淺談水閘施工前期開(kāi)裂的原因及預(yù)防

1、<p>　　淺談水閘施工前期開(kāi)裂的原因及預(yù)防</p><p>　　摘要：水閘是平原地區(qū)常見(jiàn)的水工建筑物，歷史悠久，數(shù)量眾多，分布范圍廣，設(shè)計(jì)理論與施工方法均比較成熟。但在長(zhǎng)期以來(lái)的水閘混凝土施工過(guò)程中，水閘底板混凝土?xí)r有裂縫出現(xiàn)，后續(xù)施工的閘墩開(kāi)裂現(xiàn)象更為嚴(yán)重，甚至曾出現(xiàn)一條閘墩多處開(kāi)裂的現(xiàn)象?；炷恋拈_(kāi)裂不僅引起了人們對(duì)工程質(zhì)量的擔(dān)心，更引起了人們對(duì)工程耐久性的疑惑，有時(shí)甚至?xí)?dān)心水閘結(jié)構(gòu)能否達(dá)到預(yù)期

2、的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水閘；施工；開(kāi)裂； </p><p>　　Abstract: the sluice is a common hydraulic structures, the plain area has a long history, large quantity, wide distribution, design theory and constructi

3、on method are more mature. But in the long concrete construction process, sluice plate concrete cracks appear, pier cracking phenomenon follow-up construction is more serious, and even had a pier multiple cracking phenom

4、enon. The cracking of concrete not only raises concerns on the quality of the project, more aroused people's doubts about the d</p><p>　　Keywords: water; construction; cracking </p><p>　　中圖分

5、類(lèi)號(hào)： TV66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2013） </p><p><b>　　1、陳述 </b></p><p>　　水閘是平原地區(qū)常見(jiàn)的水工建筑物，歷史悠久，數(shù)量眾多，分布范圍廣，設(shè)計(jì)理論與施工方法均比較成熟。但在長(zhǎng)期以來(lái)的水閘混凝土施工過(guò)程中，水閘底板混凝土?xí)r有裂縫出現(xiàn)，后續(xù)施工的閘墩開(kāi)裂現(xiàn)象更為嚴(yán)重，甚至曾出現(xiàn)一條閘墩多處開(kāi)裂的現(xiàn)象。

6、混凝土的開(kāi)裂不僅引起了人們對(duì)工程質(zhì)量的擔(dān)心，更引起了人們對(duì)工程耐久性的疑惑，有時(shí)甚至?xí)?dān)心水閘結(jié)構(gòu)能否達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 </p><p>　　在施工過(guò)程中，水閘結(jié)構(gòu)尚未承擔(dān)外部荷載，混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂基本可以歸咎為溫度作用、干縮作用以及地基的不均勻沉降。本文主要就溫度作用造成的混凝土開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行研究，并未涉及混凝土干縮作用以及不均勻沉降。 </p><p>　　2、水閘裂縫成因分析 &l

7、t;/p><p>　　2.1、底板裂縫成因分析 </p><p>　　混凝土澆筑后，水泥發(fā)生水化反應(yīng)，釋放出大量的熱量。底板上表面和四周與大氣接觸，部分熱量通過(guò)對(duì)流散失到大氣中；與此同時(shí)，底板底面與溫度較低的地基接觸，部分熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)散失到地基中；但由于混凝土導(dǎo)熱性能較差，大量的水化熱量仍積貯在混凝土內(nèi)部。因此，在早期，底板四周溫度較低，內(nèi)部溫度相對(duì)較高，混凝土表面和內(nèi)部存在溫度差異。與溫度

8、分布規(guī)律相對(duì)應(yīng)，底板表面承受拉應(yīng)力，而混凝土內(nèi)部則承受壓應(yīng)力?；炷猎缙诳估瓘?qiáng)度數(shù)值不大且可靠性較差，因此，混凝土底板很可能從表面開(kāi)裂。 </p><p>　　在后期，底板混凝土溫度逐漸下降，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部發(fā)生溫縮變形，底板的溫縮變形受到地基的約束作用，在底板中心出現(xiàn)拉應(yīng)力。但水閘一般修筑于土基之上，土體對(duì)混凝土的約束作用并不大，而且在后期，隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，混凝土的抗拉強(qiáng)度明顯提升，因此，土基上修建的底板后

