船闸大体积混凝土裂缝防治技术研究与应用

徐文吉

（中交二航局第三工程有限公司，江苏镇江212000）

0 引言

船闸工程多为大体积混凝土结构，大体积混凝土本就裂缝多发且难以防治，再加上船闸结构自身的一些构造特点及施工工艺的问题，船闸结构的裂缝问题更为突出，若处置不当，将会给船闸结构的耐久性造成严重的影响，因此船闸大体积混凝土裂缝防治是船闸工程施工质量控制的一项重要工作。

1 易出现裂缝的位置

1.1 闸室、闸首底板裂缝

闸室、闸首底板通常体积较大，结构尺寸通常为厚2m 左右、宽15m 左右，长度30m 左右，施工时一块底板分三次浇筑完成（中底板、两块边底板），浇筑完成按照正常工艺养护拆模后，底板侧面往往会出现裂缝，裂缝呈现不均匀分布，在混凝土结构侧面裂缝基本为竖向裂缝，裂缝长度基本与底板的高度相同。

1.2 闸墙倒角、墙身裂缝

闸室墙每段长度多为15m 左右，闸室施工时工艺顺序基本为先浇筑底板，后浇筑闸墙倒角，再整体一次浇筑闸室墙身。闸墙倒角及闸室墙身浇筑完成后，出现裂缝的情况也很多。闸室倒角出现裂缝多在闸墙长度三等分或四等分的位置，裂缝沿竖直方向发展，每段倒角出现的裂缝为2～3 条。闸室墙身的裂缝也比较常见，闸室墙身裂缝从倒角接触面开始竖直向上发展，裂缝出现的规律为上宽下窄。

1.3 闸首边墩裂缝

闸首边墩除廊道顶板外，其余部位结构断面尺寸相对较薄，且结构断面尺寸变化也较大，闸首边墩裂缝多出现在闸首头部环形输水廊道外侧拐弯段，阀门井处等断面薄弱部位，裂缝基本为竖向裂缝。

1.4 闸室底板后期裂缝

部分闸室结构闸室底板未设置后浇带，整块底板为一次性浇筑完成，底板浇筑完成后依次浇筑闸墙倒角及闸室墙身。在闸室墙身浇筑完成后，闸室底板在距闸墙倒角底边线2～3m 的位置出现纵向裂缝，裂缝长度沿闸室纵向全长布置，裂缝宽度比其他部位出现的裂缝宽。

2 裂缝产生的原因

2.1 闸室、闸首底板裂缝产生的主要原因

闸室、闸首底板均为大体积混凝土结构，施工时结构本身不受外部约束等因素的影响，底板混凝土采用正常的工艺施工，未采取内部降温措施的情况下，内外温差能达到40℃以上，根据相关规范要求，通常大体积混凝土内外温差不宜超过25℃，现场实测结果已超出规范要求。在无其他外部影响因素的情况下，可以判断裂缝产生的原因主要为内外温差过大，导致温度裂缝。产生机理：混凝土中水泥在凝结硬化过程中会产生水化热，伴随着水泥等产生的水化热，使混凝土的温度升高而产生体积膨胀，其后由于水化热释放完毕，混凝土的温度下降，表层混凝土因温度下降而产生收缩，但内部混凝土仍处于温度膨胀状态，内部的混凝土产生压应力，表层的混凝土产生拉应力，当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生开裂[1]。另外，环境温度对混凝土开裂也会造成很大影响，尤其是环境温度较低时。因环境温度较低导致表层混凝土温度降低更快，加剧了混凝土结构的内外温差，更易导致结构产生裂缝。

2.2 闸墙倒角裂缝产生的主要原因

闸墙墙身及倒角混凝土本身也是大体积混凝土，闸墙结构施工完成产生裂缝，大体积混凝土内外温差是其产生裂缝的一个原因。但通过相同结构、不同的工程项目，采用不同的施工工艺发现：闸室底板和闸墙倒角分开间隔一段时间浇筑，施工完成后，闸墙墙身倒角出现的竖向裂缝较多；闸室底板和闸墙倒角采用一次浇筑工艺，施工完成后，闸墙墙身倒角出现的竖向裂缝较少。综合大体积混凝土施工及各种工艺施工的结构出现裂缝的情况分析，裂缝的产生是混凝土结构的内外温差和混凝土自身收缩综合作用的结果[2]。

内外温差变形受外部约束的影响：混凝土浇筑完成后由于水泥水化热，混凝土温度升高产生膨胀，但受到底板的约束；降温后混凝土转变为收缩，同样受到底板的约束而产生平行于构件轴向的拉力，而产生裂缝。

混凝土自身受外部约束的影响：混凝土在凝结过程中水泥的水化反应和混凝土内自由水的蒸发都会引起混凝土自身收缩。由于间隔浇筑，闸墙倒角、墙身混凝土收缩时，底板混凝土已经基本收缩完成，就会对闸墙倒角、墙身混凝土的收缩产生约束，导致闸墙倒角、墙身混凝土开裂。

2.3 闸首边墩裂缝产生的主要原因

闸首边墩混凝土也属于大体积混凝土，其混凝土浇筑后不可避免地也会产生内外温差及混凝土收缩，这些都是其开裂的部分原因，但是根据几个类似项目实施情况观察发现：闸首边墩的裂缝主要分布在结构截面变化较大的位置，以及阀门井等预留了二次浇筑混凝土导致结构薄弱的地方，裂缝基本为竖向裂缝。结合裂缝出现的位置分析，闸首边墩裂缝是混凝土内外温差，自身收缩及应力集中综合作用的结果。

