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摘要：本文分析了水工墩墙混凝土裂缝的成因，并提出了相应的防裂措施，供大家参考。
Abstract：This paper analyzes the causes of cracks in concrete hydraulic pier, and the crack control measures, for your reference.
关键词：水工墩墙；混凝土裂缝；成因
Keywords: hydraulic pier wall; concrete cracks; causes
中图分类号：TU377文献标识码： A 文章编号：
1前言
水工墩墙结构是一种典型的水利工程结构形式，广泛分布于水闸、涵洞、挡土墙等工程中。由于水工墩墙较窄，一般为1m左右，加上施工设备的改进，现在大多采用泵送混凝土或商品混凝土，在相当多的工程中墩墙产生了大量的表面裂缝甚至贯穿裂缝。这不仅破坏了结构的整体性，影响结构的受力状况与稳定，使结构的运行带来不确定性，而且容易导致内部钢筋锈蚀，降低结构的耐久性，有时还会引起渗透变形，危及基础的稳定性。因此，在设计和施工中注意防裂措施，有特别重要的意义。
2 水工墩墙裂缝的成因
墩墙混凝土裂缝的形成原因是复杂的，除结构布置不合理、地基不均匀沉降等因素引发的结构裂缝外，温度变化和干缩，以及自身体积变形是混凝土墩墙结构裂缝形成的主要原因。裂缝主要有表面裂缝和贯穿裂缝两种。
(一)基础约束。底板或基础混凝土如果修筑在天然地基上，底板受到较小外部约束，出现裂缝的现象较少。如果地基为坚硬的基岩，底板就会受到较大的外部约束，开裂现象可能会比较严重。比如基础处理采用灌注桩，底板与灌注桩固结，墩墙极易产生贯穿裂缝。而底板直接在天然地基上的，或地基处理采用粉喷桩等，与底板柔性接触，就无此现象发生。
(二)内外温差影响。混凝土在浇筑过程和以后的三天内，水化热会产生较大的温度变化，由此在混凝土表面产生的裂缝，为表面裂缝；如果底板基础处理采取灌注桩的，加上基础的约束作用，表面裂缝向纵深方向发展，最后就有可能成为贯穿裂缝。
(三)收缩影响。混凝土收缩由两部分组成：一是湿度收缩(干缩)，二是自收缩(自身体积收缩)。混凝土的收缩主要是湿度收缩，即主要是由于混凝土内部水分蒸发，形成混凝土的湿度变化，收缩主要形成表面裂缝。
3墩墙混凝土裂缝的控制措施
3．1 混凝土材料的选取
混凝土材料的选取是控制因内外温差引起裂缝的主要措施，其首要一条就是要降低水化热，优先选用低热量的水泥。水泥水化热量的大小是导致混凝土温度变化的最主要因素，降低水化热能，控制温差，以减少裂缝的产生。除了选用低热量水泥外，减少水泥用量也可降低水化热。在混凝土中掺人活性混合料(如粉煤灰)，可使混凝土最高温度降低，并能延迟混凝土到达最高温度的时间，有利于热量的散发。
优化骨料级配及混凝土配合比也可有效地减小变温引起的应力。粗骨料在混凝土中占的比例很大，因此，粗骨料的矿物性质很大程度上决定了混凝土的热学性能。优先选用热学性能好的骨料是混凝土温度控制的措施之一，合理选择混凝土原材料，选择线膨胀系数小的骨料，可以有效地控制由温度引起的裂缝。
3．2 优化结构布局
设置合理的分缝和分块通仓浇筑，能够简化浇筑繁琐的后期冷却和接缝灌浆的作业程序，加快工程进度，使工程尽早投入运行。但通仓浇筑增加了浇筑块受基础约束的拉应力区的范围，也增大了浇筑块的尺寸，使其发生表面裂缝的概率增大。另外，通仓浇筑增大了仓面的尺寸，浇筑过程中更容易出现薄弱面，对混凝土浇筑的平仓振捣要求更高，且由于结构体积较大和设备能力的限制，难于一次浇筑完，所以，需要根据实际情况进行合理的分缝、分块浇筑。
