船闸混凝土结构裂缝防治综合技术

摘要：随着社会经济和国家交通航运事业的蓬勃发展，京杭运河、长湖申线等河流航道上船闸相继开工建设。受多种因素影响，船闸混凝土或钢筋混凝土构件时常出现一些裂缝，对船闸工程的安全形成隐患。由于混凝土组成材料和微观构造的不同以及所受外界影响的差异,混凝土产生裂缝的原因较为复杂。本文简要叙述船闸混凝土裂缝发生的机理及其防治措施,针对具体的船闸工程重点介绍了预防船闸裂缝的设计及施工措施,并对船闸裂缝修补提出了实用的方法。

关键词：船闸；混凝土；裂缝；机理；控制

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着社会经济和国家交通航运事业的蓬勃发展，京杭运河、长湖申线等河流航道上船闸相继开工建设。受多种因素影响，船闸混凝土或钢筋混凝土构件时常出现一些裂缝，对船闸工程的安全形成隐患。由于混凝土组成材料和微观构造的不同以及所受外界影响的差异,混凝土产生裂缝的原因较为复杂。本文主要对船闸混凝土裂缝发生的机理、防治措施及其处理方法进行一些探讨。

1 船闸混凝土裂缝发生的机理

一般说来，建筑中混凝土产生裂缝主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、基础不均匀沉降等。

混凝土自身干缩和收缩与大体积混凝土水化热引起的裂缝。混凝土硬化过程中所产生的干缩应力和混凝土内部温度与外部环境温度的差异所产生的收缩应力超过了混凝土的当时所能承受的拉应力；混凝土在干缩和收缩的过程中受到其他部位的约束和地基不均匀沉降;结构物型状,断面尺寸的差异甚大而造成混凝土收缩突变;底板混凝土浇筑过程中施工程序不当,没有进行平仓,浆水与骨料离析,混凝土表面层仅有浆水造成的干缩裂缝。或者混凝土表面养护不当,造成混凝土表面的龟裂。在大块体混凝土凝结和硬化过程中,水泥和水产生化学反应,释放出大量的热量（水化热）,导致混凝土块体温度升高.当混凝土块体内部的温度与外部环境温度相差很大,以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸值时,就会形成裂缝。

结构基础不均匀和外力荷载作用引起的裂缝。超静定结构的基础沉陷不均匀时,结构构件受到强迫变形,而使结构构件开裂,随着不均匀沉陷的进一步发展,裂缝会进一步扩大。裂缝的出现与混凝土的抗拉强度有关,裂缝的分布又与混凝土和钢筋的粘结强度、混凝土的保护层厚度等有关.裂缝宽度则与裂缝的间距、混凝土和钢筋的相对滑移量、钢筋应力的大小以及荷载的长期作用等因素有关。构件承受不同性质的荷载作用,其裂缝形状也不同,通常裂缝方向大致是与主拉应力方向正交。可按照荷载的标准组合及准永久组合通过极限状态下的裂缝开展宽度进行计算,有关计算裂缝最大宽度的计算公式.对该公式若验算后若发现构件裂缝宽度不满足要求,可采取增加构件截面尺寸、提高混凝土强度等级、减小钢筋直径(有时加设钢丝网片)或增大钢筋截面面积等措施。

2 船闸混凝土裂缝的分布位置调查

从全国近年来已建和在建的几座船闸来看，裂缝产生大多分布在以下部位：（1）钢筋混凝土结构的闸首头部环形输水廊道外侧转弯段，阀门井与廊道连接处。三角门门库侧墙拐弯段，浮式系船柱井拐角处等断面变化部位。（2）大面积闸室墙墙身。（3）钢筋混凝土结构开有孔洞，特别是方孔处。（4）砌石结构顶部的混凝土压顶、闸室挡浪墙等处。（5）大体积混凝土底板顶、侧表面。

3 船闸混凝土裂缝控制措施

3.1合理选择和控制原材料

水泥的选择和控制。大体积混凝土宜选用水化热低、凝结时间长的水泥。在同等条件下，应优先选用矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥；当采用硅酸盐水泥或普通水泥时，应采取一些行之有效的延缓水化热释放的技术措施。在单位混凝土水泥用量相同时，水灰比愈大则收缩也愈大；另一方面当含水量不变时，则单位体积水泥用量愈大则收缩也愈大。

