水利施工中預防混凝土裂縫措施
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摘要：水利工程的建設與發展為我國經濟發展和民生質量帶來了較大的提升，然而由于水利工程施工環境復雜，工期漫長，導致相較于土木工程施工，水利施工具有一定的挑戰難度。水利施工中混凝土裂縫現象作為水利工程的一項技術難題，常給工程質量造成各種不良影響。文章通過對水利施工中混凝土裂縫類型及原因進行闡述，就其預防措施展開列舉與分析，以為施工領域同行提供借鑒。
水利工程的建設與發展利國利民，然而要想使水利施工的質量得到保障，則還需相關施工人員從水利工程的各項細節著手，通過技術的改進與提升，對水利工程的各個環節施以保障。混凝土作為水利施工中的一項重要材料，常常會由于人為管理不到位和其他外在因素而引發裂縫現象，其對整體工程危害巨大，需要相關施工人員加以重視并采取相應技術手段和管理措施對這一現象展開防治[1]。對于廣大水利工程施工者而言，開展水利施工混凝土裂縫預防的研究具有較高的實用價值。
1混凝土裂縫概述
混凝土裂縫是水利工程中比較常見的一種現象，一般情況下可簡單地從裂縫產生的時間分為使用過程中產生的使用裂縫和由于施工不當引起的施工裂縫，使用裂縫可以通過正常的使用維護，以及后期的修補加固技術補救，在此就不多做闡述。施工裂縫又可以根據對結構功能的影響大小簡單分為有害裂縫和無害裂縫，在正常使用情況下，無害裂縫僅影響結構外觀，對結構的性能或者耐久性不產生任何影響，但在使用過程中無害裂縫的寬度及深度發展到一定程度，也有可能發展成有害裂縫，所以做好水利施工的裂縫控制及預防對于提高水利工程的使用壽命有著很大的意義[2]。
2水利施工中混凝土裂縫類型
2.1沉降收縮裂縫
沉降收縮裂縫主要是指混凝土在發生向下沉降時所產生的裂縫。這一裂縫的形成原因有兩方面，一是混凝土塊地基土質松軟，或是機器回填土時沒有壓實，混凝土在不均勻下沉時會產生深進的裂縫；另一種是模板的支撐距離過大，剛度不足的模板也會令混凝土發生下沉，產生梭形裂縫，不過當地基穩定之后，這種裂縫也不會再有深向發展的可能。沉降收縮裂縫的產生與模板的選擇、施工人員的施工質量、溫度的掌控都有一定的關系[3]。
2.2干縮裂縫
干縮裂縫主要是指混凝土施工完成后初期（15天左右）由于混凝土內外部凝固程度不同（外部比內部干燥凝固快）所造成的表層收縮變形的裂縫。這類裂縫基本上都停留在表層，內里并沒有如沉降收縮裂縫那般的貫穿式傷痕，但仍然會對混凝土的抗滲性產生影響，且其內部鋼筋易在水下環境中遭到腐蝕，從而為混凝土的承重能力帶來較大的破壞。干縮裂縫的產生與混凝土的調配比例、溫度及其養護工作的開展具有直接的關聯，比如水灰比例不合理、外界溫度驟升驟降都會令混凝土發生干涸不均勻而產生裂縫。
2.3塑性收縮裂縫
塑性收縮裂縫主要是指混凝土內部凝固后期，混凝土表面水分過快流失，混凝土內外部拉伸力不同所產生的塑性收縮式裂縫。塑性收縮裂縫受到受力方向影響多呈現中間粗、兩邊細的縫形，長度在20cm到3m之間，有大有小，互不交叉。這一裂縫多產生于外界溫度過高或風力較大的情況下，而混凝土的配比也對其凝結時間有一定影響。為避免這類裂縫的產生，施工人員須根據施工的天氣情況對混凝土調制、攪拌作周密的判斷，否則一旦產生裂縫，將會為混凝土施工的整體質量帶來較大沖擊。
2.4溫度裂縫
溫度裂縫主要是指混凝土施工階段受驟冷、驟熱溫度的影響而產生的裂縫，其形成原因與干縮裂縫或塑性收縮裂縫相似，但裂縫走向通常沒什么規律，受高溫影響所產生的裂縫通常比較窄，相對的受低溫影響所產生的裂縫則比較寬，而且高溫裂縫會有中間粗、兩邊細的區別，而低溫裂縫粗細變化則不明顯。大面積的裂縫會呈現出蜘蛛網形態，不過一旦存在大面積裂縫，施工后期的修復保養成本就會比較高，因而這類裂縫也較為棘手。
3水利施工中混凝土裂縫的預防措施
3.1做好施工前期的各項測量工作
