船閘大體積混凝土裂縫成因及預防措施分析

張波

摘 要：隨著河流航運事業(yè)的發(fā)展，船閘日漸增多，其結構尺寸也在逐步增大，大體積混凝土成為船閘結構的常見形式。本文從船閘裂縫的分布及危害、船閘大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因等方面展開論述，主要從合理選擇原材料、優(yōu)化船閘結構的設計、嚴格控制施工工藝等方面提出船閘大體積混凝土裂縫的預防控制措施。

關鍵詞：船閘 混凝土 裂縫 結構

1.引言

在船閘工程中，大體積混凝土是一種重要的結構形式，大體積混凝土在閘首、閘室等部位得到廣泛應用，如三峽船閘總長達6456m，葛洲壩1號船閘閘室有效長度為280m。船閘工程除滿足強度、剛度、穩(wěn)定性等要求外，還要滿足防水、抗凍、防滲等諸多要求。由于大體積混凝土中配筋率較低，溫度應力對其影響較大，易產(chǎn)生裂縫?；诖?，筆者結合多年工程經(jīng)驗，對船閘大體積混凝土裂縫成因及預防措施進行了如下分析與討論。

2.船閘裂縫的分布及危害

按照裂縫的深度貫穿深度不同，其裂縫可分為表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫等三大類。表面裂縫主要分布在船閘的表面，對結構的危害較小。貫穿裂縫貫穿了船閘結構，對其危害較大，可影響結構的穩(wěn)定性和整體性。深層裂縫介于兩者之間。船閘裂縫形成后，在外界各種因素的共同作用下，結構的破壞將加速進行。危害主要包括加快滲漏破壞、加速鋼筋的銹蝕、降低船閘結構的強度和使用壽命等。由此可知，船閘結構裂縫的危害較大，因此對船閘大體積混凝土裂縫成因及預防措施進行分析顯得尤為重要。

3.船閘大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

船閘大體積混凝土中裂縫產(chǎn)生原因較多，包括環(huán)境溫度及濕度變化、混凝土自身的脆性、水泥水化過程中釋放大量水化熱導致內(nèi)外溫差等，船閘大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因主要如下：

（1）船閘混凝土內(nèi)外溫度應力。水泥在水化硬化過程中產(chǎn)生大量水化熱，船閘內(nèi)部溫度不斷升高，在夏季施工時可達70℃以上，造成船閘內(nèi)外溫差，產(chǎn)生溫度應力。船閘在施工結束后降溫過程中受到基礎等構件的約束，又會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應力。此外，氣溫的變化也會產(chǎn)生拉應力，當這些拉應力高于混凝土的抗拉強度時，船閘內(nèi)部將出現(xiàn)裂縫。

（2）混凝土自身收縮應力。在船閘大體積混凝土固結硬化過程中，由于混凝土材料中存在水分和縫隙，導致混凝土在硬化過程中會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。船閘大體積混凝土的收縮比例隨時間的延長而增加，一般在三個月可以完成收縮量的50%-60%，一年后趨于穩(wěn)定。

（3）船閘混凝土的配合比不合理或施工澆筑工藝不當。水泥及水對船閘大體積混凝土的收縮具有較大影響。在一些船閘中，施工中材料泵送混凝土、水泥用量較大、水灰比較高、混凝土的坍落度過大、骨料級配不合理等多種因素導致船閘結構中易產(chǎn)生裂縫。在船閘結構中，一些部位需要分層澆筑，若混凝土澆筑速度較快，下部混凝土在硬化初期可能會由于沉降產(chǎn)生裂縫，也可能因為在底層混凝土澆筑完后很久才澆筑上一層混凝土，由于底部混凝土的約束導致上層混凝土形成豎向裂縫。

4.船閘大體積混凝土裂縫預防控制措施

4.1選擇合理的原材料

①水泥：在船閘大體積混凝土中，宜采用凝結時間較長、水化熱較低的水泥，可優(yōu)選采用粉煤灰水泥、礦渣水泥、火山灰水泥等。若采用普通水泥或硅酸鹽水泥，應采取一些措施延以延緩水化熱的釋放。在水泥用量相同情況下，若水灰比越大則船閘結構收縮越大。

②骨料：在船閘大體積混凝土內(nèi)部，骨料可約束水泥石的收縮，而骨料的彈性模量對其提供的約束大小起到至關重要的作用。一般天然的砂石骨料不易發(fā)生收縮，但一些吸水率較大或輕質(zhì)骨料則可能加大混凝土的收縮。一般情況下，骨料的吸水率、孔隙率及壓縮性越大及其彈性模量越小則混凝土的收縮量越大。

