水工涵闸混凝土结构裂缝成因浅析张敏

水工涵闸混凝土结构裂缝成因浅析张敏

张敏

安徽省滁州市沙河集水库管理处

摘要：近年来，随着社会的不断进步，水工涵闸工程也迅速发展起来，水工涵闸墩墙混凝土结构不同于大体积混凝土浇筑，属于轻型结构，容易出现混凝土裂缝。文章在分析水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝成因基础上，研究了控制裂缝的工程措施，并用数值软件模拟计算工程措施的有效性。

关键词：水工涵闸；混凝土；结构裂缝

引言

水工涵闸的裂缝发生的主要部位在底板和墩墙上。水工涵闸棍凝土裂缝形成的主要原因有:建筑物结构设计不周引起的裂缝:基础处理不善引起的裂缝;结构型式复杂,分缝分块过长引起的裂缝:混凝土的温度变化引起的裂缝:施工质量控制不严引起的裂缝;运行期间,由于超载等原因出现裂缝。当底板混凝土修建在软土地基或弹性模量较小的地基上时,底板所受到的外部。

1水工涵闸的概述

水闸和地涵是平原地区常见的水工建筑物，水工涵闸的裂缝发生的主要部位在底板和墩墙上。水工涵闸工程混凝土一旦产生裂缝，将使水工建筑物产生渗漏，渗漏的结果，一方面在压力水作用下使裂缝逐步扩宽和发展；另一方面加速混凝土碳化。这些混凝土裂缝直接影响混凝土结构物的结构强度和整体稳定性。只有深入分析水工构筑物裂缝形式与原因，提出控制措，才能保证水工构筑物的安全，提高其使用寿命。

2水工涵闸混凝土结构裂缝及其成因

2.1墩墙裂缝

水工涵闸混凝土墩墙结构经常出现“上不着顶，下不着底”的“枣核形”裂缝现象，缝宽受外界环境温度的变化影响较明显，冬季较宽，夏季较细。从混凝土表面看，裂缝底部通常是竖直的，而顶部则向两边倾斜。在水工涵闸墩墙混凝土结构中，裂缝一方面是由底板或基础约束引起的。由于墩墙和底板之间存在施工间歇时间，墩墙混凝土的变形受到底板的约束作用，一开始产生压应力，此时由于早期混凝土弹模小，徐变度大，压应力大且很快会因松弛变形而降低；当上部混凝土温度下降时，由于底板对降温收缩变形的强约束，墩墙就会出现较大的拉应力，当拉应力超过混凝土的即时抗拉强度时，它便会出现由里及表的裂缝，且常常是贯穿性的。墩墙的基础温差愈大愈有可能出现这样的裂缝。

2.2底板裂缝

底板的沉陷裂缝多属深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，较大的贯穿性沉陷裂缝，往往上下或左右有这定的错距，裂缝宽度受温度变形的影响小，因荷载大小而异，且与不均匀沉降值成比例。地基变形稳定后，沉陷裂缝也趋稳定。水工涵闸的底板混凝土沉陷裂缝主要为顺水流方向的裂缝。当水工涵闸底板修建在坚硬的基岩上时，受到的约束作用会很大，有可能产生贯穿性的裂缝。由于地基土体软硬不均，或局部存在松软土，未经夯实和必要的加固处理，即使在相同的外荷载作用下，也会产生的不同的沉降量，从而引起混凝土的开裂；墩墙传给底板的力也是不均匀的，混凝土浇筑后因地基受力不均，产生不均匀下沉，造成结构应力集中，导致出现裂缝；当边墩外填土接近设计高程时底板中部顶面顺水流方向的就会有裂缝产生，这完全是由于边荷载影响形成的；冬季施工，模板支架支承在冻土层上，上部结构未达到规定强度时，冻土化冻下沉，使结构下垂产生裂缝。

3水工涵闸混凝土结构裂缝的危害

3.1裂缝影响结构的整体性

一旦水工涵闸混凝土结构出现贯穿性的裂缝，则很难对其进行修复。出现的裂缝越宽，对整体结构的危害就越大，严重时还会导致表层混凝土的脱落，对结构的整体性带来非常严重的影响。剪切裂缝通常发生于支座部位以及承载力较大的部位，这一裂缝的出现会对剪应力的传递造成极大的影响，从而给结构的安全性带来严重的危害。

