水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝及其防裂措施探究.pdf

2 0 1 4年第 1 1期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 1 1 2 0 1 4 ( T o t a l N o 4 2 ) 文章编号 ： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 4 ) 1 1 0 0 2 7 0 3 水 工涵 闸墩墙 混凝土结构 裂缝及其 防裂措施探究 张 越 ( 辽 宁省水利水 电勘测设计研究院 ， 沈 阳 1 1 0 0 0 6 ) 摘要： 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； 防裂措施 ； 控制技术 中图分类号 ： T V 6 4 文献标识码： B 1 水工涵 闸墩墙 混凝土结构裂缝 水工涵闸混凝 土结构属于轻型结构 ， 开裂几率 较大 ， 据统计 开裂次数较多 的部位就 是墩墙。墩墙 上的混凝 土裂缝形 态一般 呈现 “ 上 不着顶 ， 下不着 底” ， 受底板和墩墙混凝土 的 自身约束作用 ， 裂缝形 状为多呈“ 枣核形” 。 从正向观测 裂缝底部呈竖直状 ， 从顶部观测 裂 缝向两边倾斜 ， 从 混凝土表层开始逐渐 向混凝 土内 部发展 ， 并且有贯穿整个墩墙的可能 ， 一旦形成贯穿 裂缝 ， 将会对整个水 工涵闸工程的安全带来严重 的 威胁。墩墙裂缝容易出现的部位见图 1 。 图 1 墩墙裂缝容易出现的部位示意图 1 1 水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝成 因 混凝土有热胀冷缩 的特性 ， 温度变化会产生 温 度应变 ， 进而产生温度应力 ， 此应力一旦超过混凝 土 的抗裂极限 ， 就会出现混凝土裂缝 【 2 J 。 水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝成因主要有 5个 方 面 ： 1 1 1 水化热 水泥遇水会发生 大量的水 化热量 ， 而混凝 土的 导热性能较差 ， 导致 了大量热量集 聚在混凝 土的 内 部 ， 混凝土温度升高。 由于混凝土 内外条件的不 同， 散 热情 况有所 差 异 ， 外部散热快 ， 内部散热慢 ， 受物 体热胀冷缩特性 和外部约束条件的影响， 混凝土内外会产生温度应 力 ， 外拉 内压 ， 当温度应力 超过 混凝土 的承受极 限 时， 其表面就会有温度裂缝 的产生【 3 J 。 1 1 2 混凝土环境与浇筑温度 环境温度对混凝土施工的影响十分明显， 高温 时期不能进行混凝土浇筑施 工。混凝土施工中的环 境温度影响其浇筑后 昆 凝 土的内部 温度 ， 加大温度 梯度 ， 升高混凝土的温度应力 ， 加速混凝土结构的开 裂进程 。 1 1 3 约束条件 混凝土结构 自施工之后 就会受到外界不 同条件 的约束， 水工涵闸墩墙混凝土结构的底板或基础约 束闸墩 ， 产生约束力 ， 混凝土闸墩变形受约束力的作 用， 进而产生压应力， 后期随压应力松弛和温度应力 收稿 日期 2 0 1 4 0 51 9 作者简介 张越 ( 1 9 7 6一) ， 男， 辽宁沈阳人 ， 工程师， 从事水利水电工程施 工工作。 一 2 7 2 0 1 4年第 1 1 期 ( 第 4 2卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 11 2 01 4 ( r r 0 t a l N o 4 2 ) 的产生， 温度应变受到底板的强约束， 混凝土闸墩就 会 出现拉应力 ， 此应力一旦超过混凝 土的承受极 限， 便会开裂。 1 1 4混凝土收缩 混凝土在胶结硬 化 的过程 中会 散发一 定 的水 分， 混凝土失水必然导致其体积收缩， 如混凝土收缩 受到 内外约束力的作 用 ， 就会导致其 自身开裂 。混 凝土缩水收缩过程一般是可逆 的， 在实际计算 温度 裂缝的过程中， 常讲 混凝 土收缩值 等量替换 为相对 应的温度值， 也就是“ 收缩当量温差” 。混凝土水化 作用也会产生 自 收缩， 自身收缩值较小， 但其与温度 收缩 、 缩水收缩 、 塑性收缩等相叠加就会加速混凝土 开裂 的速率 。 1 1 5 其他混凝土开裂的因素 包括其他因素： 混凝 土徐变、 混凝 土体积 因 素等。 2 水 工涵闸混凝 土裂缝控 制技术 在了解混凝土开裂 的形式 和成 因后， 水利工程 涵闸混凝土结构裂缝控制措施 主要从 以下 6个方面 人 手 ： 2 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。 2 2 混凝土材料及配合 比的合理化选取 混凝土浇筑最主要的使用材料就是水泥， 所以 为减少混凝土水化反应放热量 ， 避免混凝土开裂 ， 应 优先选用低热和中热水泥。 