合理地设置贴脚可以防止水工墩墙结构混凝土出现局部的应力集中。另外，贴脚还可起到增加结构抵抗垂直于水流方向的水平水压力的作用，增强整个结构抵抗不平衡力矩的能力，从而减小底板产生顺水流方向的裂缝。当水利工程所在的岩基比较坚硬时，可通过设置基础过渡层来处理由外部约束引起的裂缝。过渡层通常是在底板和基岩之间浇筑1层15～20cm的薄层，以实现结构的平缓过渡。过渡层材料的力学性能必须要介于软土和基岩的力学特性之间，并且要具备良好的变形性能，可以很好地适应地基的变形，防止底板裂缝的出现。
3．3 温度控制措施
混凝土温度的控制包括控制混凝土的浇筑温度和控制混凝土的温升幅度。要从2个方面着手控制混凝土温度，尽量减少裂缝的产生。下面分别讨论2种温度控制措施。
(1)混凝土的浇筑温度和外界气温密切相关。
外界的高温势必导致混凝土浇筑温度的升高，高温混凝土能加速胶凝材料的水化反应，混凝土到达最高温度的时间也就缩短了，不利于散热。控制浇筑温度首先要控制混凝土的人仓温度，使现场新拌混凝土的温度被限制在6~C左右。高温期拌和时，可在混凝土中加入冰块对其降温，应尽量在春季或秋季温度适宜的季节进行浇筑，尽量不要在炎热的夏季午问或寒冷的冬季浇筑。当必须在夏季施工时，对骨料喷淋冷水也能降低温度，其它方法如风冷骨料也能起到降温作用。风冷法有2种方式，一种是封闭拌和料仓，通过通人冷风来使骨料降温；另一种是在皮带机输送骨料时用冷风吹冷骨料。对运送混凝土的工具、泵送管路、搅拌机以及浇筑仓面要采取遮阳或降温措施，以减少外部气温对混凝土温度的影响。
(2)控制混凝土的温升幅度
主要通过水管冷却来控制混凝土的温升幅度，水管冷却可有效地降低混凝土内外温度，减小混凝土的温升幅度，且造价不高，是一种经济有效的温控措施。水管冷却通常应用于大体积混凝土中(如大坝等)，在水工墩墙结构中采用得较少，但其降温效果明显且经济，所以，仍不失为一种有效的温控防裂措施。墩墙结构中最容易开裂的部位通常在墩墙底部，所以，冷却水管一般埋设在墩墙的下半部分。虽然水管冷却出现拉应力较大，但可控制在抗拉强度之内。一般只要能保证混凝土在10d内不出现裂縫，水管冷却的混凝土一般也不会出现裂缝，且抗裂能力较强。
3．4 施工工艺控制
泵送混凝土能大幅度提高混凝土的运输速度，在现代施工中经常采用。但由于泵送混凝土水泥用量大、水灰比大、粗骨料粒径小、水化热温升高且易产生温度收缩裂缝。在浇筑墩墙混凝土时，不宜采用泵送混凝土，但在受约束较小的墩墙上部可以采用泵送混凝土来提高生产效率。
缩短底板和墩墙的浇筑间歇时间亦可减少裂缝的产生。其主要作用是缩小底板和墩墙之间弹性模量的差距，减小底板对墩墙的约束；混凝土的体积变形持续时间较长，缩短底板和墩墙的浇筑时间能使底板和墩墙的体积变形趋于一致，从而减少由于变形不一致产生的裂缝。为了减小底板对墩墙的约束，可使底板和一定高度的墩墙同时浇筑。因为与底板同时浇的墩墙高度越高，墙体所受底板的约束也就越小，但是施工也就变得越麻烦，而且施工中增加了跑模的概率，所以，和底板同时浇筑的墩墙不能太高。
4结束语
水工墩墙结构混凝土开裂的主要原因是温差、约束和收缩。因此，从防止裂缝的角度出发，所采取的工程措施都以减小这些因素的不利影响为目的。科学合理的工程措施，严格有序的施工管理，是保证工程质量、防治裂缝的重要手段。
Abstract：This paper analyzes the causes of cracks in concrete hydraulic pier, and the crack control measures, for your reference.