9、期出現(xiàn)裂縫較為少見(jiàn)。 </p><p>　　2.2、閘墩裂縫成因分析 </p><p>　　在早期，閘墩的溫度分布規(guī)律與底板類(lèi)似，均呈現(xiàn)出“外冷內(nèi)熱”的溫度分布規(guī)律，順?biāo)鞣较虻睦瓚?yīng)力較大，且最大的拉應(yīng)力出現(xiàn)在閘墩中心處或是閘門(mén)槽等結(jié)構(gòu)較薄弱處。 </p><p>　　在后期，閘墩內(nèi)部的溫降收縮變形受到了底板的強(qiáng)約束作用，閘墩中出現(xiàn)了較大的順?biāo)飨虻睦瓚?yīng)力。若此時(shí)閘

10、墩開(kāi)裂，盡管裂縫也出現(xiàn)在閘墩中心處或是閘門(mén)槽等結(jié)構(gòu)較薄弱處，但相對(duì)于早期來(lái)講，裂縫的位置要相對(duì)低一點(diǎn)。究其原因，早期開(kāi)裂的原因在于內(nèi)外溫差，閘墩中心處的內(nèi)外溫差較大，因此，閘墩中心處的抗拉力也最大，開(kāi)裂的可能性也最大。而在后期，由于后期閘墩開(kāi)裂的原因在于底板對(duì)閘墩的強(qiáng)約束作用，因此，開(kāi)裂的位置相對(duì)低一點(diǎn)。一般在底板以上1/3左右位置。 </p><p><b>　　3、溫控防裂措施 </b>

11、</p><p>　　根據(jù)上述水閘混凝土開(kāi)裂的成因，我從材料和施工兩個(gè)方面分別闡述閘墩的溫控防裂方法。 </p><p><b>　　3.1、材料優(yōu)化 </b></p><p>　　3.1.1、降低混凝土的絕熱溫升 </p><p>　　由水閘開(kāi)裂原因可以看出，早期混凝土內(nèi)部溫升幅度過(guò)大是混凝土開(kāi)裂的主要原因，而降低混凝

12、土的絕熱溫升能有效地控制混凝土的溫升幅度，從而也是最直接最有效的溫控防裂方法。選用中熱或者低熱水泥以及在混凝土中摻入粉煤灰，能有效地降低混凝土絕熱溫升。相對(duì)于水泥中其他主要礦物成份，硅酸三鈣（C3S）和鋁酸三鈣（C3A）放熱速度較快、水化熱總量較大，中熱水泥和低熱水泥通過(guò)摻入其他礦物成分來(lái)降低水泥中的C3S 和C3A含量，從而減小混凝土的水化放熱總量。在混凝土摻入粉煤灰后，由于粉煤灰的活性遠(yuǎn)小于水泥，可以顯著的減小混凝土的發(fā)熱量，并改善

13、混凝土的和易性。但降低混凝土的絕熱溫升應(yīng)以混凝土的其他性能能滿(mǎn)足工程需要為前提，宜通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。 </p><p>　　3.1.2、提高混凝土的抗拉強(qiáng)度 </p><p>　　降低水灰比以及在混凝土中摻入纖維材料均可有效提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，減小混凝土開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。但是，降低混凝土的水灰比后，混凝土的彈性模量增加，徐變減小，混凝土拉應(yīng)力未必減小，因此，降低水灰比對(duì)混凝土防裂未必有利。 &l

14、t;/p><p>　　而在混凝土的摻入纖維材料后，混凝土的抗拉強(qiáng)度明顯提升，其他諸如抗?jié)B性、耐磨性、和抗沖擊性能均有所改善。但摻入纖維材料后，混凝土成本明顯提高，拌和時(shí)間有所增加，因此，只建議在抗裂或抗沖耐磨要求較高的部位選用。 </p><p>　　3.1.3、摻入減水劑 </p><p>　　在保持流動(dòng)性和水灰比基本不變的前提下，在混凝土中摻入減水劑可以減少用水量和

