水利工程混凝土裂缝的成因与防治措施

时间：2024-05-19

孟现敬

(濮阳市水利勘测设计院，河南濮阳 457000)

0 前言

水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。水的自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。

水利工程建筑物易产生裂缝，根据裂缝的深度、范围的不同混凝土裂缝可分为表层裂缝、塑性裂缝和贯穿性裂缝。表层裂缝产生在混凝土表层，长度一般不超过10cm，深度不超过3mm；贯穿性裂缝将混凝土构件在任一方向贯穿，走向比较规则。在许多的水工建筑物中，如：渠道面板护砌、水闸、涵洞、渡槽、重力坝等，因混凝土施工技术问题、本身热胀冷缩、附加荷载等诸多因素，均有可能产生大量的表面裂缝和贯穿性裂缝，裂缝随着时间的推移，会逐渐严重，从表面细微裂缝逐渐演变为贯穿性裂缝，不仅影响水利工程建筑物的外观，随着裂缝深度的加深会使钢筋产生锈蚀，严重影响到建筑物的结构受力状况，危及水工建筑物的结构的稳定性。由此可见分析裂缝的成因.探讨防治措施.对水利工程建筑物的应用有着极其重要的意义。当然，引起水工建筑物混凝土结构产生裂缝的原因是多方面的。根据水利工程混凝土构件的不同，产生裂缝的主要原因也存在着差异。本文根据混凝土构件的体积及厚度将水利工程混凝土构件分为二类，第一类是厚度较薄面积较大的渠道护砌混凝土面板类，如渠道护砌等；第二类是混凝土梁板、墩墙、基础底板等混凝土构件。针对这两类水工建筑物混凝土构件的裂缝产生原因进行分析，并重点针对渠道护砌混凝土面板裂缝，根据实际设计及施工管理经验提出在施工中进行预防的措施，供参考。

1 渠道护砌面板类混凝土裂缝

为了能有效的利用水资源，减少水的渗漏损失，部分灌区对现有渠道进行修整后进行了混凝土防渗护砌，渠道护砌混凝土厚度较薄，一般不超过20cm，通常厚度在10cm左右，提高水的利用系数。但在施工和使用中经常会发现一些混凝土面板产生裂缝，对渠道的使用和管理产生危害。表层裂缝在初期对工程强度和使用基本不产生影响，但如果不加以预防和处理在后期可能会持续发展，直至成为贯穿性裂缝，影响工程的质量和运用。

1.1 渠道护砌面板混凝土产生裂缝的原因

渠道护砌面板混凝土产生裂缝的原因主要可分为两种，一种是混凝土面板下部基础的沉降变形引起的结构性裂缝，一种是混凝土本身因为材料、施工技术、温度变化、自身收缩等引起的非结构性裂缝。

1.1.1 渠道护砌混凝土面板下部基础的沉降变形引起的结构性裂缝

一般的渠道护砌工程是对现有的渠道经过局部开挖和回填，形成较规则的梯形断面，然后进行混凝土渠道护砌。因土方基础沉降变形产生结构性裂缝的原因有以下3点：①个别渠坡以前为坑塘等，虽然已回填，但压实度未达到要求，经过一段时间的运行，水的侵泡，土的密实度增加，基础土方沉陷，造成混凝土面板出现裂缝；②局部回填土密实度不够。渠道土方回填量一般都较小，对回填土方进行夯实时无法使用大型机械，夯实度易发生达不到的现象；③堤顶车辆等荷载过大，造成过度碾压，堤坡土方变形突出，混凝土面板护坡产生裂缝。以上几种结构型裂缝一般较大，贯穿性裂缝居多。

1.1.2 混凝土本身因为材料、施工技术、温度变化、自身收缩等引起的非结构性裂缝

渠道护砌混凝土面板极为容易因施工技术工艺不足而产生裂缝，一般引起非结构性裂缝的原因有以下6点：①混凝土振捣密实度不够，混凝土在硬化过程中，集料的下沉，水分的挥发，极易产生表面裂缝；②渠道护砌面板浇筑时抹面压光遍数不够，尤其是在混凝土终凝前的抹面一定要做好；③冬季施工，土基础为含水量较大的冻胀土，未进行处理，直接浇筑混凝土面板，易产生裂缝；④混凝土自身的热胀冷缩特性引起的裂缝；⑤夏季施工混凝土养护不到位，混凝土中的水分快速挥发而造成的裂缝；⑥混凝土集料、水灰比不合理，易产生裂缝。

