中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001
摘要：近年来，我国的水利工程得到了迅速发展，基础设施领域也有巨大的进步，但是其中的混凝土裂缝问题还是需要进一步解决。基于此，本文简单分析了水工建筑中的混凝土裂缝问题，并结合实例，详细论述了水工建筑中混凝土裂缝问题的应对，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：水工建筑；混凝土裂缝；应对措施
1.水利工程混凝土裂缝问题原因
1.1温度变化
一旦水泥产生水化热，便会在水泥内部产生热量。因为混凝土的导热性不加，加上结构内部体积、截面积大，所以很容易使热量全部集中在混凝土结构中，无法挥发出来，继而导致内部结构稳定过高。这时，混凝土表面热量挥发速度较快，如此一来便会在结构内部和表面形成非常大的温度差，并且在内部形成压应力，外部形成拉应力，如果内外温差大于20~25℃，这时外部形成的拉应力便会大于极限抗拉强度，形成裂缝。此外，外界气温如果发生变化，也会使混凝土形成裂缝。外部环境温度不断提升，也会使混凝土施工温度随时提升，如果外界温度骤然降低，便会在混凝土内外部形成温差，导致裂缝的出现。
1.2干燥收缩
如果混凝土结构内部水分出现变化，会使混凝土出现干缩湿胀的问题。混凝土若在水中硬化，这时因为长期和水发生接触，内部水份较为充足，会出现膨胀；相反，如果混凝土一直暴露在空气中，并且出现硬化现象，此时由于水分蒸发，混凝土会出现干缩问题。混凝土结构的水分变化不具备均匀性，所以形成的收缩应力也不同，一旦混凝土表面拉应力大于相应规范数值，便会在表面形成裂缝。
2.水工建筑中混凝土裂缝问题的应对
灌浆措施、表面修复、黏贴加固、围套加固、灌浆处理均属于较为常见的混凝土裂缝问题应对措施，这类措施的具体应用如下所示：①填充措施。该措施较为适用于水工建筑裂缝较宽时的处理，使用填充材料填充裂缝属于该措施的主要原理，具体填充施工过程需考虑不同地基的承载力并由此针对性填充，如沙质粘土的承载力为250~400kN/m，其C×l推荐值为0.01~0.03，而C10以上配筋混凝土承载力为5000~10000kN/m，其C×l推荐值为1.00~1.50。②表面修复。表面修复多用于水工建筑混凝土凝缩性裂缝与沉降收缩裂缝的处理，使用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布开展铺设填补属于表面修复的常见方式，该混凝土裂缝应对措施能够有效提升水工建筑持久性并恢复其外观形态。③黏贴加固。使用环氧树脂作为黏贴剂、在裂缝表面黏贴钢板属于黏贴加固的主要原理，该措施需在水工建筑工程结构解封后应用。④围套加固。围套加固多用于水工建筑物混凝土表面形态、外形损坏后的处理，通过在水工建筑结构外部包钢筋围套，即可大幅提升水工建筑混凝土截面、钢筋的承载力，但围套加固的应用需在水工建筑尺寸允许范围内。⑤灌浆处理。该措施主要通过混凝土封堵、打孔、加压灌浆的方式进行混凝土裂缝的处理，较为优秀的混凝土裂缝处理质量属于灌浆处理的优势所在。
3.工程实例
