水闸闸墩裂缝成因及防治措施

【摘 要】水闸闸墩是闸坝水利枢纽工程的重要组成部分，其工程可靠性是整个水利枢纽工程安全的重要保证。本文在分析闸墩裂缝的产生原因的基础上，研究相应的裂缝防治措施，对保证闸坝的安全运行以及下游区域的防洪安全具有十分重大的意义。

【关键词】闸墩;裂缝成因;防治措施

0.引言

水闸闸墩是闸坝水利枢纽工程的重要组成部分，其工程可靠性是整个水利枢纽工程安全的重要保证。然而闸墩部位易出现裂缝一直是困扰工程界的难题。闸墩裂缝的出现给水利工程的整体性、耐久性、安全性造成的影响巨大，如果不加以防治和处理，势必会造成不可估量的危害和损失。因此，分析闸墩裂缝的产生原因以及研究相应的处理加固措施对保证闸坝的安全运行以及下游区域的防洪安全都具有十分重大的意义。

１．水闸闸墩裂缝产生原因分析

闸墩作为一种重要的水工混凝土建筑物，其最普遍、最常见的病害之一就是裂缝，不出现裂缝的闸墩建筑是极少的。导致闸墩产生裂缝的原因十分复杂，主要体现在三个方面，结构设计不合理、材料选取不当等自身原因引起的裂缝，闸墩施工过程中的温度变化、荷载变化等外部原因产生的裂缝以及施工质量。导致裂缝产生的上述原因是相互关联、相互影响的。

（１）温度裂缝。温度裂缝产生的原因主要有两种，一种是在闸墩施工完成后，周围温度发生剧烈变化，特别是低温天气侵袭，致使闸墩内外产生较大温差，外部混凝土变形受约束而产生的裂缝，另外就是闸墩混凝土施工期间混凝土浇筑后水泥水化热在混凝土内部和外部间产生温差，从而导致在散热期间外部混凝土冷却收缩受内部混凝土约束而产生裂缝。（２）钢筋锈蚀裂缝。由于混凝土中钢筋发生锈蚀，体积膨胀而产生的裂缝。（３）干缩裂缝。由于混凝土因水分散失引起体积缩小变形的同时受到周边结构约束而产生的裂缝。（４）碱骨料反应裂缝。由于水泥的碱和骨料中某些活性物如二氧化硅、碳酸盐，以及变形石英等发生反应，而生成吸水性较强的凝胶物质，当有充足水分时，就会在闸墩混凝土中产生较大的膨胀作用，导致混凝土产生裂缝。（５）超载裂缝。由于建筑结构物受到超过其设计允许承载能力的荷载作用时，在结构或构件中产生的裂缝。（６）因施工质量导致的裂缝。对实际的闸墩裂缝的研究表明，大约95%以上的裂缝的产生是因为施工质量差引起的。

２．水闸闸墩裂缝的防治措施研究

混凝土闸墩裂缝的产生有其必然性，但在实际工作中，可以采取一定的控制措施加以防治和处理，以降低闸墩裂缝带来的危害和损失。水闸闸墩裂缝的防治措施主要有一下几种：

２.1选择合理的结构形式，合理分缝分块

闸墩裂缝的产生与结构设计的合理性有着密切的关系，闸墩混凝土施工设计除应满足设计规范与生产工艺要求外还需满足以下几点：闸墩基础混凝土应选择强度等着在C20一C35之间的中低强度混凝土；基础配筋在满足基础承载力及构造要求的同时还应结合混凝土浇筑方法，增配构造钢筋来承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝。合理的配筋可以提高混凝土的极限拉伸值，而且当钢筋的直径较细、间距较密时，对提高混凝土的抗裂性能及抗裂效果较好；当闸墩浇筑在岩石上时，需要采用一毡二油或其它可减少约束的垫层来设置滑动层；在闸墩施工中应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求、混凝土浇筑能力和方便结构钢筋的绑扎等因素设置水平施工缝；科学组织施工，编制详细的施工组织设计，对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩应力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温升值、内外温差及降温速度的控制指标;注意施工过程的各项指标控制。