15、水泥用量，降低混凝土的絕熱溫升；在保持流動(dòng)性和水泥用量基本不變的條件下，摻入減水劑后可以減少用水量，降低水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度及耐久性。因此，在混凝土中摻入減水劑有利于混凝土的防裂。 </p><p>　　3.1.4、摻入膨脹劑 </p><p>　　膨脹劑能在一定程度上補(bǔ)嘗混凝土的自生體積收縮變形和混凝土溫縮變形，有利于后期混凝土應(yīng)力狀態(tài)的改善，減小混凝土開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。 </p&g

16、t;<p><b>　　3.2、施工優(yōu)化 </b></p><p>　　除了從材料角度考慮混凝土的溫控防裂外，施工也是一個(gè)溫控防裂的重要環(huán)節(jié)。 </p><p>　　3.2.1、降低混凝土的澆筑溫度 </p><p>　　在高溫季節(jié)進(jìn)行水閘施工建設(shè)時(shí)，應(yīng)盡可能降低混凝土的澆筑溫度?；炷翝仓囟仍降?，混凝土早期溫度峰值也越低，相對(duì)

17、應(yīng)，混凝土早期的內(nèi)外溫差和后期的溫降幅度也越小，混凝土開(kāi)裂的可能性也相對(duì)減小，在施工中，可以視水閘的規(guī)模確定合適的降溫措施，如降低骨料的溫度、加冰（水）拌合、縮短運(yùn)輸距離減小混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的溫度回升等等。 </p><p>　　3.2.2、混凝土表面保溫 </p><p>　　內(nèi)外溫差過(guò)大是混凝土早期開(kāi)裂的主要原因，在混凝土表面覆蓋保溫材料后，混凝土表面溫度顯著提高，內(nèi)外溫差明顯減小，表

18、面應(yīng)力狀態(tài)明顯，混凝土開(kāi)裂可能性明顯減小。因此，表面保溫是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、有效的溫控措施，尤其在寒冬季節(jié)更是如此。 </p><p>　　3.2.3、控制底板與閘墩的澆筑間歇時(shí)間 </p><p>　　底板與閘墩澆筑間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是閘墩后期開(kāi)裂的重要原因。澆筑間歇時(shí)間越長(zhǎng)，閘墩澆筑時(shí)底板混凝土的彈性模量越大，對(duì)閘墩的約束作用越強(qiáng)，閘墩后期內(nèi)部的拉應(yīng)力越大，越有可能開(kāi)裂。一般來(lái)講，底板和閘墩的澆筑間

19、歇時(shí)間應(yīng)控制在30d左右為宜。 </p><p>　　3.2.4、采用后澆帶技術(shù) </p><p>　　后澆帶施工技術(shù)指的是將閘墩沿水流方向一分為三，先澆筑前后兩塊，中間預(yù)留1m左右部分待到以后再施工。后澆帶技術(shù)縮短了澆筑塊沿水流方向的長(zhǎng)度，底板對(duì)閘墩的約束作用顯著減小，閘墩后期的應(yīng)力狀態(tài)明顯改善。但若采用后澆筑帶技術(shù)對(duì)施工工期有一定影響。 </p><p><

20、;b>　　4、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　水閘施工開(kāi)裂是各種因素共同作用的結(jié)果，但是各種因素并不是互相獨(dú)立的。在本文的述評(píng)中，我們可以看到，有時(shí)要減小一種原因的不利影響，卻會(huì)增加另一種因素的不利影響。由此也導(dǎo)致了在防裂措施中，有的防裂措施既有其積極的影響，也有其消極的影響。因此在采取防裂措施的時(shí)候，怎樣抓住主要矛盾，各種措施該如何進(jìn)行到一個(gè)合理的度，這個(gè)度應(yīng)該怎樣把握，是值得進(jìn)一步探討的