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摘要：大型闸站的底板、流道一般多为大体积、变截面钢筋混凝土结构，在施工中最常见的缺陷就是混凝土裂缝。本文结合兰溪市钱塘江堤防加固工程二期---马达溪排涝闸站工程，分析了大体积混凝土裂缝的产生机理，提出了裂缝的控制措施。
关键词： 大型闸站;大体积混凝土;裂缝产生机理;控制措施
1 工程概况
兰溪市钱塘江堤防加固工程二期---马达溪排涝闸站位于马达溪汇入衢江金华江的入口处，为大（2）型工程。泵站排涝规模71m3/s，布置有5台竖井贯流泵，总装机功率4×1300kW;泄洪闸总净宽30m，共5孔，设计排水流量285m3/s。闸站上游为马达溪，两岸堤防防洪标准为20年一遇;闸站下游为金华江，两岸堤防防洪标准为50年一遇。
泵站布置有4条流道，采用分段式钢筋混凝土结构，具体分块方式为：3#、4#流道顺水流方向为1段，长度38.00m;垂直水流方向也为1段，长度20.10m;1#、2#流道顺水流方向分成2段，长度分别为20.75m、17.25m，总长38.00m;垂直水流方向同3#、4#流道为1段，长度20.10m。流道底高程22.30m，顶高程28.00m，壁厚1.30～6.40m，流道为变截面体型，由进水口矩形截面逐渐变至叶轮处的圆形，再由叶轮处的圆形逐渐变至出水口的矩形。泵站底板共分成2段，长度均为38.00m，宽度均为20.10m，厚度1.80m，内部设置间距0.8m的冷却水管。泵站流道施工完成、拆模后检查发现，3#、4#流道内壁均出现3～6道竖向表面裂缝，裂缝宽度0.1～1.0mm;而1#、2#流道及底板均未出現明显裂缝。
2 裂缝产生机理分析
针对上述泵站底板与流道各分块出现的裂缝问题，参见各方及项目组对混凝土裂缝产生的机理及控制措施进行了深入的讨论分析。通过对比我们发现，泵站底板与3#、4#流道分块尺寸相近，而底板内设置的冷却水管对控制混凝土裂缝起到了关键作用;1#、2#流道与3#、4#流道相比，1#、2#流道更小的混凝土区块也对控制混凝土裂缝起到了重要作用。
2.1 塑性裂缝
混凝土浇筑入仓后至初凝前，受自重作用混凝土骨料在水泥浆体中缓慢下沉，浆体中的水上浮，使混凝土出现泌水现象。下沉过程中钢筋上部骨料受到阻挡，而两侧及下部骨料继续下沉，此时混凝土沿钢筋的分布方向会产生表面裂缝，此类骨料下沉引起的裂缝一般发生在混凝土保护层内，缝宽1mm以内。本工程采用了泵送商品混凝土，由于流动性与和易性的要求较高，塑性裂缝影响较大。
2.2 温度裂缝
混凝土浇筑过程中，内外温差是导致混凝土开裂的主要原因之一。混凝土具有热胀冷缩的特性，其膨胀系数一般为1.0×10-5/℃，当混凝土温度发生变化时会产生温度变形。实际施工过程中，混凝土的温度变形与其受到的约束有关，在各种约束作用下，混凝土产生温度应力，在应力作用下当温度变形超过混凝土的极限拉伸值时混凝土便容易开裂。
施工时，混凝土入仓后，在内外温差作用下内部混凝土膨胀变形速度快于表面，表面受到内部混凝土的约束，加之干缩应力及此时混凝土强度较低等因素，导致表面混凝土很容易开裂。混凝土温度开始下降后，由于表面温度降低较快，表面收缩变形速度快于内部，表面混凝土受到内部混凝土的约束，此时表面混凝土同样容易开裂。
2.3 干缩裂缝
混凝土浇筑后，表面水分散失快，体积收缩大，而内部湿度变化很小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，容易引起混凝土表面开裂。或者构件水分蒸发，产生体积收缩受到地基的约束，从而出现干缩裂缝。此类裂缝一般发生在混凝土表面，宽度较细，其走向纵横交错，没有规律。整体性结构多发生在截面突变处，大体积混凝土多发生在平面部位，并随湿度和温度变化逐渐发展。