关键词：水工墩墙；混凝土裂缝；成因
Keywords: hydraulic pier wall; concrete cracks; causes
中图分类号：TU377文献标识码： A 文章编号：
1前言
水工墩墙结构是一种典型的水利工程结构形式，广泛分布于水闸、涵洞、挡土墙等工程中。由于水工墩墙较窄，一般为1m左右，加上施工设备的改进，现在大多采用泵送混凝土或商品混凝土，在相当多的工程中墩墙产生了大量的表面裂缝甚至贯穿裂缝。这不仅破坏了结构的整体性，影响结构的受力状况与稳定，使结构的运行带来不确定性，而且容易导致内部钢筋锈蚀，降低结构的耐久性，有时还会引起渗透变形，危及基础的稳定性。因此，在设计和施工中注意防裂措施，有特别重要的意义。
2 水工墩墙裂缝的成因
墩墙混凝土裂缝的形成原因是复杂的，除结构布置不合理、地基不均匀沉降等因素引发的结构裂缝外，温度变化和干缩，以及自身体积变形是混凝土墩墙结构裂缝形成的主要原因。裂缝主要有表面裂缝和贯穿裂缝两种。
(一)基础约束。底板或基础混凝土如果修筑在天然地基上，底板受到较小外部约束，出现裂缝的现象较少。如果地基为坚硬的基岩，底板就会受到较大的外部约束，开裂现象可能会比较严重。比如基础处理采用灌注桩，底板与灌注桩固结，墩墙极易产生贯穿裂缝。而底板直接在天然地基上的，或地基处理采用粉喷桩等，与底板柔性接触，就无此现象发生。
(二)内外温差影响。混凝土在浇筑过程和以后的三天内，水化热会产生较大的温度变化，由此在混凝土表面产生的裂缝，为表面裂缝；如果底板基础处理采取灌注桩的，加上基础的约束作用，表面裂缝向纵深方向发展，最后就有可能成为贯穿裂缝。
(三)收缩影响。混凝土收缩由两部分组成：一是湿度收缩(干缩)，二是自收缩(自身体积收缩)。混凝土的收缩主要是湿度收缩，即主要是由于混凝土内部水分蒸发，形成混凝土的湿度变化，收缩主要形成表面裂缝。
3墩墙混凝土裂缝的控制措施
3．1 混凝土材料的选取
混凝土材料的选取是控制因内外温差引起裂缝的主要措施，其首要一条就是要降低水化热，优先选用低热量的水泥。水泥水化热量的大小是导致混凝土温度变化的最主要因素，降低水化热能，控制温差，以减少裂缝的产生。除了选用低热量水泥外，减少水泥用量也可降低水化热。在混凝土中掺人活性混合料(如粉煤灰)，可使混凝土最高温度降低，并能延迟混凝土到达最高温度的时间，有利于热量的散发。
优化骨料级配及混凝土配合比也可有效地减小变温引起的应力。粗骨料在混凝土中占的比例很大，因此，粗骨料的矿物性质很大程度上决定了混凝土的热学性能。优先选用热学性能好的骨料是混凝土温度控制的措施之一，合理选择混凝土原材料，选择线膨胀系数小的骨料，可以有效地控制由温度引起的裂缝。
3．2 优化结构布局
设置合理的分缝和分块通仓浇筑，能够简化浇筑繁琐的后期冷却和接缝灌浆的作业程序，加快工程进度，使工程尽早投入运行。但通仓浇筑增加了浇筑块受基础约束的拉应力区的范围，也增大了浇筑块的尺寸，使其发生表面裂缝的概率增大。另外，通仓浇筑增大了仓面的尺寸，浇筑过程中更容易出现薄弱面，对混凝土浇筑的平仓振捣要求更高，且由于结构体积较大和设备能力的限制，难于一次浇筑完，所以，需要根据实际情况进行合理的分缝、分块浇筑。
