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水闸闸墩裂缝成因分析及补救措施

作者：魏智等

来源：《建筑建材装饰》2015年第14期

摘要：针对许多混凝土结构物在建设和使用过程中都出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个普遍现象，是长期困扰工程技术人员的技术难题。裂缝的种类繁多，不同的裂缝对结构物的危害各有轻重。正确地分析裂缝出现的原因并及时地补救，是克服和控制裂缝、保证结构物正常使用的关键。

关键词：裂缝；成因分析；补救措施 前言

乐清市乐海围涂工程位于乐清湾西部海岸的海涂上，本工程围区面积为6046亩，为省重点工程。主体工程由3段海堤、2座纳排水闸、1座排涝闸（火箭闸）及一条排涝河道组成。本文叙述的即为火箭闸工程在闸墩建造过程中产生裂缝的成因分析及补救措施。

火箭闸规模为3孔×5m宽，基础座落在海涂面的软基上。主要功能为挡潮、排捞，设计最高潮水位重现期为50年一遇，其潮位为5.23m，相应的内河正常水位2.92m。设计内河水位采用沙角河50年一遇洪水位3.24m，设计流量172m3/s。闸室长18m，闸底板厚100cm，闸底板高程为-0.85m，启闭平台高程为7.5m。工作闸门采用钢闸门。闸室、岸墙、翼墙基础均采用Φ800钢筋混凝土灌注桩。火箭闸工作环境条件类别为四类，属海水浪溅区及盐雾作用区，潮湿并有严重侵蚀性介质作用的环境。 2 闸墩裂缝的成因分析

混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响。要根本解决混凝土中裂缝问题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。 2.1现场状况

火箭闸闸墩混凝土设计强度为C30，闸墩顶底高差为7.85m，边墩厚1m，中墩厚3m，混凝土方量为618m3。于当年7月4日至10月12日分四次浇筑，采用C30商品混凝土泵送施工。在10月29日，在四只闸墩处几乎同一位置均发现垂直裂缝，（如图1）。后经浙江省水利水电工程质量监督检测站采用超声法对裂缝进行检测，裂缝缝长为2m～4m，宽度为0.35mm～0.45mm，大于沿海海水水位变动区裂缝宽度允许值0.20mm，并贯通闸墩，确定为贯穿裂缝。裂缝宽度大于允许裂缝宽度，且为贯穿裂缝，为保证水闸的正常运行，此裂缝必须按缺陷处理，采取补救或处理措施。 2.2病因

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2.2.1设计方面

设计单位已从事水利设计多年，设计了多座水闸，结构力学分析与实际受力相符，并根据设计图纸计算水闸闸墩部位有效截面配筋率高于最小配筋，结构的安全系数比较高。设计图纸中，保护层为6cm，满足海水、盐雾区保护层的最低要求6cm～6.5cm的要求。纵向上配置了应力钢筋，但在横向上仅仅只考虑了直径较小的构造箍筋。闸墩底板结构采用现浇钢筋混凝土超静定结构，约束作用较大。 2.2.2施工方面

（1）闸墩地基为淤泥质软土层，但有长达40m的桩基础和1m厚的底板，保证了地基的承载力和沉降的要求，地基原因可以排除；（2）闸墩上部主体房建荷载并未施工，且在施工过程中无机具、材料的堆放，因外荷载过大的因素可排除；（3）闸墩浇筑为C30商品混凝土泵送，所使用的混凝土和钢筋各项指标均合格，配合比为：P.O42.5普通硅酸盐水泥320kg/m3，水185kg/m3，砂710kg/m3，含泥量1.02%，碎石（5-31.5mm）1060kg/m3，含泥量0.8%，粉煤灰65kg/m3，外加剂6.9kg/m3，总容重2345kg/m3，坍落度为12±3cm，外加剂为ZWL-A-III型高性能缓凝泵送剂；（4）施工中混凝土按照顺序分层浇筑，分层距离为1m左右，采用插入式振捣器；（5）第一次于09月14日6：30～16：30时进行混凝土浇筑，天气为多云，第二次于09月14日6：30～16：30时进行混凝土浇筑，天气为阴，第三次于10月12日12：30～18：30时浇筑，天气为多云，第四次于10月12日12：30～18：30时浇筑，天气为多云，（6）施工中为考虑浇筑强度与铺盖面积及安全，避免上升速度过快，浇层高到3/5高度时，采取了中间间隔约90min后再续浇，（7）模板的拆除：闸墩的拆模时间均在浇后3d进行；（8）混凝土的养护：拆模后，每天浇水不少于6次，时间为上午7：30、10：30二次，中午12：30、14：00二次，下午15：30、17：30二次。 2.3诊断

降温与收缩及其共同作用是引起混凝土开裂的最主要的两个因素。下面我们从本工程的实际情况出发，来验算混凝土的温度变化及其产生的应力，从而确定此裂缝的根本成因。 2.3.1混凝土温度的计算 （1）绝热温升（水化热）

式中，Tmax—绝热温升（℃），指四周无任何散热条件、无任何热损耗的条件下，水泥与水化合产生的反应热（水化热）全部转化为温升后的最高温度； W—每m3混凝土的水泥用量（kg/m3），取320kg/m3； Q—水泥水化热（J/kg），28天水化热为460×103 J/kg；

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c—混凝土比热J/（kg·℃），取0.96×103 J/（kg·℃）； γ—混凝土容重kg/m3，取2345 kg/m3；

Tmax=（320×460×103）/（0.96×103×2345）=65.39 ℃ （2）混凝土中心温度 Th=Tj+Tmax×ζ

式中：Th—混凝土中心温度； Tj—混凝土浇筑温度（℃）；

ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1 m厚混凝土3d时ζ=0.36 （3）混凝土浇筑温度：

Tj=TC+（TP+TC）×（A1+A2+A3+......+An）

式中：TC—混凝土拌合温度（它与各种材料比热及初温度有关），按多次测量资料，有日照时混凝土拌合温度比当时温度高5-7℃，无日照时混凝土拌合温度比当时温度高2-3℃，我们按5℃计。

TP—混凝土浇筑时的室外温度（室外平均温度以26℃计） A1+A2+A3+......+An—温度损失系数，

A1—混凝土装卸，每次A1=0.032（装车、出料二次数） A2—混凝土运输时，A2=Q×t

式中：Q为6m3滚动式搅拌车其温升-0.0042，混凝土泵送不计。 t为运输时间（以min计算），从商品混凝土公司到工地约30min。 A3—浇筑过程中A3=0.003×60=0.18

Tj=TC+（TP+TC）×（A1+A2+A3+...+An）=31+（26+31）×（0.064-0.126+0.18） =31+57×0.118=37.73℃