王東英

摘 要：本文分析了船閘工程混凝土裂縫的成因，混凝土船閘閘室墻發(fā)生裂縫主要原因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)不合理，施工工藝缺陷，受溫度應(yīng)力影響及工程運(yùn)行條件差等，提出了相應(yīng)的裂縫控制措施。

關(guān)鍵詞：船閘施工 混凝土裂縫

船閘是目前應(yīng)用最廣泛的通航建筑物，船閘開(kāi)裂現(xiàn)象非常普遍，船閘混凝土產(chǎn)生裂縫會(huì)嚴(yán)重影響船閘結(jié)構(gòu)的耐久性，認(rèn)真分析船閘混凝土裂縫的原因，采取有效措施進(jìn)行控制具有重要作用。

1.船閘施工混凝土裂縫的原因

影響混凝土暗墻發(fā)生裂縫的因素主要包括工工程設(shè)計(jì)不合理，施工工藝缺陷，溫度與約束應(yīng)力影響、養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)?shù)取?/p>

1.1工程設(shè)計(jì)不合理

船閘建設(shè)前期，地基勘察設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致施工后閘室墻體開(kāi)裂。設(shè)計(jì)單位忽視了船閘建筑布局的整體性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)缺乏對(duì)船閘的運(yùn)行水位組合，抗傾穩(wěn)定，地基滲透穩(wěn)定等做出科學(xué)分析，導(dǎo)致墻體強(qiáng)度設(shè)計(jì)較弱。

1.2施工工藝缺陷

混凝土澆筑振搗不均勻等會(huì)影響混凝土緊密型，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生?；炷羶?nèi)部存在氣泡降低，震動(dòng)過(guò)多會(huì)降低粘結(jié)力。過(guò)震部分則骨料下層，中間砂漿富集，導(dǎo)致產(chǎn)生干塑裂縫。如分層澆筑時(shí)速度過(guò)快，混凝土可能因沉降產(chǎn)生裂縫。

1.3溫度及約束應(yīng)力影響

水化熱引起拉應(yīng)力，拆除模板引起溫度梯度，增大表面拉應(yīng)力的數(shù)值，從而產(chǎn)生裂縫。如外部環(huán)境溫差變化較大，混凝土表面溫度急劇下降，混凝土內(nèi)部約束產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而在混凝土表面較淺范圍內(nèi)形成裂縫。混凝土澆筑需分段完成，因船閘地板等部位厚度較大，采用分段澆筑因混凝土澆筑存在時(shí)間差異，超混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)導(dǎo)致墻體產(chǎn)生裂縫，混凝土養(yǎng)護(hù)期結(jié)構(gòu)表面水分損失過(guò)快，表面干縮變形受混凝土內(nèi)部約束產(chǎn)生裂縫。

日常運(yùn)行中，閘室水位變化頻繁，船閘岸墻受水頭壓力不穩(wěn)定，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行難以維持其整體穩(wěn)定性，導(dǎo)致墻體受力不穩(wěn)定。

2.船閘施工混凝土裂縫形成機(jī)理

2.1塑性收縮裂縫

混凝土拌制一段時(shí)間內(nèi)，水泥的水化反應(yīng)激烈，分子鍵逐漸形成，出現(xiàn)泌水和體積縮小現(xiàn)象，這種體積收縮稱(chēng)塑性收縮。塑性收縮多發(fā)生在混凝土拌和后3～12h以?xún)?nèi)。這種收縮導(dǎo)致骨料受壓，水泥膠結(jié)體受拉，可與水泥骨料結(jié)合緊密，使水泥石產(chǎn)生裂縫。

2.2干縮裂縫

混凝土的干燥收縮是有水泥石的干燥收縮引起的，，目前對(duì)于干燥收縮的機(jī)理普遍認(rèn)為干燥收縮是由毛細(xì)管張力、表面能以及層間水的移動(dòng)造成的。影響混凝土干燥收縮的因素有：（1）水泥品種及混合材料（2）混凝土配合比（3）骨料（4）外加劑（5）周?chē)慕橘|(zhì)條件（6）結(jié)構(gòu)特征因素

2.3溫度裂縫

混凝土澆筑后，水泥在水化要散發(fā)大量的水化熱，使混凝土體積膨脹?；炷岭S著熱量向外部介質(zhì)散發(fā)，產(chǎn)生一個(gè)溫差，混凝土約束外部冷混凝土的收縮，混凝土澆筑的時(shí)間不同，散熱條件不同等原因，都將會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，混凝土必須澆筑在基巖上，它們的物理力學(xué)特性有差別，混凝土的溫度變形在基巖面上要受基巖約束，因而也要產(chǎn)生溫度應(yīng)力基巖的約束條件，決定了溫度應(yīng)力的產(chǎn)生和大小，當(dāng)其超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，將會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生表面裂縫或基礎(chǔ)貫穿裂縫。

3.船閘施工混凝土裂縫的預(yù)防

3.1優(yōu)化施工設(shè)計(jì)

地基存在明顯差異處設(shè)置沉降縫，對(duì)地基作適當(dāng)處理，盡量使基礎(chǔ)坐落在均勻的地基上，設(shè)計(jì)時(shí)閘室結(jié)構(gòu)分段長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)采取漸變過(guò)渡相接。