骨料的选择与控制。在混凝土内部，骨料对水泥石的收缩起约束作用，骨料的弹性模量则决定其所能提供的约束。普通的自然骨料一般不发生收缩，但轻质骨料和吸水性较大的骨料将可能增大混凝土的收缩量。粗骨料同时应具备良好的级配要求，控制质量指标不超标，以减少砂率及细粉料含量达到减少混凝土自身收缩的目的。细骨料级配必须合理，应采用中粗砂以降低用水量，同时质量指标必须控制在允许范围内，以减少混凝土的收缩和强度降低的影响。骨料宜采取连续级配，同时要尽量减小水泥用量和混凝土的水灰比，以降低混凝土的水化热和体积收缩。在施工条件允许的前提下，应尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料，且不得含有各种有机杂质。

3.2施工控制措施

当采用泵送混凝土时应严格控制。泵径尽可能大一些，塌落度宜小，石料则不宜过小，输送距离不宜过长。按规范和设计要求使用减水剂以减少水泥和水的用量，降低混凝土水化热，缩小温差。

当高温季节浇筑混凝土时砂石料应搭蓬遮阳，通风，防太阳直晒。同时用地下水或冰水拌合，最好采用埋设管道冷却，结构采用临时分缝等加快散热降温措施。输送混凝土也应防太阳直晒。冬季施工时应准备好加热、保温和防冻材料，混凝土出机后应及时采取保温措施以减少热量损失，防止早期受冻。可按规范规定在混凝土中掺入早强剂，必要时可降低混凝土水灰比。

后期控制混凝土温度的措施：体内埋设冷却水管，表面保温材料保护，减少内外温差。长湖申线湖州枢纽工程在浇筑大体积混凝土时采用上述措施取得了理想的效果。

3．3改善混凝土的内外约束条件

船闸建设中，在构造设计方面采取一些必要的措施来改善混凝土的内外约束，可以对预防大体积混凝土裂缝的产生很有好处。主要由以下方法：

设置滑移层，为了方便混凝土底板热能释放时所产生的平行移动，在浇注混凝土前，宜在基础垫层与混凝土基础之间设置沥青油毡或其他类似的材料作为滑移层，用以减少大体积混凝土底板的内外约束；设置缓冲层，为了缓解地基对基础收缩时的侧压力，可在底板基础的某些部位设置缓冲层；设置增强配筋在容易开裂部位配置斜向钢筋或钢筋网片，并配置一定数量的抗裂钢筋，可显著提高混凝土的抗裂性能；设置后浇带，当大体积混凝土结构尺寸过大时，混凝土底板基础宜设置后浇带。后浇带封闭时，应将混凝土底板的断面处凿毛，并将钢筋按设计要求连接好，再用补偿收缩混凝土浇灌密实。

4 船闸裂缝的修补方法

裂缝出现后要坚持观测，作为制定修补加固方案的依据。选择一个好的技术处理方案，对保证裂缝修补质量尤为重要。

4．1纵深或贯通裂缝修补

为保证钢筋不被锈蚀，确保船闸的强度和耐久性，须作压浆处理（特别是墙前迎水面裂缝），具体处理方法为：

墙后迎土面裂缝处理。墙后迎土面裂缝处理的主要目的是封闭墙后裂缝，使其不渗水，利于墙前压浆；墙前迎水面裂缝处理。主要采用压浆方法进行处理，压浆时机应选择在温度较低、裂缝宽度较大且基本稳定后进行，船闸工程一般选择在水下工程验收前实施。力求达到材料灌入饱满、混凝土外表美观的效果。

4.2细、浅裂缝修补

细、浅裂缝修补方法一般有两种：一是按有关规定清洁表面后，用环氧树脂涂刷 2 遍以封闭裂缝，然后再用环氧树脂分层粘贴 3 层玻璃纤维布；二是沿裂缝凿犝型槽，清洁干净后用环氧树脂浆液封闭犝型槽，如有必要再用环氧树脂分层粘贴 3 层玻璃纤维布。

结束语

船闸混凝土裂缝产生的原因是很复杂的，预防裂缝的措施及处理裂缝的方法也是多样的，虽然目前尚无统一的设计、施工技术规范，很多措施和方法经过数座船闸的运行检验是切实可行的。随着科技的发展，新技术、新工艺、新材料的不断出现，船闸裂缝的预防、处理方法也将会新的变化和进展。

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