２.2优选水泥品种

优选水泥品种的目的是控制水泥的水化热，水泥水化热控制可以通过水化热试验来确定，最终将实验参数应用到闸墩混凝土抗裂性试验中。通过对混凝土的拌合物的量化分析来测试混凝土开裂倾向以达到最终预防闸墩开裂的目的。通过由混凝土温度一应力试验的总结的分析克制:不同胶凝材料的抗裂性能不同，水胶比、水泥细度及品种、掺和料的种类及掺入量对胶凝体系的抗裂性能影响很大;掺有粉煤灰和矿渣的胶凝体系抗裂性能明显高于纯硅酸盐水泥和掺有硅灰的胶凝体系;中热水泥的开裂敏感性低于硅酸盐水泥，所以在闸墩混凝土浇筑施工中要对水胶比、水泥细度及品种、掺和料的种类等通过试验做出合理的选择，以保证水泥水化热控制在工程设计范围内。

２.3合理选择原材料，优化混凝土配合比

混凝土配合比设计应遵循“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)，二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)，一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则，尽可能的降低混凝上的单位用水量，保证生产的混凝土具有“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉极拉值”，混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、线胀系数较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩，在闸墩混凝土施工阶段提高抗裂能力。在保证混凝土强度及流动条件下，尽量节省水泥，降低混凝土绝热温升。

２.4加强混凝土施工质量管理，改善混凝土性能

在闸墩混凝土施工过程中要加强质量管理、规范主观因素、科学组织，保证施工各环节均能满足设计要求。首先要做好施工前的准备工作，对施工设备和现场监控试验仪器进行全面检查、检测和配备，保证闸墩施工过程中混凝土的温度控制满足设计要求，对混凝土搅拌温度影响最大的水和石子的温度，所以在混凝土搅拌前需要用较凉的水冲洗骨料，控制混凝土拌和物的出机温度；其次要控制浇灌温度，按季节采取措施，降低混凝土从搅拌机出料、卸料、泵送和浇灌振捣后的温度，减少结构的内外温差，在夏季施工时，以减少冷量损失为主，在冬季施工时，应做到保温浇灌，保温养护； 第三要采用裹砂法搅拌工艺，闸墩混凝土搅拌时，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的投料程序；第四改变振捣工艺，浇灌后的混凝土，在振动界限以前，给予二次振捣，排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，减小内部微裂缝，增加混凝土密实度。最后优化闸墩混凝土浇筑程序，根据混凝土结构物位置、尺寸的大小、钢筋的疏密、混凝土供应条件等具体情况，采用全面分层浇筑和分段分层浇筑及斜面分层浇筑的方式，保证混凝土浇筑的质量。

２.5大体积混凝土的养护

混凝土浇筑的初期，强度低、抵抗变形能力小，如遇到不利的温度、湿度环境条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝，因此，混凝土浇筑后必须及时进行保温与养护，保温与养护一般采用保温层，保温层兼有保湿作用，如果用湿砂层，湿锯末层或积水保湿效果尤为突出，保温、保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。

３．结论

水闸闸墩裂缝的形成有其必然性，但作为水闸工程中关键的工程部位之一，其安全性必须得到有效保证，本文在分析水闸闸墩裂缝形成原因的基础上，从材料选择、施工管理、施工工艺等不同方面阐述了防止和控制水闸闸墩裂缝的方法和措施，对相关的工程实践具有一定的理论和实践意义。■

【参考文献】

［１］溪大头坝裂迎水面裂缝初步分析报告，水利水电科学研究院，1979，7.

［２］朱伯芳，王同生等.水工混凝土结构的温度应力与温度控制，水利电力出版社，1976.

［３］吴胜盛.混凝土结构温度应力与温度裂缝控制研究，河海大学，博士论文，1994，6.

［４］张武功等.丰满电厂溢流坝坝面裂缝成因分析及处理方案研究.中国水利水电科学研究院，丰满发电厂，1995，9.

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