合理地设置贴脚可以防止水工墩墙结构混凝土出现局部的应力集中。另外，贴脚还可起到增加结构抵抗垂直于水流方向的水平水压力的作用，增强整个结构抵抗不平衡力矩的能力，从而减小底板产生顺水流方向的裂缝。当水利工程所在的岩基比较坚硬时，可通过设置基础过渡层来处理由外部约束引起的裂缝。过渡层通常是在底板和基岩之间浇筑1层15～20cm的薄层，以实现结构的平缓过渡。过渡层材料的力学性能必须要介于软土和基岩的力学特性之间，并且要具备良好的变形性能，可以很好地适应地基的变形，防止底板裂缝的出现。
3．3 温度控制措施
混凝土温度的控制包括控制混凝土的浇筑温度和控制混凝土的温升幅度。要从2个方面着手控制混凝土温度，尽量减少裂缝的产生。下面分别讨论2种温度控制措施。
(1)混凝土的浇筑温度和外界气温密切相关。
外界的高温势必导致混凝土浇筑温度的升高，高温混凝土能加速胶凝材料的水化反应，混凝土到达最高温度的时间也就缩短了，不利于散热。控制浇筑温度首先要控制混凝土的人仓温度，使现场新拌混凝土的温度被限制在6~C左右。高温期拌和时，可在混凝土中加入冰块对其降温，应尽量在春季或秋季温度适宜的季节进行浇筑，尽量不要在炎热的夏季午问或寒冷的冬季浇筑。当必须在夏季施工时，对骨料喷淋冷水也能降低温度，其它方法如风冷骨料也能起到降温作用。风冷法有2种方式，一种是封闭拌和料仓，通过通人冷风来使骨料降温；另一种是在皮带机输送骨料时用冷风吹冷骨料。对运送混凝土的工具、泵送管路、搅拌机以及浇筑仓面要采取遮阳或降温措施，以减少外部气温对混凝土温度的影响。
(2)控制混凝土的温升幅度
主要通过水管冷却来控制混凝土的温升幅度，水管冷却可有效地降低混凝土内外温度，减小混凝土的温升幅度，且造价不高，是一种经济有效的温控措施。水管冷却通常应用于大体积混凝土中(如大坝等)，在水工墩墙结构中采用得较少，但其降温效果明显且经济，所以，仍不失为一种有效的温控防裂措施。墩墙结构中最容易开裂的部位通常在墩墙底部，所以，冷却水管一般埋设在墩墙的下半部分。虽然水管冷却出现拉应力较大，但可控制在抗拉强度之内。一般只要能保证混凝土在10d内不出现裂縫，水管冷却的混凝土一般也不会出现裂缝，且抗裂能力较强。
3．4 施工工艺控制
泵送混凝土能大幅度提高混凝土的运输速度，在现代施工中经常采用。但由于泵送混凝土水泥用量大、水灰比大、粗骨料粒径小、水化热温升高且易产生温度收缩裂缝。在浇筑墩墙混凝土时，不宜采用泵送混凝土，但在受约束较小的墩墙上部可以采用泵送混凝土来提高生产效率。
缩短底板和墩墙的浇筑间歇时间亦可减少裂缝的产生。其主要作用是缩小底板和墩墙之间弹性模量的差距，减小底板对墩墙的约束；混凝土的体积变形持续时间较长，缩短底板和墩墙的浇筑时间能使底板和墩墙的体积变形趋于一致，从而减少由于变形不一致产生的裂缝。为了减小底板对墩墙的约束，可使底板和一定高度的墩墙同时浇筑。因为与底板同时浇的墩墙高度越高，墙体所受底板的约束也就越小，但是施工也就变得越麻烦，而且施工中增加了跑模的概率，所以，和底板同时浇筑的墩墙不能太高。
4结束语
水工墩墙结构混凝土开裂的主要原因是温差、约束和收缩。因此，从防止裂缝的角度出发，所采取的工程措施都以减小这些因素的不利影响为目的。科学合理的工程措施，严格有序的施工管理，是保证工程质量、防治裂缝的重要手段。