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水闸闸墩裂缝成因及防治措施
摘要：分析水闸闸墩裂缝成因,主要是由于墩体内外温差、混凝土的干缩、自生体积变形和外部约束引起的,且各种原因都有一系列的影响因素.针对这些原因及影响因素,从材料、温度控制、施工方法与工艺和养护等方面采取措施,以达到防止和控制裂缝的效果.关键词：闸墩裂缝混凝土

水闸是平原地区常见的主要水工建筑物,闸墩部位易出现裂缝的问题,长期以来困扰着工程界,一直未能得到很好的解决.闸墩裂缝的出现给水闸工程带来了多方面不同程度的危害,也越来越受到学术界的重视.在文献资料的基础上,本文针对这一现象的成因及其防治措施进行了概括性的分析和述评.
1工程现状水闸主要由底板和闸墩组成,是呈倒T字形“墙[CD*2]板”式水工混凝土结构.闸墩底部受闸底板约束,上部可以自由伸缩.闸墩裂缝近竖直向,两端小,中间大,呈枣核形.裂缝向上开展,位于墩墙中部区域,一般略超过墩高的一半,是“上不着顶”;下部距底板10～30cm,是“下不着底”,常常为贯穿性裂缝，见图1.

在已建和新建的众多水闸工程中,很多在闸墩上出现了裂缝,比如在北京永定河闸、北京小清河闸、湖北荆江分洪北闸、江苏三河闸等工程中,闸墩上都出现了不同程度的裂缝.新建的石梁河新泄洪闸,位于江苏省连云港市赣榆、东海两县交界处的新沭河中游,是石梁河水库枢纽工程的建筑物之一.施工时混凝土泵送浇筑,底板混凝土浇筑3个多月后浇筑闸墩.闸墩分22层浇筑,层厚40～60cm,层间间歇约4h.新闸建成后,在中间全部9个闸墩和1个边墩都出现了贯穿性裂缝［1］.水闸闸墩裂缝的广泛存在并不表明这样的问题是可以忽略的或任其发展的，正好说明了其突出性.裂缝的预防和控制是一个涉及多学科、多领域、不易解决、需深入研究的综合性问题.闸墩裂缝的出现和存在,势必会对其整体性、安全性带来不利的影响.并且由于混凝土开裂后会发生碳化等化学反应,影响其耐久性.作为水工建筑物,其抗渗性也会受到不利的影响,由此会产生溶蚀破坏作用.对于边墩,有时还会出现透过裂缝而发生渗透变形的严重现象.裂缝出现后进行修补，又增加了工程的维修费用.另外,出现裂缝还影响了建筑物的美观,给人们带来视觉上的不良效果和心理上的不安全感.2研究现状目前在对待混凝土结构裂缝问题上,一般是允许出现裂缝,而对其宽度进行一定的限制，不同国家和地区对不同使用环境和要求下的混凝土建筑物的裂缝宽度有不同的控制标准.我国GBJ1089《混凝土结构设计规范》规定允许裂缝宽为0.2～0.3mm,美国AGI规定为0.108mm,法国规定为0.27mm,加拿大规定为0.064mm［2］.另外,王铁梦教授在对待裂缝问题上提出“抗”与“放”的两种方法［3，4］.变形变化引起的约束应力首先要求结构所处的环境能给结构以变形的机会,即变形得到满足,则不会产生约束应力.在全自由状态下,如以空间应力[CD*2]应变关系为例,有：此状态下结构可以有任意长度、任意温差不产生约束应力.因此给结构创造自由变形的条件就是控制裂缝的“放”原则.在实际工程中,全自由的理想状态不易做到,但是,可以采用“抗放兼施,以放为主”的设计原则,减少约束,释放大部分变形,使出现较低的约束应力;当结构处于全约束状态,仍以空间问题为例，有：式(1)和式(2)中，ε为正应变；γ为剪应变；τ为剪应力；E为弹性模量；α为线膨胀系数；μ为侧向变形系数；T为各点承受的温差.此时有最大约束应力并与长度无关,只要材料的强度能超过最大约束应力,即R≥σmax,或者材料的极限拉伸大于最大约束拉伸变形,即εp≥εmax,则任意长度不设伸缩缝亦不开裂,只须所选用的结构材料具有足够的抗拉强度和极限拉伸.该设计原则称为控制裂缝的“抗”原则.一般说来,采取“抗”的方法,必须有足够的强度储备;采取“放”的方法,必须有充分的变形余地.现在一般认为,混凝土建筑物不出现裂缝是不可能的或是很难的.防止裂缝出现,在材料、设计、施工、运行和维护等方面均有一定的研究,但还不够完善或效果不是十分明显.在水工结构工程中,因水的存在,以“抗”为主,力求工程各部位都不裂.3成因机理为了更好地控制裂缝和采取有效措施对裂缝进行预防,必须对裂缝的成因机理进行全面的分析.大量的工程实践证明,闸墩裂缝的产生主要与墩体内外温差、混凝土的干缩、自生体积变形、外部约束等有关,通常是多因素综合作用的结果.3.1墩体内外温差水泥水化产生大量的水化热,在1～3d内可放出热量的50％,甚至更多,当混凝土达到最高温度后随着热量的散发又开始降温,直到与环境温度相同.图2为混凝土浇筑后温度变化过程图(图中，Tp为入仓温度；Tr为温升值；Tf为稳定温度；ΔT为最高温度和稳定温度升高值(基础温差)).闸墩作为大体积混凝土,热量传递的同时更易在内部积存,导致了内部温度高于外部温度,内部出现峰值