SG8标段起止里程全长11.885km，起自邢台县与内邱县交界的赵庄东南，止于内邱县中宅阳村，相应桩号为121+985～133+870，减去主渠道建筑物小马河倒虹吸，总干渠长度为11.325km。总干渠过水断面设计为梯形断面，按挖填类型分为挖方（长约5km）和半挖半填（长约6.3km）两种断面形式，设计底宽18.5m～22.0m，设计边坡1：2.0～1：2.75。渠道设计流量220m3/s，加大流量240m3/s，渠道设计水深6.0m，渠段纵坡为1/25000。总干渠过水断面自下而上分别为：挤塑聚苯乙烯泡沫保温板保温层、强渗漏渠段复合土工膜加强防渗层和现浇混凝土衬砌板。其中复合土工膜规格为600g/m2、和800g/m2的两布一膜，膜厚分别为0.3mm和0.5mm，布选用宽幅（宽度大于5m，150g/m2）聚酯长丝针刺土工布。渠道过水断面渠坡和渠底全部采用现浇混凝土衬砌，衬砌厚度渠底8cm，渠坡10cm。衬砌混凝土指标为C20W6F150。衬砌板变形缝间距4.0m，间隔设置伸缩缝、沉降缝，伸缩缝的间距为8.0m，沉降缝的间距为8.0m。伸缩缝为矩形通缝，缝宽10mm，沉降缝为矩形半缝，缝宽10mm。变形缝上部临水侧2cm采用聚硫密封胶封闭，下部采用闭孔塑料板充填。主要工程量：保温板铺设26765m3，复合土工膜铺设550208m2，混凝土衬砌67518m3，闭孔泡沫板17950m2，聚硫密封胶111995kg。
4.施工质量控制要点
4.1厚度的控制
衬砌厚度是施工中需要重点控制的项目。具体厚度由衬砌机的升降支腿高度进行调节控制，轨道铺设的纵坡比率要与渠道的纵坡比率一致。在衬砌施工中经常检查衬砌厚度，如厚度有误差及时进行调整。具体方法有：①衬砌前严格检查边模的高度与位置，如超出允许偏差，可对模板进行调整；②每班衬砌作业前检查衬砌机主桁架的挠度，如超出允许偏差，需对桁架进行调整，防止因主桁架挠度过大而造成坡面衬砌厚度不均，中间部位衬砌厚度达不到要求；③在衬砌机定位后，铺料前沿衬砌机每隔2m检查一点，确保厚度误差在+10%～-5%以内。
4.2混凝土密实度控制
DZ-1型振动碾压式渠道衬砌机是利用主梁下部衬砌系统中固定好的软轴振捣棒随衬砌小车行走振动，碾压辊碾压，单幅振动碾压1遍，衬砌小车衬砌单幅爬坡行走速度控制在11～14s/m。PHZ系列渠坡衬砌机是利用衬砌机的振动格栅初振，再使用桁架式悬挂的平板振动器复振，确保混凝土板面密实，衬砌机沿渠轴线振动行走速度控制在25～35s/m。坡顶水平护肩与渠坡底齿槽混凝土由于衬砌机附带振捣系统无法振捣，以及模板附近振捣不到位的边角部位，使用手持式振捣棒振捣至密实。开仓前及浇筑过程中经常检查衬砌机附带的振捣系统，防止出现个别振动器失效而导致振动总功率达不到要求，发现振动器失效及时更换。
4.3平整度控制
混凝土表面平整度应控制在8mm/2m以内，坡面混凝土摊铺振动密实后，使用抹面机收面抹平，随后再由人工在斜坡移动踏步上采用铝合金靠尺随时检查，不符合要求时，及时处理，使之达到设计要求。
4.4与交叉建筑物结合部位人工衬砌施工
渠道与桥梁、渡槽等建筑物结合部位以及边坡的踏步等部位，无法采用机械化衬砌施工时，采用人工衬砌施工。根据设计分缝的位置支立模板，采用溜槽、吊车或小型皮带机等设备布料，人工平仓，施工中严禁以振代平。仓内有粗骨料堆积时，将堆积的骨料均匀散铺，并加强振捣。踏步部位施工采用定型模板一次浇筑成型。混凝土振捣根据浇筑工作面的尺寸采用振捣器或微振梁，齿槽深度较大部位采用插入式振捣棒振捣。
抹面采用刮杠粗找平，人工操作手扶式电动抹盘抹面，人工采用钢抹子抹面压光。
4.5抹面
砼摊铺、振捣完成后，采用自动抹面机进行抹面，在混凝土初凝前、作业面幅宽＞2m，即可开始抹面。抹面机抹2遍后，再采用人工抹面，人工抹面采用桁架平台作业，主要针对抹面机抹过以后有抹痕、不平整的部位，先采用木抹子搓平，再用铁抹子收面压光。抹面压光过程中用2m靠尺随时检测平整度，保证平整度偏差在8mm/2m以内。