在保证施工强度 的基 础上， 还要尽可能减少混 凝土水泥用量 ， 可行 的方法有 掺人混合 料 ( 粉煤灰 等) 、 调整混凝土骨料级配等手段。 混凝土 配合 比要 根据 实际情 况进行适 宜 的调 整， 减少水泥使用量和水化放热量。 2 3 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 一 2 8 一 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 。 2 4 混凝土中预埋水管冷却 混凝土中预埋水管冷却可以降低混凝土内部温 度 ， 减小混凝土内外温差 ， 进而抑制温度应力对混凝 土的破坏 ， 此法是混凝土浇筑施工常用的施工手段 ， 效果明显。 2 5 混凝土养护技术 混凝土养 护能够保 证混凝 土强度 达到设 计 目 标 ， 其他方面的性能也会得到保障， 及时有效的养护 是防止混凝土缩水开裂 的重要手段。混凝土浇筑施 工结束后 ， 要在 l 21 8 h 内进行洒水保湿和表层保 温， 养护时间1 4 d ， 视混凝土品种和浇筑部位 的重 要性适时调整。 2 6其他防裂措施 其他可行有效的混凝土防裂措施还包括掺特性 Mg O、 施加钢筋预压应力 、 施工方法 与工 艺优化 、 降 低混凝土的浇筑温度 、 地基处理 、 设置混凝土后浇带 等方法 ， 视施工场地地质和气候条件不同， 选用不同 的防裂组合方式 。 3 工程应用模拟 3 1 工程概况 某水工建筑物立交地涵京杭 运河 中心线斜 交 ， 夹角为 7 7 。 ， 沿水 流方 向长 度为 1 0 7 5 4 m， 垂 向长 1 2 1 3 2 m， 上槽下 洞， 使用钢筋混凝土浇筑上 涵首 、 上下中块 、 下涵首 ， 底板 高程 为 E I 一6 0 m， 槽底高 程E I 3 m， 墩墙高为1 m， 闸底板和墩墙 为重点对象 ， 实际中墩墙存在垂直裂缝。 本文主要混凝土浇筑预埋两条冷却水管一项防 裂措 施 的模 拟 分 析 ， 两 条 水 管 垂 距 0 6 4 m， 内径 2 4 8 m， 水温 1 5 。 ， 设置两条后浇带 ， 底板和墩墙一起 浇筑 。 3 2 计算模型 计算网络图如下图所示， 一共划分1 8 9 3 1 个单 鲞 整： 三 堕 凝 土 结 构 裂 缝 及 其 防 裂 措 施 探究 第1 1 期 元 ， 2 3 4 2 8 个结点。 3 3 结果分析 3 3 1 两种情况特征点温度历时变化曲线 分析图 3和图4可得， 混凝土中不预埋冷却水 管之后 的最高温度 1， 比加冷却水管高近8 ， 冷却效果明显， 但冷却水管附近与混凝土中心和表 层也产生了温度梯度 。 3 0 2 0 J O 圈 2 计算网格图 0 5 1 0 1 5 20 2 5 3 0 时 阙 ，d 图 3 未埋设冷却水管特征点的温度历时曲线 一一 _ _ - - _ h - - 一 2 5 3 0 时闻， d 图 4 埋设冷却水管特征点的温度历时曲线 3 3 2 两种情况特征点应力历时变化曲线 两 种情 况 特 征 点 应力 历 时 变化 曲线 见 图 5 、 图 6 。 妻 长 时间蹦 图 5 未埋设冷却水管特征点的 6 y 历史曲线 O 图6 埋设冷却水管特征点的 6 y历史 曲线 分析结果可知： 混凝土中预埋冷却水管之后整 体墩墙应力场有很 大改善 ， 特别是中后期时期的混 凝土受拉应力 ， 下降幅度近 3 0 。但在初期 ， 混凝土 的拉应力较大， 甚至超过抗拉极限 ，有必要冷却水 管 中的温度进行控制， 让温度有个缓慢的降温过程 ， 避免混凝土 中温度梯度较 大 ，出现内部裂缝， 从而影 响整体浇筑质量。 4 结论 水工涵闸墩墙混凝土浇筑工程十分复杂 ，要想 有效地控制混凝土工程裂缝 ， 需要采用多种 防裂措 施， 并采用先进的计算机技术辅助制定防裂措施 ，水 工涵闸混凝土防裂技术还有很长的路要走 。 参考文献 ： 1 王敬莲 ， 贵秋明 新河大闸铺盖裂缝成因及防渗处理措 施 湖南水利 ， 1 9 9 8 ( 0 5 ) ： 2 5 2 6 2 董海军 混凝土裂缝 控制技术 J 民营科技， 2 0 1 3 ( 0 2 ) ： 2 6 0 2 6 1 3 胡章贵 大体积混凝土温度裂缝的成因与控制 J 中国 科技信息， 2 0 1 1 ( o 8 ) ： 4 0 4 1 4 张小梅混凝土施工 中的温度与裂缝控制 J 科技信 息 ， 2 0 0 9 ( 2 5 ) ： 6 5 6 6 5 7 5 唐景民 建筑施工中混凝土裂缝控制技术的探讨 J 科 技信息， 2 0 1 1 ( 0 5 ) ： 7 5 3 8 0 3 6 杨书全 ， 邝青 大体积混凝土裂缝控制与施工技术的工 程应用 J 矿冶， 2 0 0 4 ， 1 3 ( 0 1 ) ： 1 1 0 1 1 2 一 29 一 F d 妖毯蹈