吴 睿

(镇江市华源建设监理中心，江苏 镇江212000)

作为水闸的主要构成部分，闸墩的稳定性直接影响着水利工程的安全运行。闸墩裂缝的产生将直接影响结构自身的稳定性，对水利工程质量及安全运行产生不同程度的危害。目前，国内外广大学者针对这一问题，通过文献总结、理论分析、工程实例验证等方法进行大量深入研究［1］。为了更好地分析影响闸墩裂缝产生的因素，以期对裂缝的产生进行有效预防及处理，在资料总结的基础上，对上述问题进行探讨研究，为闸墩在工程实际中的长期稳定工作提供理论支持。

1 闸墩裂缝产生原因

1.1 闸墩混凝土的干缩

混凝土凝结硬化过程中，土体内大量水分蒸发，且相比较而言，混凝土表层的水分蒸发过程无论在速度还是程度上都远大于内部，从而使混凝土的表层收缩大于内部收缩，表层混凝土收缩过程中，会受到内部混凝土的限制产生拉应力，进而造成干缩裂缝的产生。但干缩裂缝一般仅存在于表面，且深度不大。

1.2 混凝土自生体积的收缩

由于供水不足，水泥水化过程中，部分水分被消耗，混凝土体相对湿度降低，这种自干燥的功效，促使凝胶孔对应的液面下降，弯月面产生，混凝土出现变形，于拆模前出现自生收缩，体积减小。影响混凝土自生体积收缩的因素主要包括材料的化学成分组成和水灰比等。当水灰比＜0.35 时，自生收缩和干缩的影响作用相当，二者的影响需要综合考虑分析;当水灰比＞0.5 时，相比于干缩现象而言，自生收缩可以忽略不计［2］。

1.3 墩体的内外温差

温差造成的裂缝一般多发于大体积混凝土表面和环境温度波动较大地区的混凝土结构中。水泥水化过程中，大量水化热产生，通常在1 ～3 d内可以释放出一半热量甚至更多，当混凝土达到最高温度后，随着散热作用的产生，温度下降，直至与环境温度相同。作为大体积混凝土的闸墩，热量更容易在内部积存，使内部在升温过程中出现峰值温度，升温阶段结束后，闸墩结构开始散热过程［3］。由于混凝土表层与外界环境接触面积大，散热条件优于内部环境，热量容易散发，所以降温阶段里，外部混凝土温度低于内部混凝土温度。由上述可知，无论升温或降温阶段，在闸墩内外，都形成了同一方向的温度梯度，导致了其变形的不一致。升温阶段，内部膨胀受到外部的限制，在外部混凝土中产生拉应力;降温阶段，外部混凝土的收缩受到内部约束，同样产生了拉应力，当上述过程中的拉应力达到或超过其极限拉应力时，裂缝产生。初期，裂缝通常较细，但随着时间发展，裂缝呈现逐渐扩大变深，甚至贯穿的趋势。墩体内外温差造成的裂缝通常没有一定规律。裂缝沿长边分段出现，中间裂缝宽度、长度大小不一，具体形式受温度影响较明显，一般环境温度越低，裂缝宽度较宽，环境温度越高，裂缝较窄;高温膨胀引起的混凝土裂缝一般呈现中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显［4］。

从上述分析可知，影响墩体内外温差的主要因素包含混凝土品种、用量、浇筑入模温度及环境温度等。混凝土温度变化过程线如图1 所示，其中，Tp 是入仓温度值，Tf 是稳定温度，Tr 是水化热温升值。

图1 混凝土温度变化过程线示意图

1.4 混凝土的外部约束

闸墩通常底部固定结合在一定的底板上，上部自由。一般情况下，底板浇筑完成后，需要间隔一定时间才进行闸墩的浇筑工作，此时，底板混凝土已经凝结。在闸墩混凝土浇筑早期，大量水化热产生，温度升高，闸墩体积膨胀，但受到底板约束，产生相应的压应力，由于混凝土浇筑早期，弹性模量低，基本处于塑性状态，产生的压应力很小，且很快会松弛掉。随着热量的散发，混凝土逐步降温，综合干缩及自生体积变化等影响，闸墩体积开始收缩，此时受到底板的拉应力约束，由于沿水流方向闸墩较长，该方向的拉应力也较大，且混凝土龄期短，强度低，产生的拉应力易超过其抗拉强度，于是，在闸墩上较易产生垂直于底板和水流方向的裂缝。

从上述分析可知，影响混凝土外部约束的因素主要是闸墩的伸缩缝长度和底板与闸墩混凝土的浇筑时间间隔，浇筑间隔时间越长，影响越大。

1.5 沉陷产生的裂缝

沉陷所导致的裂缝的产生原因主要有以下2 点:

1)由于结构地基土质不均匀、松软，回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致。

2)模板刚度不足，由于模板支撑间距过大或支撑底部松动等所致，此类裂缝多为贯穿性裂缝，裂缝走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30° ～45°角方向发展较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小。

