浅谈节制闸闸墩裂缝成因分析与防治措施

摘　要：江苏省地处平原，节制闸是比较重要的水工建筑物，起到防洪、补水、泄洪等作用。但是在施工过程中，节制闸闸墩较易出现裂缝，这将对节制闸工程带来不同程度的危害，目前已越来越被人们所重视。本文主要从产生这一现象的成因进行阐述，并对其防治措施进行了分析与探讨。

关键词：节制闸闸墩；裂缝；混凝土；防治措施
1.工程现状
　　节制闸主要由底板和闸墩组成,闸墩底部受闸底板约束,上部可以自由伸缩。目前，在已建和新建的众多水闸工程中，很多在闸墩上出现了裂缝，这对其整体性、安全性都带来不利的影响，并且由于混凝土开裂后会发生碳化,影响其耐久性。作为水工建筑物,其抗渗性也会受到一定程度的影响,由此会产生溶蚀破坏作用。对于边墩,有时还会出现透过裂缝而发生渗透变形的严重现象。
　　目前在对待混凝土结构裂缝问题上,一般是允许出现裂缝,而对其宽度进行一定的限制，不同国家和地区对不同使用环境和要求下的混凝土建筑物的裂缝宽度有不同的控制标准［1］。一般来说混凝土建筑物不出现裂缝是很难的，为了防止裂缝出现,需要从材料、设计、施工、养护等方面进行研究。
2.原因分析
　　闸墩作为大体积混凝土，其开裂从根本上说是由于混凝土结构与结构之间或结构不同部位之间的温度应力超过混凝土的抗裂能力而产生的。由于约束的存在，混凝土中水泥水化热温升引起结构的温度变形受到约束而产生温度应力，当此温度应力超过混凝土的抗裂能力（抗拉强度及极限拉伸值）时便产生了开裂。闸墩裂缝的产生主要与墩体内外温差、混凝土的干缩、外部约束等有关,而混凝土的干缩变形与温度应力的叠加又助长了开裂的产生和发展。
　　2.1墩体内外温差
　　闸墩是浇筑在底板老混凝土基础上的大体积混凝土，在混凝土的升温阶段，新浇混凝土的体积膨胀，因受到底板的约束产生受压的温度应力，但由于此时混凝土的龄期短，其弹性模量低，因此，其压应力值很低；而在混凝土的降温阶段，新浇混凝土的体积产生收缩，因受到底板的约束产生的温度应力为拉应力，当此拉应力值超过混凝土的抗拉强度时，或者受拉变形超过其极限拉伸能力时，便会产生开裂。
　　通常，大体积混凝土的降温历时较长，超过养护期的 混凝土开始产生干燥收缩，收缩应力与温度应力的叠加，进一步加剧了闸墩混凝土的开裂。
　　2.2混凝土的干缩
　　混凝土内的大部分水分是在浇筑振捣完毕后慢慢蒸发掉的。随着水泥的凝结、硬化,混凝土中的水分慢慢散失,引起混凝土体积缩小、变形,这种变形称为干缩［2］。由于混凝土的水分蒸发总是从外向内，表层混凝土的水分蒸发程度和速度总是大于内部,表层混凝土收缩的程度亦大,其变形会受到内部混凝土的限制,在表层混凝土中也产生拉应力,使得表层混凝土总的拉应力加大,产生干缩裂缝。但干缩一般只发生在表层,对大体积混凝土而言,干缩扩散深度达6cm需花1个月的时间,故干缩裂缝也只是表面裂缝或开展深度不大。大体积混凝土内部一般不存在干缩问题,但表面干缩不容忽视,它会诱导裂缝的产生。闸墩属水工薄壁结构,其影响深度及程度相对较大,尤其是在干热风大季节,如不及时处理和养护,将会发生局部贯穿性裂缝。
　　混凝土的配合比是影响其干缩的主要因素。一般水泥用量多,水灰比大,则干缩也大。骨料密度大,级配好,弹性模量高,骨料粒径大,可以减小混凝土的干缩［3］。其次,混凝土的养护和环境对干缩也有很大的影响。
　　2.3外部约束
　　闸墩是底部固结在底板上,上部自由的结构。通常是在底板浇筑完间隔一定时间后才开始浇筑闸墩,此时底板混凝土已经固结。闸墩在沿其高度方向可以自由伸缩,不受约束；厚度方向由于闸墩厚度不大,约束很小;而在沿水流方向,则受底板约束相对很大。闸墩混凝土浇筑早期,产生大量水化热,温度升高,体积膨胀,受到底板约束,产生压应力。但混凝土浇筑早期,弹性模量低,产生的压应力很小。随着热量的散发,混凝土开始降温,加上干缩、自生体积变形等影响,体积开始收缩,同样受到底板约束,产生拉应力。但此时混凝土弹性模量已增大很多,产生的拉应力足以很快抵消早期产生的压应力,并进而出现较大的净拉应力。由于沿水流方向受到的约束最大,则该方向的拉应力也最大,此时混凝土龄期短,强度低,产生的拉应力易超过其抗拉强度,于是在闸墩上产生了常见的垂直于底板和水流方向的裂缝。
3.闸墩裂缝防治控制方案
　　闸墩裂缝是水利工程中的一项质量通病，当了解了各种原因及影响因素后,就可以采取措施，减少或防止混凝土的开裂。目前,工程界在防止或控制裂缝方面的措施主要体现在材料、温度控制、施工方法与工艺、养护等方面。
　　3.1闸墩裂缝防治前期准备工作
　　混凝土材料的合理选择是预防并控制裂缝的重要方面。对于这一问题，首先应该从其前期准备工作着手，尽量采用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥、线膨胀系数较小的骨料，同时，外加剂应选用缓凝型减水剂，可减慢混凝土放热的速率,有利于热量消散；其次，在满足设计、施工要求的情况下，宜减少混凝土的单位水泥用量，在综合考虑混凝土耐久性的情况下，可适当增加粉煤灰或磨细矿渣的掺量。[4]这样不仅增强混凝土的泵送性能，而且还可以加大散热效果，便于抑制闸墩产生裂缝。此外,要优化配合比的设计，优选砼原材料，选用大粒径粗骨料砼，在砼中掺加聚丙烯腈防裂纤维；采用“双掺技术”(缓凝减少剂和Ⅱ级粉煤灰)，以减少水泥用量，降低水化热，减缓了水放热速率和降低其放热峰值，从而有利于减小混凝土内外温差，有利于大体积混凝土的质量控制，提高砼抗裂性能。
　　3.2混凝土施工中应采取相应的措施
　　3.2.1施工中应降低混凝土的浇筑温度
　　温差也是闸墩产生裂缝的重要原因之一，因此要降低混凝土的入仓温度。在高温期拌和时，可以采用地下水拌制混凝土。同时充分利用低温季节施工，避免夏季浇筑闸墩。若夏季施工，应在骨料堆场搭设通风良好的遮阳棚，并使骨料在遮阳棚内存放2～3d后再用，应尽量利用温度稍低的夜间施工，水泥应提前入仓，降到自然温度后方能使用，混凝土在运输和浇筑过程中，应设法遮阳，防止暴晒，最好在混凝土内设置冷却水管，用冷却水降低混凝土的温升。而冷天施工时，混凝土的入模温度应控制在2～5℃，浇筑后应采取保温措施，防止冷击开裂[4]。
　　3.2.2控制砼坍落度
　　为了提