1.2 渠道护砌混凝土裂缝的预防及处理措施

针对上述原因造成的渠道护砌混凝土面板产生的裂缝，可通过混凝土自身的材料设计和施工方法上采取措施加以预防。

1.2.1 渠道护砌混凝土裂缝的预防措施

预防措施主要可以从两个大的方面入手。一方面，优化混凝土原材料和配比，提高混凝土自身的抗裂能力。主要方法有：①尽量选用低热的矿渣水泥或粉煤灰水泥，这种混凝土的初期抗拉强度增长快，具有很好的抗裂性能；②可掺加一定量的粉煤灰以减少水泥用量，控制水灰比在0.6以下；③选用膨胀系数小的骨料配置混凝土，改善骨料级配；④可添加优质的减水剂或引气剂，在满足混凝土施工坍落度的前提下，降低用水量，减少混凝土的干缩量，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

另一方面，加强施工管理，严格施工管理程序，优化施工方案。主要方法有：①严格按照配比单加工混凝土；②减少混凝土中间运输距离和运输时间，保证合格混凝土料入仓；③保证混凝土振捣密室，不得漏振和过振；④保证抹面压光的次数和质量；⑤严格控制基础土方的压实度；⑥合理布置混凝土伸缩缝；⑦加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草垫、麻片等覆盖，并洒水养护，适当延长养护时间，在寒冷季节，混凝土表面必须采取保温措施，以防冻伤，降低混凝土强度。

1.2.2 渠道护砌混凝土面板裂缝的处理措施

表面细微裂缝一般不需处理，或者处理措施不经济。处理前应分析原因，针对不同情况采取不同的处理措施。①因基础性问题引起的裂缝，首先必须对基础进行处理，采用含水量适中的土重新进行回填夯实后，方可重新浇筑混凝土面板；②局部混凝土裂缝分布比较集中，可整齐切割后，重新进行浇筑；③非基础原因造成的裂缝且不集中，可沿裂缝方向凿除宽20-30cm的带状沟槽，补浇混凝土，掺加适量的膨胀水泥，防止新旧混凝土结合处产生新的裂缝，为保持混凝土外观颜色基本一致，应采用原混凝土使用水泥品种。

2 水利工程建筑物混凝土构件的裂缝

一些水利工程建筑物如水闸、渡槽、涵洞、坝、桥梁等，在特定的条件下，也会产生裂缝。形成裂缝的原因主要有：

2.1 荷载作用引起的裂缝

一种是荷载直接作用在混凝土构件上，因超过设计值的荷载作用下极易引起变形裂缝，裂缝总是出现在构件抗拉能力最薄弱处，且基本与抗拉主应力方向垂直。

另一种是在建筑物本身自重和上部荷载的作用下，基础产生不受允许的沉降而引起的裂缝。

这两种情况引起的裂缝，情况一般较为复杂，后期处理难度大，费用高，最好的方法是做好前期工作，提前预防。做好前期地质勘查工作，充分了解现场的地质情况，充分考虑荷载作用。构件进行合理的配筋，选用混凝上粘结较好的变形钢筋，控制钢筋的应力不过高，钢筋的直径不过粗，增加钢筋数量，降低钢筋直径。并使钢筋在混凝土中分布比较均匀。这样就能较好地控制正常使用条件下裂缝宽度，不致过宽。根据地基条件及建筑物功能及形式，采用合理的上部结构形式，减少自重，并合理的设置沉降缝。

2.2 钢筋锈蚀引起的裂缝

在水利工程中因钢筋锈蚀引起混凝土构件裂缝的现象比较常见。水利工程建筑物的混凝土表面大多直接暴露在室外，且相当一部分混凝土处于有水的环境，在充分接触空气，干湿环境频繁交替的环境下，混凝土保护层碳化速度较快，当混凝土保护层的碳化深度靠近钢筋时，钢筋易产生锈蚀。钢筋的生锈过程实际上是电化学反应过程，这种效应可在钢筋周围的混凝土中产生胀拉应力，如果混凝土的保护层比较薄不适宜抵抗这种拉应力时，或者混凝土的保护层被破坏，就会沿着钢筋形成一条顺筋裂缝。顺筋裂缝一旦产生，又进一步促进钢筋锈蚀程度的增加，形成恶性循环，最后导致混凝土保护层剥落，甚至钢筋锈断。这种顺筋裂缝对结构的耐久性影响最大。

预防钢筋锈蚀引起的混凝土构件裂缝，①提高混凝土的密实度和抗渗性，在混凝土拌制时添加适量的减水剂和引气剂，降低水灰比，减少水的用量；②可在混凝土表面增加防水涂层；③施工时保护好钢筋表面的涂层；④适当加大保护层的厚度。