加強(qiáng)地基勘察，軟土地基處理后方進(jìn)行基礎(chǔ)施工，基礎(chǔ)開(kāi)挖挖施工時(shí)不得破壞基底原狀土，地基承載應(yīng)力大于天然地基承載能力。沉降縫必須自基礎(chǔ)其兩側(cè)岸墻在構(gòu)造上完全分開(kāi)，防止基礎(chǔ)不均沉降引起的墻體開(kāi)裂。

進(jìn)行船閘設(shè)計(jì)時(shí)，要全面考慮裂縫易形成的部位。在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋，在截面突變處，底、頂板與墻轉(zhuǎn)折處，配斜向構(gòu)造配筋，以防止裂縫的出現(xiàn)。

采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設(shè)置施工縫，或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶，減少每次澆筑產(chǎn)生的蓄熱量，以減少溫度壓力。

3.2加強(qiáng)原材料控制

混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)選擇水化熱低的水泥，水泥等級(jí)高，早期強(qiáng)度則高，更易產(chǎn)生裂縫。應(yīng)優(yōu)先選擇礦渣水泥等，采用硅酸鹽水泥應(yīng)緩解水化熱。

骨料宜選用線(xiàn)膨脹系數(shù)較小的骨料?；炷潦湛s量隨骨料含泥量增加，盡量選用粒徑較大的骨料，以減少水泥與用水量。石子的顆粒級(jí)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%。

對(duì)原材料進(jìn)行溫度控制。水泥提前一周以上入罐，澆筑水泥溫度不得高于50度；高溫季節(jié)要覆蓋好砂石等原材料，混凝土拌合前可對(duì)水進(jìn)行降溫，外界溫度較高時(shí)，采用深地下水拌合；冬季施工時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備好保溫防凍材料，澆筑后及時(shí)采取保溫措施。

對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑，如木質(zhì)素磺酸鈣等，適當(dāng)添加粉煤灰用量，或選用低水熱化的材料，采用較小的水灰比等。

3.3強(qiáng)化施工管理

泵送混凝土澆筑時(shí)，如果出泵口溫度高于氣溫，輸送管道則不用保溫，讓混凝土散熱；如果出泵口溫度低于氣溫，輸送管道需要保溫，以免外部熱量傳入?；炷寥肽r(shí)，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，降低入模溫度，如施工現(xiàn)場(chǎng)溫度較高，可采用降低水溫措施進(jìn)行混凝土拌合，澆筑大體積結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，應(yīng)按工程監(jiān)理要求的厚度、次序、方向、分層進(jìn)行。分次澆筑范圍、厚度應(yīng)根據(jù)拌和能力、澆筑速度及振搗器的性能等因素確定。

澆筑船閘主體時(shí)，要嚴(yán)格控制混凝土標(biāo)號(hào)，控制混凝土塌落度，混凝土振搗要均勻密實(shí)，間距應(yīng)均勻，混凝土澆筑完畢后防止出現(xiàn)表層裂縫。

采用連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，應(yīng)盡量縮短混凝土各層間的時(shí)間間隔，時(shí)間間隔最長(zhǎng)時(shí)間不大于混凝土的初凝時(shí)間。如時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，達(dá)到混凝土的初凝時(shí)間，層面應(yīng)按施工縫處理。

處理水平施工縫應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，清除表面浮漿及松動(dòng)的石子。在澆筑前應(yīng)用壓力水沖洗混凝土表面的污物，不得有積水，然后鋪設(shè)一層厚度為10～30mm水泥砂漿，讓新老混凝土充分粘合。

可在混凝土構(gòu)件內(nèi)部采取相應(yīng)的降溫措施，可以采用在混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻水管和在澆筑過(guò)程中拋填塊石進(jìn)行降溫的方式。

船閘混凝土施工中，應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)溫度，可采用性能相對(duì)穩(wěn)定的溫度傳感器，制作現(xiàn)場(chǎng)溫度變化曲線(xiàn)圖，采取相應(yīng)的處理措施解決施工中存在溫度應(yīng)力過(guò)高的問(wèn)題。

3.4加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑施工完成后，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使得表面溫度得到緩慢下降，避免混凝土構(gòu)件內(nèi)外溫差過(guò)大出現(xiàn)裂縫。夏季應(yīng)注意避免混凝土被曝曬，冬季采取保溫覆蓋措施，以免急劇的溫度變化產(chǎn)生裂縫。添加摻合料的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間為21天。強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的75%以上方允許拆模。

加強(qiáng)測(cè)溫和溫度監(jiān)測(cè)管理，控制混凝土內(nèi)的溫度變化，基面和基底的溫差均控制在20℃以?xún)?nèi)，及時(shí)調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土的溫濕度過(guò)大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

4.結(jié)語(yǔ)

混凝土施工是船閘工程建設(shè)中的重要部分，其質(zhì)量對(duì)船閘的穩(wěn)定性與承載力有重要影響，混凝土構(gòu)件受外界溫度因素形成相應(yīng)的溫度應(yīng)力，施工中應(yīng)對(duì)混凝土溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，采取相應(yīng)的處理措施。船閘混凝土裂縫對(duì)船閘危害很大，目前尚無(wú)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)施工規(guī)范，在具體實(shí)踐中應(yīng)認(rèn)真觀察分析，總結(jié)多種預(yù)防措施。使混凝土裂縫得到較好的控制。

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