水闸闸墩裂缝成因及处理措施

关键词：闸墩裂缝；裂缝原因；水闸；水利工程建设；防治 

abstract: locks is common in water conservancy construction hydraulic structures, the pier is part of the problem there is crack, for a long time with water conservancy engineering, have been unable to get very good solution. the pier is related to the occurrence of crack brought various different degree of harm, also more and more get the attention of the engineering. this article in view of the locks of concrete crack appeared in the project are analyzed, and the corresponding treatment measures. 

key words: the pier crack; crack causes; locks; water conservancy project; prevention and control 

中图分类号：tv文献标识码：a 文章编号： 

水闸挡墙及边墩均为典型的钢筋混凝土结构，具有较好的耐久性，但由于混凝土是一个复杂的非均质材料，抗拉强度较低，且又有自身体积变形、徐变等特性，在实际施工中常会出现不同程度的裂缝。由于水利工程结构大多处在水下，裂缝的存在很容易导致钢筋锈蚀膨胀，进一步加剧混凝土的破坏。因此，在水闸挡墙及边墩结构的施工过程中，必须严格进行质量监控，提高混凝土浇注质量，尽量避免工程裂缝的产生。而一旦出现了混凝土裂缝，则应采取有效的技术措施进行补救，以保证水利工程的安全和工程结构的耐久性。 

1 工程概况 

某水闸闸孔总净宽132.96m，为6孔下卧式自动浮体钢筋砼扇形闸门，每孔净宽22.14m，在最右一孔浮体门前部，有4孔平板闸门，每孔净宽5.54m。由进口段、溢流段、浮体闸室段、陡坡段、消力池、海漫及尾水渠组成。进口段属渐缩型，底高程为12.0m，两侧翼墙为浆砌石圆弧挡土墙；溢流段为ⅲ型折线型实用堰，堰顶高程13.6m，长1.8m；浮体闸室段为钢筋砼结构，底高程9.4m，长12.0m；陡坡段为钢筋砼结构，陡坡首部高程12.85m，尾部高程9.2m，长16.5m，其中首部5.0m长为平台；消力池为底流式，护坦为浆砌石钢筋砼框格结构(面层为200厚钢筋砼)，高程9.2m，池深0.3m，长10.0m，消力池边墙顶高程15.0m；海漫为浆砌石结构，底高程9.5m，长15.0m。节制闸两端设有控制室，闸室顶部设有农用交通桥，平板闸门设有启闭台及螺杆式启闭机，启闭台上未建启闭房。 

项目工程混凝土拆模后，在水闸右岸挡墙及右岸边墩发现了裂缝，其中水平方向的裂缝主要发生在挡墙分仓的中部，竖向裂缝大部分产生在挡墙的3／4高度以下，挡墙顶部没有裂缝。裂缝呈中间宽，两头缩小的现象，缝宽在0.3 mm左右，并未完全贯通。有一部分裂缝在挡墙两侧的同处产生，也有一部分从基础开始就产生开裂。裂缝出现的时间基本都在模板拆除后的1～2 d，也有的在拆模的当天就已经发现。 

2 裂缝产生的原因分析 

在发现水闸挡墙及边墩工程裂缝后，我们进行了现场实地调查，并查阅了相关施工资料，包括混凝土配合比单、混凝土浇注记录、混凝土测温记录、施工日志、混凝土拆模时间及混凝土抗压强度报告、商品混凝土生产厂家的有关资料等，并对裂缝产生的原因进行了技术分析。 

2.1 混凝土配合比 

该工程挡墙和边墩均使用p•o 42.5水泥，由于厂家的水泥产品质量较好，强度富余系数较高，因此造成混凝土实际强度值高出设计强度值较多，混凝土实测强度值大部分超过设计值200％ 以上，混凝土强度值的增加，加大了混凝土的水化热，提高了混凝土的内部温度，从而相应增加了混凝土硬化初期的温度应力，通过查阅相关的混凝土强度试验报告也证实了这一点。另一方面，冬季施工混凝土的高水化热，一方面有利于混凝土温度的保持，避免混凝土受冻，保证混凝土强度，另一方面也带来了不利因素，因此合理选择水泥用量及水泥标号，也成为预防混凝土裂缝的一个不可忽视的因素。除此之外，对于尺寸较大的混凝土结构，控制胶骨比在1：3以上，可减少水泥用量，减少水化热，在一定程度上有利于防止裂缝的产生。 