水利工程的混凝土施工對于混凝土量與比例的要求十分嚴格，因而在正式施工前往往要開展一系列的準備工作。首先施工管理者要熟悉圖紙，明確施工項目的有關規范，并依此制定施工標準，尤其是測量標準要保證精準，以為后面的混凝土調制、澆灌奠定良好的基礎。其次就是建筑物的放樣測量，這一工作要求極高，應選取專人負責，以對各個工段進行數據資料采集[4]。需要注意的是，測量儀器與工具等要保證精確度，并定期送檢、校對，否則測量誤差大，會對后期的混凝土澆筑施工產生較為不利的影響。
3.2重視混凝土的原料采購與配比
混凝土的原材料包括水泥、砂、粗骨料和外加劑。其中水泥與水攪拌可起到結膠作用，但添加時要考慮粗骨料酸堿性，如粗骨料為堿性，則水泥中的含堿量必須得到控制；砂是混凝土中的細骨料，采購時要選取硬度高（模數2.4~2.8）、清潔的原料；粗骨料（碎石等）的選擇通常對大小有明確的控制，并保持清潔，以免摻入雜物；最后外加劑包含速凝劑、膨脹劑等，應盡量選擇質量好的制劑以為混凝土的澆筑與凝固帶來質量保障。而混凝土的配比要根據工程的實際要求與施工天氣、溫度來進行設計，需要施工人員具有豐富的經驗，在保證混凝土澆筑現場不發生坍落的同時，也要盡可能減少因天氣、溫度對混凝土凝固的影響。
3.3注重混凝土的澆筑細節
混凝土澆筑首先要保證攪拌細節，施工人員在混凝土的配料、攪拌過程中應做好稱重記錄，做到8h內不少于兩次檢查，以確?；炷临|量。澆筑環節中施工人員要明確混凝土分倉、鋪料、平倉細節。一般分倉都是按照閘室和閘墩（閘壩工程）進行分配的，分好后將混凝土料平鋪成30~50cm厚度，之后便是平倉過程中對大骨料的振搗。由于大骨料顆粒較大，不經振搗容易給混凝土整體質量帶來破壞，所以這一過程中施工人員要保證施工質量，避免骨料集中、漏振和振搗程度不足的情況發生，具體操作以混凝土停止下沉、表面反漿無氣泡為合格，注意振搗棒的快速插入和緩慢勻速抽出，以防止混凝土面留有棒孔。
3.4加強混凝土的養護
混凝土的養護通常被定義為施工后的混凝土保養，實際在混凝土施工的過程中一旦發生裂縫顯現也是需要施工人員及時修復補救的。這樣的補救可隨時進行，不會耽誤很長的施工周期。相比而言，混凝土施工后的的裂縫修復就比較復雜，因此需要施工人員在施工后的養護方面要注意細節。根據上文所提的幾種裂縫類型可知，混凝土裂縫主要在于施工后混凝土內外干涸不均，即受外界溫度影響較大所致。因而除了在調配過程中把握混凝土材料比例、控制其凝固時間外，還要對其后期凝固溫度展開調控，最常見的是將澆筑時間定在溫度較低的夜間，或在白天對混凝土進行遮蓋，以此減少溫度過高和日曬所帶來的表層干涸、裂縫現象。
4混凝土裂縫預防措施的實際應用
4.1工程介紹
我國雖然地大物博，但水資源分布十分不均衡。南水北調工程作為我國水資源分配使用的戰略性工程，其主要開展目的是通過南水北調解決北方用水問題，緩解北方地區地下水位下降，土地塌陷等現狀，令南北地區的經濟發展、環境建設都得到進一步的保障。南水北調工程分東、西、中三條線路，起點分別為江蘇揚州的江都水利樞紐、武漢漢江中上游的丹江口水庫，供水區域遍布河南、河北、北京、天津四個地區，借助三條線路聯通長江、黃河、淮河、海河四大江河，工程的東、西、中線路干線總長4350km，其中東、中線一期工程總長2899km，調水規模448億m3，涉及人口4.38億人，為我國南北資源調配、東西互濟提供發展新動力，促進了我國資源合理配置新格局的生成。南水北調工程的江都段屬于東線的一個支段，是東線68項設計單元工程中已完成的一項工程，其利用京杭大運河及其平行河道輸水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖以作調蓄水庫，水經泵站提水進入東平湖后分為兩路，一是穿黃河、經長江流入天津，一是向東經新辟的膠東地區輸出供水，途中由輸水工程、蓄水工程、供電工程三部分連接。建成到如今，這些水利工程經歷過修正與改造，改造工程主要包括江都三站、四站更新改造、新建江都站變電所、西閘除險加固、江都船閘改建等，工程實施后江都站年運行時間8000h以上，大大提高了南水北調東線設計供水的保證率，其中混凝土的防裂工程更是發揮了較關鍵的作用。針對工程的建設必須服從工程運行，工程改造需結合工程現狀的難點與特點，此項目工程的建設者制定了科學的工程實施計劃，使項目在施工過程中沒有停止運行。項目精心組織，嚴抓管理，妥善解決了工程運行與施工之間的矛盾，最終項目質量安全，生產運行無事故，其中在機電設備選擇、進出水流道加固（混凝土施工）、監控系統升級等方面還取得了優秀的科研成果，其技術與精神都十分值得相似工程學習與借鑒。