2.4 自身体积收缩裂缝
根据毛细管张力理论，混凝土中毛细管孔隙在水化反应过程中逐渐失水，毛细管逐渐变形产生毛细压力，使混凝土产生体积收缩。随着混凝土水灰比增大，混凝土中毛细管孔隙也逐渐增加，混凝土失水导致的收缩也增大，在受到模板等外部约束作用下混凝土产生的拉应力也就越大。
3 裂缝控制措施
3.1 合理选择混凝土材料
1）采用低热水泥。影响混凝土温升的材料因素包括：水泥品种、水泥用量、混合材料品种和用量等。2）采用热学性能好的骨料。3）减少胶凝材料用量，调整混凝土骨料级配。提高混凝土骨料的最大粒径，可以减少水泥用量。4）掺外加剂。外加剂能改善混凝土的和易性，延缓混凝土凝结时间，提高混凝土早期强度和混凝土质量。
3.2 合理选择浇筑时间
1）避开高温季节施工。混凝土的水化反应是放热反应，而混凝土又是热的不良导体，混凝土内部热量很难散发出去，因此混凝土的施工应避开夏季高温时间，尤其要避开夏季中午时段的施工，可以选择温度低的夜间进行施工。2）避开严寒季节施工。在低温情况下，混凝土内外温差大，内外变形差异也大，容易产生温度裂缝。
3.3 控制混凝土的温度
1）控制混凝土的入仓温度。主要通过降低混凝土各拌合料的温度：降低拌合用水的温度;降低骨料的温度;在混凝土运输过程中采取遮阳防晒，在罐车的储料斗上洒冷水等。2）控制温升幅度。主要通过在混凝土里埋设冷却水管，用冷却水循环带走混凝土的热量，从而降低混凝土的温升峰值来减小混凝土的温差。本工程施工时，要求入仓温度不高于25℃，并采用冷却水管控制底板内部最高温度不超过48℃，内部与表面温差不大于10℃，有效控制温度应力。
3.4 调整布局，优化设计
1）从整体布局角度出发，对建筑物的基础、构造等进行合理的设计，将基础布置于稳定、坚固的地基上，控制不均匀沉降，尽量避免出现沉降裂缝。2）调整结构分块布局，削减大体积混凝土。合理的分缝分块能够增大混凝土的散热面积，使热量容易散发，有利于裂缝的控制。由于流道长度较大，可以考虑设置流道横向缝，设置位置一般在应力集中部位。如本工程1#、2#流道横向缝设于廊道下游侧截面突变位置，且设计采用细筋密布的方法，以适应温度变化产生的应力。
3.5 改善混凝土养护
在混凝土表面进行保温保湿覆盖可有效减少混凝土与周围环境的热量及湿度交换，减少表面裂缝的产生。在浇筑完毕后，尽快对混凝土加以覆盖并保湿养护，时间不得少于7天。对泵站底板，先覆盖一层草袋或土工布，然后在上面加盖一层防水塑料膜。
4 结语
大型闸站的底板、流道一般均为大体积、变截面钢筋混凝土结构，在施工中最常见的缺陷就是混凝土裂缝，极易因防裂措施不当影响闸站的质量和使用。本文结合兰溪市钱塘江堤防加固工程二期---马达溪排涝闸站工程，分析了大体积混凝土裂缝的产生机理，其主要分为塑性裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、自身体积收缩裂缝等，并提出了裂缝的控制措施，为闸站混凝土裂缝的防治提供了可借鉴的方法和手段。
参考文献：
[1] 刘光临，刘梅清. 大型泵站水工建筑物裂缝分析[J].武汉水利电力大学学报，1997（4）.
[2] 高延红，黄桂林，张俊芝. 泵站混凝土裂缝原因及预防[J].南昌水专学报，2001，20（1）.
[3] 程 丽. 浅论泵站底板混凝土的防裂措施[J].山西建筑，2009，35（20）.