2.2 混凝土拆模时间 

该工程右岸边墩及右岸挡墙在浇注混凝土时处于时段低温，在这种气温下拆模，如果保温措施不力，混凝土拆模后受到环境条件的“过冷刺激”，导致混凝土内部温度与混凝土表层温度梯度增加，造成混凝土表层产生较大的拉应力，而此时混凝土的早期强度值较低，其抗拉强度更低，很容易引起混凝土开裂。在本例的混凝土施工过程中，施工单位在混凝土浇注后只进行了混凝土表层的温度测定，而依据《水工混凝土结构设计规范》中混凝土的热学指标与应力松弛系数中的公式对混凝土内部温度进行的估算，混凝土内部温度达到41.5～44.6℃。 

2.3 结构尺寸 

该水闸工程中，挡墙的结构尺寸较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。结构尺寸偏大与水化热增高两种不利因素共同作用，极易产生混凝土裂缝。从裂缝的分布情况看，挡墙的裂缝从基础开始往上发展，到距顶部1／4处裂缝终止。这是因为挡墙顶宽尺寸较小，散热较怏，产生的温度拉应力较小，致使混凝土未在此部位发生裂缝。 

2.4 基础约束 

挡墙基础与挡墙的施工问隔为12—29 d，根据混凝土的强度试验报告来分析，挡墙施工时，其基础混凝土的强度已接近设计值，因而有可能在挡墙的基础混凝土与挡墙混凝土之间产生类似新旧混凝土结合的约束作用，基础混凝土约束墙身混凝土的收缩变形而使混凝土产生开裂。 

3 混凝土裂缝检测与分析 

为了进一步掌握裂缝情况，为裂缝的处理提供可靠的依据，要求施工单位请了有关的质量检测机构对混凝土裂缝进行了检测。 

3.1 混凝土裂缝尺寸的检测 

裂缝长度使用卷尺进行测量；宽度使用读数显微镜进行测量，其测量精度可达到0.1 mm；而裂缝深度使用超声波探测方法进行测量，利用超声波绕过裂缝末端的传播时间来计算裂缝的深度。测得的数值见表1。 

 

3．2 裂缝产生原因的最终结论 

通过质量检测机构对裂缝的检测，得出以下结论：该工程挡墙及边墩产生的混凝土裂缝，是由混凝土配合比、混凝土拆模时间、外部环境条件以及结构尺寸等因素共同作用造成的，但主要原因还是因为混凝土拆模过早，极容易造成混凝土层表面温度骤降，引起混凝土内部与表面温度梯度增大，在混凝土表层产生较大的温度拉应力而产生了裂缝。从最终裂缝原因分析来看，挡墙基础与挡墙浇注时间间隔过长的问题对裂缝没有明显的影响。 

4 混凝土裂缝的控制措施 

从调查结果来看，该水闸工程背水面的混凝土裂缝>0.2 mm，为防止裂缝加速混凝土内部的钢筋锈蚀，决定对背水面裂缝采用表面防渗处理，对裂缝进行防渗封缝。此种方法防渗效果不错，且施工方法简单。对迎水面的混凝土裂缝，由于裂缝破坏了建筑物表面的完整性，在水力和裹挟的泥沙不断地冲击磨损作用下，裂缝区会首先发生脱落和剥离现象，从而使空蚀程度逐渐加剧，最终危害建筑物的安全，因此最终对边墩与挡墙迎水面的裂缝采用了以防渗为主的化学灌浆处理。 

结束语 

通过以上对山许闸工程裂缝问题的介绍可以看出，监理单位在审核施工单位报送的混凝土配合比时，不应只注重混凝土的设计强度等级和耐久性，还要结合混凝土结构、混凝土浇注及养护等情况对混凝土配合比进行全面审核，以使混凝土配合比与施工方案相协调；同时，要加强对混凝土施工过程的监理，特别是要对大体积混凝土的养护问题引起重视，应制定相应的施工技术方案，严格按规定要求施工，严把质量关，尽可能预防混凝土裂缝的出现。 

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。