4.6衬砌板养护
在4至8月份干热风天气施工时，混凝土浇筑完成后立即采用土工布进行覆盖、洒水养护，改善混凝土部位环境湿度，对衬砌混凝土湿润养护不少于28天。；气温较低时节施工时，浇筑完成后采用涂刷养护剂的方法养护。
4.7伸缩缝施工
根据设计要求，渠道过水断面衬砌板横缝为通缝和半缝间隔布置，每4米一道缝，满足沉降变形和伸缩要求。渠坡纵缝也分为通缝和半缝两种，渠坡中间设一道通缝，其他为半缝，缝宽均为10mm，缝内填充10mm厚的闭孔泡沫塑料板，上部填充2cm厚的聚硫密封胶。渠坡横向通缝根据每班（浇筑仓）施工段长度预留一道施工通缝，渠坡中间的一道纵向通缝以及其他横向通缝和所有半缝均采取后切缝施工。（1）切缝施工切缝施工在衬砌混凝土抗压强度达到1MPa～5MPa时进行，或按切缝时间控制在砼的成熟度为500～600（℃•h）时比较好。例如在5、6月份日平均气温在25℃左右时，混凝土浇筑完后约24小时即可进行切缝施工。切缝前应按设计分缝位置，用墨斗在衬砌混凝土表面弹出切缝线。坡面横缝由坡脚向坡肩切割。坡肩上固定一手动辘轳，将辘轳上的钢丝绳与切割机相连。切割时，一人操作切割机，控制切割深度和直线度。另一人控制切割速度，匀速摇动坡肩上的辘轳，牵引切割机以适宜的速度向坡肩移动。坡面纵缝采用简易支撑架支撑切割机进行切割。由坡脚开始向坡肩依次切割。简易支撑架由在已经切割完成的分缝内插入固定钢钎，钢钎上纵向放置槽钢，槽钢上横向放置支撑方木，方木上端再放置纵向槽钢，相当于一个简易的工作托架，根据待切缝的位置可以调整或更换横向支撑方木的长度。操作人员推动切割机在上部的纵向槽钢上行走完成切割工作，坡肩、齿槽等部位采用人工导向切割。半缝：深度为混凝土板厚的0.5倍，所有半缝采取后切缝施工；通缝：预留缝为贯穿混凝土板厚度，切缝深度为混凝土板厚的-1cm。切缝时按照图纸要求进行，确保缝边不损坏、缝线顺直，缝宽允许偏差在0mm～+3mm，顺直度≤15mm/20m，深度允许偏差在-5mm～0mm，通缝切割时深度偏差控制在负差范围内（即板厚的-1.5cm），以确保不伤害土工膜。施工时要严格掌握切割时机，并配备足够的割缝设备，尽快将割缝完成，防止因混凝土的收缩产生裂缝。（2）特殊缝的处理对于坡脚处齿墙深度较大部位的通缝，采取在通缝处预先埋设闭孔泡沫板的方法，以保证通缝的质量。（3）伸缩缝的清理施工预留通缝待伸缩缝两侧的衬砌混凝土达到一定强度后，取掉上部2cm的预留隔缝物，将缝清理干净，即可进行聚硫密封胶注胶施工。切割缝的缝面采用钢丝刷、手提式砂轮机修整，用空气压缩机将缝内的灰尘与余渣吹净。填充前保持缝面洁净干燥，检查缝宽、缝深。采用专用工具将闭孔泡沫塑料板压入缝内，并保证上层填充密封胶的深度符合设计要求。（4）密封胶填充施工在清理完成的伸缩缝两侧粘贴胶带。胶带宽一般为3～5cm，胶带距伸缩缝边缘为0.5cm。以防污染基面，注胶完成后，再将胶带揭除。本工程采用双组分聚硫密封胶作为封缝材料，胶体在出厂时已按照标准配比分桶封装。注胶前先用毛刷在清理干净的伸缩缝两侧均匀地刷涂一层底涂料，待20～30min后，用注胶枪向伸缩缝中注胶并压实，保证涂胶深度。注胶应饱满，用刮刀压紧刮平，压力注胶后应及时检查，如有凹凸不平、气泡、粗糙外溢、表面脱胶、下垂等现象应及时修补整齐。
密封胶表面干燥及固化期间，应注意保护，避免雨水等侵入缝内。
5.质量保证措施