2.4 闸室底板裂缝产生的原因

通常闸室底板上会设两条后浇带，将底板分成三块，待闸室墙身施工完成且沉降稳定后，再浇筑后浇带混凝土。某项目地质条件较好，设计经分析计算后，认为沉降较少而未设后浇带，底板施工时一次浇筑完成，而后逐步浇筑完成墙身施工。在闸室墙身施工前，底板顶面未见有裂缝，待墙身混凝土浇筑完成后，发现底板两端局闸墙倒角底边线2～3m 的地方，出现沿闸室轴线通长的裂缝。结合裂缝出现的时间及以往相同项目经验分析，该裂缝为闸室底板增加了墙身荷载后产生的应力裂缝。

3 防治措施及效果

3.1 闸首、闸室底板裂缝的防治措施

闸首、闸室底板施工时基本不受外部条件的约束，其裂缝的产生主要原因在于混凝土结构内外温差过大，温度应力超过混凝土的抗拉强度，造成混凝土开裂。该类裂缝防治的主要任务是控制温差，具体为：降低混凝土内部温度，减小总温差；提高混凝土表面温度，降低内外温差；延缓混凝土降温速度，充分发挥混凝土的徐变特性。

温控的具体措施主要有：选用低水化热的水泥，并以部分粉煤灰、矿粉置换水泥；尽量降低单方混凝土中水泥用量，使用缓凝剂；降低混凝土的浇筑温度；在混凝土内部埋设冷却管，通冷却水降温；混凝土表面蓄热保温养护；降低混凝土的坍落度等等。结合船闸工程闸室、闸首施工的特点，选用埋冷却管和混凝土表面蓄热养护，降低混凝土内外温差的方法，成本较高，不够经济且难以实现。综合考虑从剩余其他几个方面入手，降低混凝土内外温差，防止温度裂缝发生[3]。

具体措施如下：优化配合比，掺粉煤灰和矿粉、减少水泥单位用量；掺高效减水剂，减少单位用水量；改变传统泵送浇筑工艺为料斗吊运入仓的浇筑工艺，最大限度地降低坍落度（混凝土坍落度由16cm 降低到8cm）；搅拌站设置冷水机组，夏季施工混凝土搅拌时，采用冷水搅拌降低混凝土入模温度，混凝土浇筑时采用分层分块的浇筑方式，降低浇筑速度和浇筑层的厚度，同时设置仓面喷雾机喷雾，利用浇筑层面散热等。通过以上综合措施的应用，后期浇筑的底板混凝土温度裂缝明显减少，裂缝数量减少50%以上，取得较好的效果。

3.2 闸墙倒角裂缝的防治措施

闸墙倒角混凝土裂缝是混凝土内外温差及收缩综合作用的结果，其中混凝土收缩到约束是该位置混凝土开裂的主要原因，防治措施除上述降低混凝土结构内外温差外，主要是想办法解除或是减少外部对混凝土收缩的约束，具体措施如下：一是改变施工顺序，将原来的闸室底板和闸墙倒角分开浇筑工艺，改为闸室底板和闸墙倒角一次性浇筑，让倒角混凝土的收缩和底板混凝土的收缩一致，解除底板混凝土对倒角混凝土收缩的约束。二是在闸室倒角长度方向设置两条后浇带，将闸墙倒角分成三段，待倒角混凝土浇筑完成，养护期结束后，再用微膨胀混凝土浇筑后浇带，减少底板对倒角混凝土收缩的约束。以上两种措施在不同的项目上实施过，通过各个工程实施情况看：采用倒角和底板一次浇筑工艺的措施，倒角裂缝没能完全避免，但裂缝数量明显减少；采用设置后浇带的措施，倒角施工完成，基本没有出现裂缝，裂缝防治效果最好，但该工艺相对较为烦琐。

3.3 闸首边墩裂缝的防治措施

闸首边墩出现裂缝的原因主要为结构突变，导致应力集中。针对此类情况，采取设置后浇带的措施，即在结构突变、薄弱的地方设置1m 宽的后浇带，待结构全部浇筑完成，养护期结束后，再用微膨胀混凝土浇筑后浇带。通过不同项目的实施情况看，该措施的实施也基本避免了应力集中位置裂缝的出现。

3.4 闸室底板后期裂缝的防治措施

闸室底板后期裂缝主要为闸室墙身浇筑后，荷载增加引起的应力裂缝。要避免此类裂缝，可在闸室底板设置施工宽缝，将底板分成三块，待闸室墙身浇筑完成且沉降稳定后，再浇筑施工宽缝，将底板连成整体。通过不同项目的实施情况来看，也证明了在底板设置施工宽缝基本能避免底板应力裂缝的出现。但施工过程中也需注意：在闸室内未充水之前，必须保证地下水位始终在底板以下，不得让水位上涨，使底板受到浮托力。

4 结语

船闸大体积混凝土裂缝是船闸工程中比较常见的现象。导致裂缝的原因有很多，其性质、产生机理及预防措施也各不相同，裂缝防治也比较困难。船闸大体积混凝土的裂缝防治是一项比较复杂的技术，现阶段虽不能完全控制、避免裂缝的出现，但只要找准不同结构各个部位出现裂缝的原因，综合应用各项有针对性的措施，同时注意施工过程中细节的把控，就能有效地减轻、控制大体积混凝土的裂缝问题。