3.2加速混凝土碳化

混凝土裂缝的存在,使空气中的二氧化碳极易渗透到混凝土内部与水泥的某些水化产物相互作用形成碳酸钙,这就是常说的混凝土碳化。在潮湿的环境下二氧化碳能与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙相互作用并转化成碳酸盐,中和水泥的基本碱性,使混凝土的碱度降低,使钢筋纯化膜遭受破坏,当水和空气同时期渗入,钢筋就产生锈蚀。由于混凝土碳化会加剧混凝土收缩开裂,导致混凝土结构物破坏。

3.3裂缝会影响结构的耐久性

现如今，很多相关方面的标准与规范都将限制裂缝的宽度来作为一种耐久性指标。为了使建筑混凝土结构的整体耐久性以及美观程度得到有效的提升，很多国家的规范及标准中，都对裂缝的宽度进行了一定的限制。如果混凝土结构出现比较宽的裂缝，且内部存在水分及氧气的话，就会对混凝土结构内的钢筋造成严重的影响，使其出现“环蚀”现象，严重影响结构的耐久性。钢筋断面的锈蚀发展要比普通锈蚀快很多，特别是在预应力混凝土结构中，钢筋锈蚀所带来的危害更高。由于单根钢丝的断面比较小，而高强度的钢筋变形性能较差，很容易出现突然断裂，大大提高钢筋锈蚀现象的发生概率，给结构整体耐久性带来极大的危害。此外，混凝土结构内部的钢筋如果出现生锈现象，那么其体积必然会有所增加，从而出现一定的膨胀压力，而膨胀压力的出现很可能会导致混凝土结构表面出现剥落现象，也会给结构耐久性带来极大的危害。

4水工涵闸混凝土裂缝的控制

4.1混凝土浇筑时间的合理化选择

混凝土的导热性能差，散热具有延时性和时间效应，为避免混凝土裂缝的出现，混凝土浇筑施工应尽量避开高温季节和严寒季节。混凝土水化放热，而作为热的不良导体，混凝土内部会集聚大量的热量，不能迅速散发出去，如果施工环境中温度过高或过低，混凝土表面的温度势必会与内部产生很大差距，进而产生温度应力，一旦超过混凝土的抗拉极限，混凝土就会出现裂缝。所以，混凝土浇筑施工要有相对适宜的温度环境，选择合理的浇筑时间。

4.2改进结构布置

水利工程的混凝土浇筑体积和端面尺寸一般较大，很难一次浇筑到位，混凝土结构的合理分缝和分块浇筑可以缩短施工周期，减小底板对墩墙的约束，保证混凝土浇筑质量，避免混凝土开裂。施工对象结构的合理性能够有效避免混凝土结构出现应力集中现象，水利工程涵闸的施工设计中，可以设置贴脚来避免出现应力集中。如施工场地基岩较为坚硬，混凝土底板很容易出现裂缝，解决方法是可以在基岩与混凝土底板之间铺设一层塑形结构过渡层，过渡层材料强度介于两者之间，塑性混凝土就是很好的过度层材料。

4.3降低混凝土的温度

在进行混凝土结构施工的时候，应当尽可能的降低混凝土的温度，从而加快混凝土散热速度，防止因混凝土温度过高而导致的裂缝现象发生。降低混凝土温度的方法主要有以下几种：在混凝土拌和水选择的时候，应当选用温度较低的水来进行混凝土调配；对骨料进行预冷处理；混凝土搅拌完成后的运输阶段，应当做好一系列的防护措施，防止混凝土在运输过程中吸收到热量；在混凝土搅拌过程中加入适量的冰屑，从而达到预冷混凝土的目的，使混凝土温度得到有效的降低。

结语

文章主要对水工涵闸混凝土结构裂缝的成因进行分析，墩墙裂缝主要分为：温度裂缝和塑性收缩裂缝两种，底板裂缝则主要分为：温度裂缝和地基沉降裂缝两种。不同原因所导致的裂缝及危害也各不相同，其中贯穿性裂缝的危害最大。加强对水工涵闸混凝土结构裂缝成因的分析，可以更好的对其进行预防，使工程整体的质量更完善。

参考文献

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