[4] 张 巍. 澥浦闸站流道大体积混凝土温控技术简析[J].浙江水利科技，2019（4）.
关键词： 大型闸站;大体积混凝土;裂缝产生机理;控制措施
1 工程概况
兰溪市钱塘江堤防加固工程二期---马达溪排涝闸站位于马达溪汇入衢江金华江的入口处，为大（2）型工程。泵站排涝规模71m3/s，布置有5台竖井贯流泵，总装机功率4×1300kW;泄洪闸总净宽30m，共5孔，设计排水流量285m3/s。闸站上游为马达溪，两岸堤防防洪标准为20年一遇;闸站下游为金华江，两岸堤防防洪标准为50年一遇。
泵站布置有4条流道，采用分段式钢筋混凝土结构，具体分块方式为：3#、4#流道顺水流方向为1段，长度38.00m;垂直水流方向也为1段，长度20.10m;1#、2#流道顺水流方向分成2段，长度分别为20.75m、17.25m，总长38.00m;垂直水流方向同3#、4#流道为1段，长度20.10m。流道底高程22.30m，顶高程28.00m，壁厚1.30～6.40m，流道为变截面体型，由进水口矩形截面逐渐变至叶轮处的圆形，再由叶轮处的圆形逐渐变至出水口的矩形。泵站底板共分成2段，长度均为38.00m，宽度均为20.10m，厚度1.80m，内部设置间距0.8m的冷却水管。泵站流道施工完成、拆模后检查发现，3#、4#流道内壁均出现3～6道竖向表面裂缝，裂缝宽度0.1～1.0mm;而1#、2#流道及底板均未出現明显裂缝。
2 裂缝产生机理分析
针对上述泵站底板与流道各分块出现的裂缝问题，参见各方及项目组对混凝土裂缝产生的机理及控制措施进行了深入的讨论分析。通过对比我们发现，泵站底板与3#、4#流道分块尺寸相近，而底板内设置的冷却水管对控制混凝土裂缝起到了关键作用;1#、2#流道与3#、4#流道相比，1#、2#流道更小的混凝土区块也对控制混凝土裂缝起到了重要作用。
2.1 塑性裂缝
混凝土浇筑入仓后至初凝前，受自重作用混凝土骨料在水泥浆体中缓慢下沉，浆体中的水上浮，使混凝土出现泌水现象。下沉过程中钢筋上部骨料受到阻挡，而两侧及下部骨料继续下沉，此时混凝土沿钢筋的分布方向会产生表面裂缝，此类骨料下沉引起的裂缝一般发生在混凝土保护层内，缝宽1mm以内。本工程采用了泵送商品混凝土，由于流动性与和易性的要求较高，塑性裂缝影响较大。
2.2 温度裂缝
混凝土浇筑过程中，内外温差是导致混凝土开裂的主要原因之一。混凝土具有热胀冷缩的特性，其膨胀系数一般为1.0×10-5/℃，当混凝土温度发生变化时会产生温度变形。实际施工过程中，混凝土的温度变形与其受到的约束有关，在各种约束作用下，混凝土产生温度应力，在应力作用下当温度变形超过混凝土的极限拉伸值时混凝土便容易开裂。
施工时，混凝土入仓后，在内外温差作用下内部混凝土膨胀变形速度快于表面，表面受到内部混凝土的约束，加之干缩应力及此时混凝土强度较低等因素，导致表面混凝土很容易开裂。混凝土温度开始下降后，由于表面温度降低较快，表面收缩变形速度快于内部，表面混凝土受到内部混凝土的约束，此时表面混凝土同样容易开裂。
2.3 干缩裂缝
混凝土浇筑后，表面水分散失快，体积收缩大，而内部湿度变化很小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，容易引起混凝土表面开裂。或者构件水分蒸发，产生体积收缩受到地基的约束，从而出现干缩裂缝。此类裂缝一般发生在混凝土表面，宽度较细，其走向纵横交错，没有规律。整体性结构多发生在截面突变处，大体积混凝土多发生在平面部位，并随湿度和温度变化逐渐发展。