粗骨料的最大料徑應符合船閘結構鋼筋間凈距的要求，增大粗骨料的粒徑可減小水泥用量和用水量。粗骨料應具有較好的級配，有機雜質(zhì)、含泥量等控制指標合格。細骨料級配合理，采用中粗砂可降低用水量，國內(nèi)部分船閘結構混凝土的配合比如表1所示。

4.2優(yōu)化船閘結構的設計

在船閘大體積混凝土工程的設計中，應對易開裂的部分進行充分考慮，優(yōu)化結構設計方案，減少并防止裂縫的出現(xiàn)?；诖?，在船閘結構的設計中應做到以下幾個方面：①合理分段澆筑。船閘結構尺寸及體積較大，若采取一次全部澆筑的方式則易產(chǎn)生溫度應力。根據(jù)工程經(jīng)驗，船閘結構可在上下閘首設置“后澆帶”，既有利于避免裂縫的出現(xiàn)，又有利于分段澆筑閉合。②鋼筋的合理配置。船閘閘首邊墩、船閘閘室側墻等部位均為大體積構件，鋼筋類型、直徑、位置、數(shù)量等合理布置在設計中要給予充分考慮，以提高船閘結構抵抗貫穿性開裂的性能。③避免應力集中現(xiàn)象。船閘大體積混凝土結構中一些部位如圓弧段、空洞周邊等易出現(xiàn)應力集中，在設計過程中要有相應的預防措施，如可在空洞周邊配置斜向鋼筋。此外，在船閘結構的表面，為防止裂縫的出現(xiàn)還可設置應力緩和溝。

4.3嚴格控制施工工藝

在船閘結構施工過程中，可采取如下措施：①混凝土的拌合。混凝土拌合前，應精確計算原材料的用量。拌合過程中，采取一定的措施對混凝土拌合物進行降溫處理?；炷吝\輸及施工前應采取相應的措施控制混凝土拌合物的溫度。②混凝土原材料的降溫和保護。由于砂石等原材料的溫度對混凝土拌合物的溫度具有較大的影響，因此采取相應措施控制混凝土原材料的溫度具有十分重要的作用。③施工澆筑進度的控制。在船閘大體積混凝土結構的施工中，要結合船閘結構混凝土的鋼筋疏密程度、船閘結構尺寸、混凝土供應條件等因素采取合理分層、分段澆筑方式，混凝土澆筑過程中采取“同一坡度、薄層澆注、循序漸進、一次到頂”的澆筑方法，減少溫差變化產(chǎn)生的表面裂縫。④拆模。船閘工程拆模時，應根據(jù)船閘建設的實際情況并結合實驗確定的合理拆模時間，部分溫度控制有較高要求的部位，在拆除模板后應貼上保溫材料，以避免船閘大體積混凝土由于內(nèi)外溫差應力而產(chǎn)生的裂縫。⑤溫度控制。在船閘大體積混凝土結構施工中，應在船閘結構內(nèi)部安裝溫度檢測設備以監(jiān)控船閘結構的內(nèi)部溫度，從而可以適時監(jiān)控船閘結構的內(nèi)部溫度并為拆模提供依據(jù)。⑥養(yǎng)護。為避免船閘大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，應結合船閘結構施工中天氣變化、溫度變化等因素選擇混凝土的養(yǎng)護方式，從而提高船閘結構的工程質(zhì)量。

5.結語

大體積混凝土是船閘結構的常見形式，控制混凝土的裂縫是船閘結構的重點問題，對于保證船閘結構投入使用后正常運行、提升船閘結構的整體性具有重要的意義。應對船閘結構裂縫的危害及其產(chǎn)生原因具有足夠的認識，從而采取切實可靠的裂縫控制措施，是值得每個工程技術人員及科研工作者共同研究的課題。本文結合工程實踐，對以上問題繼續(xù)了分析與探討，希望能為船閘結構的施工及運營維護提供有益的借鑒。

參考文獻：

[1]張倩.邵伯三線船閘閘室墻倒角裂縫原因分析及防治[J].水運工程，2011（4）：136-139.

[2]辛彥青，李振聲，劉春俊.船閘混凝土溫度裂縫的經(jīng)驗教訓[J].水運工程，2002（8）： 78-80.

[3]聶霞.京杭運河諫壁二線船閘閘室墻防裂措施試驗研究[J].中國港灣建設，2002（2）： 19-23.endprint