上爬升 1 m 至墙顶不等，走向竖直向上，多条裂缝间距不等并相互平行，少见交叉。其中又以发生在墩墙底板以上（贴脚处）、2/3 墙高以下，每节墩墙以 1～3 条裂缝居多，裂缝通常不延伸至底板内部。另外结构削弱部位、形状突变部位（门槽、孔洞、转折）也常发生贯穿性裂缝。

图1 墩墙深层裂缝

首先需要明确指出的是上述混凝土墩墙中产生的裂缝仍属于温度裂缝范畴。目前对裂缝产生原因的研究很多，从裂缝的成因上来讲主要是结构性裂缝和温度裂缝两大类。结构性裂缝通常伴随着设计缺陷，先天不足，一旦出现往往是比较棘手的问题，在水利工程中较为少见。而温度裂缝的产生主流研究方向主要集中于混凝土的收缩变形特性，多为水泥水化热或是环境温度等因素造成的。而本文提到的裂缝特征明确，分析其原因则是主要由外力约束作用引起。

1）其主要原因应归结为施工工序导致的浇筑时间不同而引发的温度裂缝。同样的原材料和配合比、同样的施工工艺，先行浇筑的底板没有产生裂缝，而后浇筑的墩墙却开裂严重，这是因为墩墙混凝土的变形受到了底板的约束作用。底板与墩墙的浇筑间隔时间越长，受到的约束作用就会越大，就越容易开裂。

船闸的闸首、闸室墙、翼墙、节制闸的闸墩及泵站站墩，其底板或下部结构先期浇筑。间隔一段时间底板混凝土固化之后完成底部接触面凿毛处理、上部钢筋绑扎、架立模板等一系列施工工序。等到墩墙浇筑时，先行浇筑的底板混凝土已经完成了大部分温度应力作用下的收缩变形，而墩墙由于混凝土水化热温升的作用，其内部温度和底板混凝土之间会形成较大的温差，一个变形基本完成或完成大部分，一个变形却刚刚开始，二者的收缩变形显然存在着很大的差异。后浇筑的上部混凝土受先浇筑的底板等约束，限制其自由变形而产生拉应力。混凝土开裂是内部应力积累的结果，当不断积累的内应力超过了混凝土的抗拉强度，裂缝就出现了。底板约束力对于墩墙来说相当于外力作用。水闸墩墙等薄壁混凝土结构长度方向的尺寸远大于厚度方向。由于底板约束作用而产生的结构应力沿墩墙纵向分布更不均匀，而墩墙内部混凝土质量、密实程度也不同，总是存在着薄弱部位，各种因素综合作用下产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度时，裂缝就产生了。而这种情况下的裂缝一旦出现将是沿着厚度方向的、且更多表现为贯穿性的裂缝。从某种意义上讲，常规的施工工艺，这种裂缝的出现是很难避免的。

此外断面突变部位如门槽、墩墙上孔、洞、转折等部位，由于温度收缩受制约而应力集中，也是产生裂缝的原因之一。

2）目前，水利工程施工基本采用商品混凝土，其有着减少污染、提高效率、促进施工现代化等诸多优点。然而随着预拌泵送混凝土的大量应用，水工混凝土结构温度裂缝问题越来越突出。政府在大力推广使用商品混凝土的同时对其生产过程的控制提出了严格的要求。商品混凝土同自拌混凝土相比的一大缺点就是拌合场到浇筑地的运输距离较远。为了保持混凝土的流动性，常常人为地加大用水量，这直接导致了混凝土配合比的改变，往往好事变坏事。对此，必须加以注意，严格按照相关规范和规定执行。商品混凝土往往水胶比较高，从混凝土耐久性的角度来讲，应尽量使用低水泥用量，低水胶比的配比，有利于水泥水化热的降低，有利于混凝土密实性的提高和裂缝产生概率的降低。

2.2 防治措施

1）混凝土裂缝的防治措施重在预防，大量研究与实践证明预防混凝土产生裂缝需要采取综合手段，包括设计阶段优化混凝土配合比和骨料级配。在满足混凝土设计要求和便于施工两个前提下，掺入粉煤灰尽可能降低水泥用量；掺入减水剂，降低水胶比，达到减少水化热的产生减小混凝土自身收缩的目的。混凝土中可以考虑掺入抗裂纤维，以提高混凝土自身的抗裂性能。施工阶段通过通水冷凝控制混凝土入仓温度，并加强混凝土的洒水养护。这里非常重要的一点就是要想办法改善因工序导致的混凝土浇筑次序不同而产生的约束条件。可以通过合理地安排施工工序，尽量缩短相邻结构间混凝土浇筑时间差，以减轻混凝土的约束作用。

2）水利工程中水的作用会锈蚀墙体结构中的钢筋，因此深层裂缝的处理对混凝土的耐久性至关重要。此类温度裂缝的处理方法主要采用裂缝高压灌注浆 液（也称壁可法），起到封闭裂缝，堵塞渗水通道的目的。裂缝灌浆修补材料有低粘度环氧树脂浆液、中等粘度环氧树脂浆液、聚氨酯等。应根据裂缝性质、裂缝宽度、裂缝深度、环境条件等选择有效的修补方法。同时对混凝土墙体裂缝背水面采用改性沥青防水卷材（SBS 热熔型）处理，也可同时对裂缝的迎水面和背水面采用化学灌浆封闭处理。需要注意的是水利工程中裂缝的封闭处理是双向的，因此在裂缝处理完成达到预期效果以后才能进行墙后土体的回填施工。

3 结语

对在建水利工程中混凝土墩墙温度裂缝的产生原因及处理措施进行了总结探讨，重点讨论了因为工序问题导致的变形差而产生的裂缝。该类裂缝基本为竖直走向的贯穿性裂缝。深刻认识理解该类裂缝的成因，对创新后续工程的裂缝防控措施，提高水利工程质量，指导水利工程施工意义重大。