1工程現(xiàn)狀

　　水閘閘室主要由底板和閘墩組成,是呈倒T字形“墻板”式水工混凝土結(jié)構(gòu)。閘墩底部受閘底板砼約束,上部可以自由伸縮。閘墩裂縫一般呈豎直向,兩端小,中間大,似棗核形。水閘閘墩裂縫向上開(kāi)展,位于墩墻中部區(qū)域,一般略超過(guò)墩高的一半,是“上不著頂”;下部距底板10~30cm,是“下不著底”,常常為貫穿性裂縫,在已建和新建的眾多水閘工程中,很多閘墩出現(xiàn)了裂縫,187團(tuán)近幾年建設(shè)的各種水閘工程中,閘墩上都出現(xiàn)了不同程度的裂縫。如某場(chǎng)閘,為兩孔閘,施工時(shí)混凝土泵送澆筑,底板混凝土澆筑3個(gè)多月后澆筑閘墩。閘墩分22層澆筑,層厚40~60cm,層間間歇約4h。新閘建成后,在中間全部1個(gè)閘墩和1個(gè)邊墩都出現(xiàn)了貫穿性裂縫。
水閘閘墩裂縫的廣泛存在并不表明這樣的問(wèn)題是可以忽略的或任其發(fā)展的,正好說(shuō)明了其突出性。裂縫的預(yù)防和控制是一個(gè)涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域、不易解決、需深入研究的綜合性問(wèn)題。

　　2裂縫原因分析

　　為了更好地控制裂縫和采取有效措施對(duì)裂縫進(jìn)行預(yù)防,必須對(duì)裂縫的成因機(jī)理進(jìn)行全面的分析。大量的工程實(shí)踐證明,閘墩裂縫的產(chǎn)生主要與墩體內(nèi)外溫差、混凝土的干縮、自生體積變形、外部約束等有關(guān),通常是多因素綜合作用的結(jié)果。

　　2.1 墩體內(nèi)外溫差
水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱,在1~3d內(nèi)可放出熱量的50%,甚至更多,當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后隨著熱量的散發(fā)又開(kāi)始降溫,直到與環(huán)境溫度相同。閘墩作為大體積混凝土,熱量傳遞的同時(shí)更易在內(nèi)部積存,導(dǎo)致了內(nèi)部溫度高于外部溫度,內(nèi)部出現(xiàn)峰值溫度。升溫階段結(jié)束后,是散熱階段。內(nèi)外混凝土散熱條件不同,外部混凝土和外界環(huán)境接觸,散熱條件好,熱量容易散發(fā),內(nèi)部混凝土散熱條件差,于是在降溫階段又造成了外部混凝土溫度低于內(nèi)部混凝土溫度。這樣在升溫和降溫階段都使閘墩內(nèi)外混凝土形成了同一方向的溫度梯度,導(dǎo)致了其變形的不一致。內(nèi)部膨脹受到外部的限制,或相應(yīng)地外部收縮受到內(nèi)部約束,于是在外部混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)變達(dá)到其極限拉應(yīng)變,裂縫就由此產(chǎn)生。裂縫初期很細(xì),隨著時(shí)間發(fā)展繼續(xù)擴(kuò)大、變深,甚至貫穿。除了混凝土水化引起的溫度作用外,運(yùn)行期環(huán)境溫度變化也會(huì)產(chǎn)生作用。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時(shí),裂縫發(fā)展更為嚴(yán)重。
從以上分析可以看出,影響內(nèi)外溫差的主要因素有混凝土水泥用量、水泥品種、澆筑入模溫度及環(huán)境溫度等。

　　2.2混凝土的干縮
隨著水泥的凝結(jié)、硬化,混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失,引起混凝土體積縮小、變形,這種變形稱為干縮。由于混凝土的水分蒸發(fā)及含濕量的不均勻分布,形成濕度變化梯度。其水分蒸發(fā)總是從外向內(nèi),由表及里。表層混凝土的水分蒸發(fā)程度和速度總是大于內(nèi)部,表層混凝土收縮的程度亦大,其變形會(huì)受到內(nèi)部混凝土的限制,在表層混凝土中也產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得表層混凝土總的拉應(yīng)力加大,產(chǎn)生干縮裂縫。但干縮一般只發(fā)生在表層,對(duì)大體積混凝土而言,干縮擴(kuò)散深度達(dá)6cm需花1個(gè)月的時(shí)間,故干縮裂縫也只是表面裂縫或開(kāi)展深度不大。大體積混凝土內(nèi)部一般不存在干縮問(wèn)題,但表面干縮不容忽視,它會(huì)誘導(dǎo)拉裂縫的產(chǎn)生。閘墩屬水工薄壁結(jié)構(gòu),其影響深度及程度相對(duì)較大,尤其是在干熱風(fēng)大季節(jié),如不及時(shí)處理和養(yǎng)護(hù),將會(huì)發(fā)生局部貫穿性裂縫。
混凝土的配合比和組成是影響干縮的主要因素,一般水泥用量多,水灰比大,則干縮也大;骨料密度大,級(jí)配好,彈性模量高,骨料粒徑大,可以減小混凝土的干縮;其次,混凝土的養(yǎng)護(hù)和環(huán)境對(duì)干縮也有很大的影響。