4.2江都三站預防混凝土裂縫的措施
4.2.1收縮裂縫的控制從整個工程的改建施工角度來看，可將混凝土裂縫分為收縮裂縫和施工導致裂縫兩種。首先收縮裂縫的預防要遵循以下四點原則：合理選材、控制混凝土變形；降低混凝土約束，避免裂縫形成；提高混凝土抗拉伸強度與極限拉伸值；避免應力的集中。原材料要選取水化熱、細度小的水泥配置，選用膨脹水泥，應在混凝土中添加膨脹劑，搭配的骨料要保證混凝土后期的收縮變形不至過大，含泥量低的砂石配料也能有效降低混凝土的變形概率。當然施工人員采用粉煤灰與膨脹劑的雙摻技術不僅令混凝土更加牢固，更在一定程度上代替了水泥用料。在混凝土注入過程中，施工人員在混凝土斷面和底板等部位設置了防水層，通過設置合理的伸縮間距，嚴格控制了開挖流程的超欠挖情況，并對沒有防水層部位進行了加厚處理，大大降低了混凝土開裂的可能性。此外混凝土澆筑間隙的處理、拆模時間的把控和后期養護也在一定程度上降低了混凝土的集中應力、提升了其拉伸程度，給混凝土的收縮裂縫防治水平帶來了較大地提升。4.2.2施工裂縫的控制施工裂縫是指施工過程中導致的混凝土裂縫，其應對方法為模板臺車搗固，盡量采取機械搗固，以令搗固均勻，進一步提升混凝土質量。強化隧道開挖過程的斷面檢測，為襯砌施工奠定條件基礎。控制二次襯砌使用時間，最好在圍巖初期支護變形穩定時期進行，避開圍巖流變特性較明顯時期?；炷恋拿撃Ｒ显O計規范，未經試驗人員許可禁止脫模，脫模要保證不傷害混凝土；對混凝土的保護要保證灑水作業均勻，最好能噴涂混凝土養護液對其進行養護。南水北調江都段地處江蘇地區，要注意夏季施工的一些注意事項，如砂石材料不露天堆放，采取切實有效的降溫措施，因為混凝土溫度過高會改變混凝土的凝固時間，進而對其質量造成影響。
4.3江都三站治理裂縫的對應方法
4.3.1表面裂縫的治理。由于江都三站改造施工是在水利工程正常運轉期間完成，所以其隧洞襯砌混凝土表面必然會出現一些日常作業而產生的擴展性裂縫。這種裂縫雖然細小卻極不穩定，對混凝土的使用和壽命雖不會造成太大的影響，卻也需要及時展開防滲處理。一般會采用高壓水槍清洗干裂的裂縫，再用高壓風槍風干裂縫表面，涂刷環氧樹脂2~3層；明確涂刷方向，如遇到環向裂縫要自上而下刷，走向裂縫則適合單項涂刷。最后為了美觀，刮抹料和顏料要保證和其他部分一致。4.3.2深層裂縫的治理。對于裂縫較深的情況，施工人員采取的施工工藝為在裂縫中線位置鑿開口寬20~30mm的倒V槽，深度控制在1~2cm，以鋼絲刷清潔槽口，加水沖刷，保證槽口濕潤而不積水，沿縫線方向在每隔0.5m的位置布置注漿管，管徑10mm即可，用丙乳水泥凈漿涂刷嵌縫，之后的15min后開始攤鋪丙乳水泥砂漿，將縫填實，控制灌漿壓力逐級提升，令裂縫得到完善修復。
5結束語
綜上所述，水利工程施工環境復雜多變，施工周期長，對于施工人員的技術、管理水平有著較高的要求。若要進一步提高水利工程的施工質量，則需要施工人員從設備配置到人員管理再到具體施工均須做到謹慎與完善。尤其針對混凝土的開裂現象，工程管理人員必須抓好施工現場的流程管理，引進成熟的施工技術，通過對技術人員施工作業情況的層層把關，實現對施工質量的保障，從而讓混凝土施工從材料采購到配比再到溫度、時間的控制都達到標準，從而實現對混凝土裂縫現象的治與防。
參考文獻：
[1]鄧春林，范洪浩，張琴飛，等.船閘工程混凝土裂縫控制技術[J].水運工程，2015，3（3）：123.
[2]練繼建，高毛毛，閆玥，等.基于MICP技術的自修復混凝土研究進展[J].南水北調與水利科技，2019，17（1）：164-177.
[3]李照慶.水利施工中混凝土裂縫防治技術分析[J].科技創新與應用，2020（1）：135-136.
[4]郭勇.水利工程中混凝土裂縫原因及防治[J].名城繪，2020（1）：1.
作者:朱曉英 葛朝陽 陳鋒 單位:江蘇筑宇工程技術有限公司 南水北調東線江蘇水源有限責任公司揚州分公司