2.4 自身体积收缩裂缝
根据毛细管张力理论，混凝土中毛细管孔隙在水化反应过程中逐渐失水，毛细管逐渐变形产生毛细压力，使混凝土产生体积收缩。随着混凝土水灰比增大，混凝土中毛细管孔隙也逐渐增加，混凝土失水导致的收缩也增大，在受到模板等外部约束作用下混凝土产生的拉应力也就越大。
3 裂缝控制措施
3.1 合理选择混凝土材料
1）采用低热水泥。影响混凝土温升的材料因素包括：水泥品种、水泥用量、混合材料品种和用量等。2）采用热学性能好的骨料。3）减少胶凝材料用量，调整混凝土骨料级配。提高混凝土骨料的最大粒径，可以减少水泥用量。4）掺外加剂。外加剂能改善混凝土的和易性，延缓混凝土凝结时间，提高混凝土早期强度和混凝土质量。
3.2 合理选择浇筑时间
1）避开高温季节施工。混凝土的水化反应是放热反应，而混凝土又是热的不良导体，混凝土内部热量很难散发出去，因此混凝土的施工应避开夏季高温时间，尤其要避开夏季中午时段的施工，可以选择温度低的夜间进行施工。2）避开严寒季节施工。在低温情况下，混凝土内外温差大，内外变形差异也大，容易产生温度裂缝。
3.3 控制混凝土的温度
1）控制混凝土的入仓温度。主要通过降低混凝土各拌合料的温度：降低拌合用水的温度;降低骨料的温度;在混凝土运输过程中采取遮阳防晒，在罐车的储料斗上洒冷水等。2）控制温升幅度。主要通过在混凝土里埋设冷却水管，用冷却水循环带走混凝土的热量，从而降低混凝土的温升峰值来减小混凝土的温差。本工程施工时，要求入仓温度不高于25℃，并采用冷却水管控制底板内部最高温度不超过48℃，内部与表面温差不大于10℃，有效控制温度应力。
3.4 调整布局，优化设计
1）从整体布局角度出发，对建筑物的基础、构造等进行合理的设计，将基础布置于稳定、坚固的地基上，控制不均匀沉降，尽量避免出现沉降裂缝。2）调整结构分块布局，削减大体积混凝土。合理的分缝分块能够增大混凝土的散热面积，使热量容易散发，有利于裂缝的控制。由于流道长度较大，可以考虑设置流道横向缝，设置位置一般在应力集中部位。如本工程1#、2#流道横向缝设于廊道下游侧截面突变位置，且设计采用细筋密布的方法，以适应温度变化产生的应力。
3.5 改善混凝土养护
在混凝土表面进行保温保湿覆盖可有效减少混凝土与周围环境的热量及湿度交换，减少表面裂缝的产生。在浇筑完毕后，尽快对混凝土加以覆盖并保湿养护，时间不得少于7天。对泵站底板，先覆盖一层草袋或土工布，然后在上面加盖一层防水塑料膜。
4 结语
大型闸站的底板、流道一般均为大体积、变截面钢筋混凝土结构，在施工中最常见的缺陷就是混凝土裂缝，极易因防裂措施不当影响闸站的质量和使用。本文结合兰溪市钱塘江堤防加固工程二期---马达溪排涝闸站工程，分析了大体积混凝土裂缝的产生机理，其主要分为塑性裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、自身体积收缩裂缝等，并提出了裂缝的控制措施，为闸站混凝土裂缝的防治提供了可借鉴的方法和手段。
参考文献：
[1] 刘光临，刘梅清. 大型泵站水工建筑物裂缝分析[J].武汉水利电力大学学报，1997（4）.
[2] 高延红，黄桂林，张俊芝. 泵站混凝土裂缝原因及预防[J].南昌水专学报，2001，20（1）.
[3] 程 丽. 浅论泵站底板混凝土的防裂措施[J].山西建筑，2009，35（20）.
[4] 张 巍. 澥浦闸站流道大体积混凝土温控技术简析[J].浙江水利科技，2019（4）.