（1）施工前进行技术交底，使参建人员熟悉相关施工图纸、施工规范、技术要求和验收标准。（2）加强施工中的质量控制和检查工作，测量员准确测放轴线、几何尺寸、标高、平面位置等控制参数，用于指导施工。（3）严格把好原材料及中间产品质量关。衬砌混凝土实行拌和站集中拌制、分别供应的生产方式，每批进场原材料均要按要求进行取样检测或验收，只有报验合格的原材料才能用于施工。（4）各施工工序均应按要求进行检查和报验，经验收合格后方可进入下一工序施工，杜绝工程质量隐患。（5）拌和站有专职试验人员值班，拌和站拌和混凝土过程中，严格控制坍落度。浇筑过程中随时检测混凝土坍落度，视浇筑时的环境温度、浇筑强度、渠坡变化等因素加强检测，适时控制调整，并作好混凝土拌和记录。（6）每次浇筑混凝土前均要对模板系统进行测量校核，以保证混凝土衬砌厚度。每次工作完毕后，必须将模板上面的杂物清理干净，输送溜槽要用清水冲洗干净，严禁残留有物料。（7）衬砌施工过程中，将每台衬砌机各工序负责人落实到人，挂牌上岗，实行严格的质量责任追究制度。主要包括内容为：每台衬砌机总负责人、现场质量技术负责人、渠床整理负责人、保温板铺设负责人、土工膜铺设及焊接检测负责人，衬砌机操作负责人、衬砌混凝土浇筑负责人（含坡脚、坡肩重要部位）、收（抹）面负责人、养护负责人、切缝负责人、聚硫密封胶填充负责人等。（8）人工抹面要视气温和浇筑强度的变化而增加或减少人员以确保衬砌混凝土表面光滑平整，必要时人工压面多压1～2遍。（9）所有作业人员上岗前必须经过专业培训，对混凝土施工要点充分的掌握以后才能上岗操作，施工中严格按照操作规程及施工规范作业，保证衬砌混凝土达到相关质量要求。（10）根据以往渠道衬砌施工经验教训，在衬砌施工全过程中，均要按渠道衬砌施工“九不准”与“九控制”执行，严格进行施工过程控制。“九不准”“九控制”具体内容如下：1）渠道施工过程九不准①不准在渠道削坡达不到技术要求的情况下进行下一道工序的施工；②不准使用出现缺角、断裂、尺寸不够、局部凹陷的保温板；③不准已铺设的保温板出现空洞、翘起现象；④不准对铺设完成的保温板、土工膜随意踩踏；⑤不准使用不合格的混凝土原材料和不合格的混凝土拌合物；⑥不准随意调整混凝土施工配比和塌落度，对浇筑的混凝土，要有专业的质控人员进行操作；⑦不准在混凝土浇筑过程中，出现过振、漏振现象，保证边角混凝土振捣到位；⑧不准在混凝土浇筑过程中出现加水或水泥砂浆抹面现象，要用原浆抹面；⑨不准在混凝土浇筑完成后，在混凝土面上随意行走，抹面、压光时作业人员应在防护板上作业。2）渠道施工过程九控制①严格控制衬砌机设备型号；②严格控制削坡质量，保证削坡尺寸；③严格控制保温板铺设，铺设要铺实；④严格控制土工膜铺设和焊接质量；⑤严格控制混凝土出机口坍落度、含气量，和混凝土拌合物运输、卸料时间；⑥严格控制混凝土浇筑时间和工艺，振捣密实，原浆抹面；⑦严格控制混凝土养护，养护时间不少于28天，做好保温、保湿措施；⑧严格控制混凝土割缝时间，保证切缝的质量和清洁；⑨严格控制双组聚硫密封胶配合比例和使用时间。
6.结束语
综上所述，水工建筑如果出现混凝土裂缝，会直接对整体工程质量造成影响，这一问题的解决一方面能够提高水利工程稳定性，另一方面还可以延长建筑使用期限，对于建筑业发展有重要作用。
参考文献：
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[2]苏斌.水工建筑中存在质量问题及防治措施[J].绿色环保建材，2016（10）：159.