2 处理措施

从上述分析易知，造成闸墩产生裂缝的原因是多方面且相互作用的，为了能够更好地预防和控制闸墩上裂缝的产生，提高水利工程运行的长久性与稳定性，结合裂缝产生的原因，目前，工程上采取的措施主要包含材料优化、温度控制、施工工艺改进及加强养护等。

2.1 优化配比材料

混凝土材料的合理配比是预防并控制裂缝的重要措施。从上述分析的闸墩裂缝产生原因入手，具体表现如下。

材料采用中、低热硅酸盐水泥，在降低水化热的同时亦减少水泥用量;添加缓凝剂，可以有效帮助散热，降低混凝土体内外温差;借助于膨胀剂可以很好地提升混凝土对应的自生收缩性，抵消结构由于收缩产生的拉应力，但工程实际中需要注意的是，膨胀剂要使用在闸墩底有外部约束的地方;减水剂可在水灰比不变时减少水和水泥用量，降低水化热。此外，材料的合理配比是设计时需要注意的问题。

2.2 温度控制

对于温度的控制，需要注意以下2 点:

1)降低混凝土的入仓温度，现场新拌混凝土的温度需控制在5 ℃～6 ℃左右，浇筑尽量选择春、秋季，避免在夏季午后或冬季进行，若环境温度较高，则可以用冰片代替部分水进行混凝土冷却，同时，对于混凝土的输送工具及浇筑舱面，要进行降温操作。

2)减小内外温差，具体表现为在混凝土内部埋设冷却水管，进行人工导热，降低混凝土的内部温度，而对外部混凝土则进行隔热保护，调节表面温度下降速度，缩小内外温差。

2.3 改进施工工艺及方法

具体到工程实际上，需要改进的工艺方法有以下3 点:

1)由于泵送混凝土流动性大，水泥用量大，水灰比大，水化热高，易产生裂缝，所以在闸墩混凝土的浇筑过程中，尽量少用泵送方式，特别是底部，一定要用常态混凝土。

2)为了使混凝土更好散热，可分层浇筑混凝土，每层厚度控制在1.0 ～1.5 m，上一层混凝土的浇筑在前一层混凝土初凝前浇完，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)考虑到约束和长度有关，可以缩短分缝长度，减小底板约束作用，或者分段浇筑，预留1 ～2 m的后浇带，待各段收缩完成之后，再在后浇带中浇筑膨胀型混凝土［5］。

2.4 加强混凝土养护

加强混凝土的养护，是为了减慢变形速度，具体养护措施可以简单分为模板拆除前和拆除后。拆模前，可以设置挡风板等用以减小环境风速的影响;模板可以推迟3 ～4 d拆除，以起到隔热和保湿作用;拆模后，首先在闸墩四周裹上塑料薄膜，而后再自顶部进行浇水或者进行淋水，保证混凝土表面湿润，同时，可以涂抹防裂剂到混凝土的表面，产生很好的保湿效果［6］。

2.5 环境条件维护

环境条件一般包含地基条件、模板条件等。施工前，需要对松软土质进行加固，保证基础的稳定性，后期浇筑混凝土时，要注意防止地基被水浸泡;模板选择上要保证具备足够的强度，固定后保证地基受力均匀，拆除模板时则要注意时间及先后顺序。

3 结 语

综上所述，得出下述结论:

1)干缩及混凝土自生收缩都会产生裂缝，但干缩造成的裂缝仅存在于表面，自生收缩在水灰比＞0.5 时可以忽略不计。

2)墩体混凝土内外温差及墩体与底板混凝土浇筑时间间隔都对裂缝形成产生重要影响，温差越大，时间间隔越长，裂缝越易产生。

3)优化材料配比、温度控制、工艺改进及后期维护是贯穿工程始终的预防和处理裂缝问题的有效措施。

上文虽然对水利工程中闸墩裂缝的产生原因进行了探讨，初步总结了影响裂缝形成的因素，并分析了相应的处理措施，但具体到工程实际中，则需要考虑实际工程环境与需要，因此，需要做进一步深入研究以揭示闸墩裂缝机理，寻求新技术进行裂缝的预防及处理工作，为工程实际提供理论及技术支持。

［1］戴亚飞，符国兵. 水利工程闸墩裂缝的成因及预防措施［J］. 工程施工，2012(04)，25 －28.

［2］覃维组. 混凝土的收缩开裂及评价与防治［J］. 混凝土，2001(07)，3 －6.

［3］迟培云，钱强，高昆. 大体积混凝土开裂的起因及防裂措施［J］. 混凝土，2001(12)，30 －32.

［4］孙国光. 水闸闸墩裂缝形成原因及预防措施［J］. 甘肃水利水电技术，2009(45)，33 －36.

［5］潘近勇. 水闸闸墩细微裂缝的原因分析与防治方法［J］.科技资讯，2013(04)，81 －82.

［6］刘长明，李明蔚. 薄壁混凝土结构裂缝及其控制［J］混凝土与水泥制品，2000(04)，45 －47.