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高混凝土的运输速度,现常采用泵送混凝土。由于泵送混凝土要求流动性大,其水泥用量大,水灰比大,粗骨料粒径小,水化热温升高,易产生温度收缩裂缝。因此在浇筑闸墩混凝土时,为了防裂,应采用加大泵管管径的方法，将管径125毫米加大为150毫米，以满足大粒径粗骨料砼的泵送要求；合理布置泵管，减小泵送距离，减小砼的坍落度。
　　3.2.3分层浇筑
　　为了使混凝土更好地散热,可采取分层浇筑的方式,分层的深度一般为1.0～1.5m。采用薄层浇筑，可以达到增加散热面积的目的。闸墩最底一层混凝土可与底板同时浇筑,这样就可削弱或消除底板对闸墩混凝土的约束。
　　3.3养护
　　对闸墩混凝土进行养护是为了减慢其变形速度，早期养护可以在砼浇筑完成后模板未拆时,采取在模板外侧覆盖土工布并延迟拆模时间等措施，控制砼的内外温差，减少砼温度裂缝的出现。拆模后可从结构顶部浇水或淋水,保证混凝土表面湿润,拆模后立即在闸墩四周挂上土工布洒水养护,也能起到保湿的作用。加强混凝土的潮湿、滞水养护，养护期应在10～15d以上，采取保温或降温措施，保证闸墩结构内部与表面的温差不超过25℃。在寒冷季节可推迟拆模时间，拆模时防止混凝土受到冷击，拆模后应采取草袋、帆布、土工布、塑料薄膜覆盖等措施保温。
4. 结语
　　水闸闸墩混凝土产生裂缝一般是多种因素共同作用的结果,但是各种因素的影响并不是独立的。水闸闸墩的裂缝问题,已受到越来越多的重视。综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。目前已有一些工程很好地解决了裂缝问题,比如江苏淮安市里运河堂子巷控制工程，在闸墩混凝土浇筑中参入纤维,使得该工程在施工期未出现一条贯穿性裂缝。
　　随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
参考文献：
[1]张相宝.混凝土构筑物裂缝原因分析与处理［J］.混凝土,2000(10):39～43.
[2]黄国兴.混凝土的收缩［M］.北京:中国铁道出版社,19902～14.
[3]曹雪平,翟胜章.水工钢筋混凝土墩墙裂缝的形成及修补［J］.江苏水利,2001(增刊):22～23.
[4]港口与航道工程管理与实务［M］.中国建筑工业出版社,2010(第二版):36～39.

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