　　2.3自生體積變形
混凝土即使沒(méi)有水分蒸發(fā),其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生自生體積變形。在底板約束影響范圍內(nèi),膨脹型自生體積變形會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力,有利于防裂;收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的。它也是由于水分
的遷移而引起的。但不是向外蒸發(fā)損失,而是由于水泥水化時(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降,形成彎月面,水泥石供水不足,產(chǎn)生所謂的自干燥作用,使混凝土體相對(duì)濕度降低,體積減小�；炷�土的自生收縮一般在拆模之前完成,雖然其量值不大,但如果同其他收縮疊加在一起,就會(huì)使表面拉應(yīng)力增大。像水閘閘墩這樣的斷面尺寸不是很大,但確屬必須解決水化熱問(wèn)題的大體積混凝土結(jié)構(gòu),必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。
影響混凝土自生體積收縮的因素主要是材料的化學(xué)成分和水灰比。水灰比的變化對(duì)自生收縮的影響和對(duì)干縮的影響正好相反。當(dāng)水灰比>0.5時(shí),其自生收縮和干縮相比忽略不計(jì)。而當(dāng)水灰比<0.35時(shí),自生收縮和干縮的作用相當(dāng),必須加以考慮。

　　3防止和控制措施淺析

　　目前,工程界在防止或控制裂縫方面的措施主要體現(xiàn)在材料、溫度控制、施工方法與工藝等方面。

　　3.1材料
混凝土材料的合理選擇是預(yù)防并控制裂縫的重要方面。
為了降低水化熱,可采用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。減少水泥用量,可降低水化熱,降低混凝土的拉應(yīng)力。在混凝土中摻活性混合料,如在混凝土中摻粉煤灰。
外加劑的使用也是防裂的有效措施。緩凝劑可減慢混凝土放熱的速率,有利于熱量消散。減水劑可在水灰比不變時(shí)減少水和水泥用量,降低水化熱。膨脹劑可以補(bǔ)償混凝土的自生收縮,產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力,抵消結(jié)構(gòu)由于收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。值得注意的是,膨脹劑應(yīng)使用在閘墩底部有外部約束的部位,注意各部位混凝土膨脹變形的協(xié)調(diào)性,避免內(nèi)部膨脹大于表面膨脹的現(xiàn)象出現(xiàn)。
此外,要特別注意混凝土合理配合比的設(shè)計(jì)。

　　3.2溫度控制
首先要降低混凝土的入倉(cāng)溫度,使現(xiàn)場(chǎng)新拌混凝土的溫度被限制在6℃左右。在高溫期拌和時(shí),可以加入冰片代替一部分水進(jìn)行混凝土冷卻。澆筑時(shí)盡量在春季或秋季,避免在夏季午間高溫時(shí)和冬季澆筑。對(duì)運(yùn)送混凝土的工具或澆筑倉(cāng)面采取遮陽(yáng)或降溫措施;其次要減小內(nèi)外溫差,內(nèi)部溫度升高和表面溫度降低共同作用會(huì)增加溫度梯度。必要時(shí),在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管,用地下水或人工冷卻水進(jìn)行人工導(dǎo)熱,降低混凝土的內(nèi)部溫度;相反,對(duì)于外部混凝土要進(jìn)行隔熱保護(hù),以調(diào)節(jié)表面溫度下降的速度,使內(nèi)外溫差減小。

　　3.3施工方法與工藝
為了提高混凝土的運(yùn)輸速度,現(xiàn)常采用泵送混凝土。由于泵送混凝土要求流動(dòng)性大,其水泥用量大,水灰比大,粗骨料粒徑小,水化熱溫升高,易產(chǎn)生溫度收縮裂縫。因此在澆筑閘墩混凝土?xí)r,為了防裂,不宜采用泵送混凝土。考慮到泵送混凝土施工效率高,可以用于受約束較小的閘墩上部,而底部采用常態(tài)混凝土。
為了使混凝土更好地散熱,可分層澆筑混凝土,分層的深度為1.0~1.5m。上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完。最底一層混凝土可與底板同時(shí)澆筑,這樣就可削弱或消除底板對(duì)閘墩混凝土的約束。另外,考慮到約束和長(zhǎng)度有關(guān),可以縮短分縫長(zhǎng)度,減小底板約束作用,或者分段澆筑,預(yù)留1~2m的后澆帶,待各段收縮完成之后,再在后澆帶中澆筑膨脹型混凝土。