唐秀江
云南建投第一水利水电建设有限公司 云南省 650041
摘要：在国家基础设施补短板的大形势下，河湖治理、调水工程等重大水利工程建设得以实施。一般而言，水利工程多采用钢筋混凝土材料进行建设，而混凝土裂缝问题一直伴随着工程建设，不但影响工程耐久性，更对后期投入运行产生影响，严重还会危及工程安全，带来安全隐患。此文章在简要分析水利施工中混凝土裂缝产生的原因和危害的基础上，结合实例，就水利工程施工中泄洪洞混凝土裂缝的防治措施展开分析。
关键词：水利工程；混凝土裂缝；原因；防治措施
由于混凝土的耐久性和适应性较好，使其在各种建筑工程中得到广泛应用，逐渐成为当前水利工程建设中重要的原材料。但在实际施工过程中，由于施工设计方案不合理，施工技术及施工工艺控制不好，都会给混凝土结构物带来严重影响合理的混凝土裂缝控制技术对水利工程施工实施具有重要意义。
1水利工程施工中产生混凝土裂缝的原因
1.1沉降裂缝
混凝土的沉降裂缝与基础的承载能力、同一基础均均程度及气候环境有较大关系。由于天气变化和环境因素，冻土的融化造成基础沉降不均匀，混凝土内部结构会受到破坏，导致工程产生沉降裂缝；当出现混凝土基础承载能力不足也容易使结构整体不产生均匀沉降。沉降裂缝宽度与沉降量之间也存在正相关关系。在水利工程中，沉降裂缝的时间节点是不具有特征的。受地基压实影响，这种沉降裂缝既可能发生在水利工程施工过程中，也可能发生在水利工程施工后。沉陷裂缝的产生对水利工程有很大的影响，严重威胁着水利工程的正常运行。
1.2温度裂缝
基于环境温度的影响，混凝土结构中出现的混凝土裂缝等问题都会受到温度裂缝的影响。温度裂缝的产生包括混凝土结构缺陷引起的裂缝和建筑建成后环境温差引起的裂缝。在混凝土结构影响下产生的裂缝，大部分是由于工程结构内部温度分布的非线性特性，也会产生温度应力，进而产生温度裂缝。建筑建成后，建筑会受到该地区较大温差的影响。在此影响下，拉应力后会出现裂纹。
1.3干缩裂缝
在大多数情况下出现收缩裂缝，主要是没做好混凝土结构养护，混凝土浇筑完成后，应根据项目具体情况加强工程养护质量，但养护过程中环境较差，则比较容易导致混凝土收缩，出现收缩裂缝。这种裂缝会对工程造成严重破坏。裂缝较大时，容易引起混凝土结构变形。此外，在混凝土浇筑工程施工过程中，如果混凝土没有完全凝固，也会发生失水。这个问题很可能会造成水利工程的破坏，或者造成混凝土因大风、高温等天气而收缩、开裂。
2水利施工中混凝土裂缝的危害
水利工程施工过程中，水工建筑物在初期的温度应力及后期的外力作用、地基不均匀沉降等因素的影响下，容易产生不同程度的裂缝。混凝土裂缝的出现将允许空气中的二氧化碳通过裂缝有效地渗透到混凝土中。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。
混凝土裂缝的存在会对混凝土结构的稳定性和强度产生较大的影响，也会影响水利工程的外观，对水利工程的正常使用产生不利影响。混凝土裂缝越严重，对混凝土结构的影响就越严重。
3水利工程施工中混凝土温度裂缝控制实例
水利枢纽工程中衬砌混凝土裂缝现象的出现，会对工程的整体结构及承载能力造成不良影响，并形成较大的安全隐患。
3.1工程概况
某枢纽工程中孔泄洪洞是由导流洞改建而成，主要由引渠段、进、出口闸井、“龙抬头”型改建段、与导流洞结合段、明渠及消能段构成。中孔泄洪洞为无压洞，洞身为Ⅲ类围岩，衬砌厚度为0.8m，渐变段后为“龙抬头”洞段，末端高程912.698m，导流洞出口地板高程911.381m。由于多年运行，该水利枢纽泄洪洞工程由于受河水侵蚀作用，造成泄洪洞混凝土裂缝严重，影响了该隧洞的使用功能及安全性。
3.2裂缝形成原因
为了搞清裂缝形成原因，通过对裂缝产生时间、部位、内外部情况及温度等各方面指标的初步观测调查，判断该水利枢纽工程泄洪洞混凝土产生裂缝及渗水现象的原因。
3.2.1水泥水化热作用引起的内外温差
通常情况下，混凝土裂缝早期产生的原因主要是水泥水化热作用，在此作用下产生内外温差及湿差。混凝土经过浇筑后，发生水泥水热化作用，导致温度快速升高，而混凝土自身的导热性能较差，因此出现了内外产生温差的现象。在通过前人利用温度传感器对混凝土内部温度进行测定可知，混凝土内部温度最高可达41℃，外部环境温度只有15℃—20℃，一般最高温出现在24—27h之间。根据热胀冷缩的原理，造成材料内部受到压力，外部受到拉力，此时混凝土的抗拉强度小于外部的拉力时，就会产生裂缝。尤其是拆模时，干燥引起的内外湿差易导致裂缝的出现。拆模后，也会因混凝土的养护工作，水温一般在12℃左右，使表面温度迅速下降，加剧混凝土表面裂缝程度。早期出现的此类裂缝现象为表面裂缝，方向不确定，数量比较多。虽然现在施工单位会采取一些缩小内外温差的方式，如加强养护管理、脱模后及时保温、添加棉毯保温材料等措施，但减小裂缝的效果并不显著。
3.2.2边界约束力
由现场情况可以看出，裂缝是由边墙中间部位延伸至底部，底板裂缝明显。推断是因底板的垫层导致边界约束力减小，再加上边墙开挖轮廓不平整，使其边界约束力较大，致使应力集中于边墙的中间部位，使其拉裂形成裂缝。
3.2.3掺加过量粉煤灰使混凝土干缩变形
混凝土强度较大，掺加适量的粉煤灰能减小水化热作用，优化混凝土性能，但若过量使用粉煤灰，会使混凝土出现干缩变形，在前期水化热作用产生裂缝的条件下，加剧裂缝的发展。相关技术规范中也有明确说明，抗冲耐磨型混凝土中普通硅酸盐水泥的粉煤灰替代最大用量不超过10%。中孔泄洪洞是长年过水隧洞。裂缝的形成加上河水的冲击，会对钢筋产生侵蚀作用，后期形成的内水外渗和外水内渗现象都会对影响泄洪洞的正常运行。因此，为了避免由裂缝产生极大的安全隐患，应提前考虑处理方案，对此类现象采取及时处理措施。
3.3泄洪洞混凝土裂缝处理方案
一般裂缝处理方法的选择是由裂缝产生的类型而决定的。通过对裂缝表面结构进行观察，来判断具体的损坏程度，再确定应选择选择的处理方法，例如灌浆处理或是表面封闭处理。也可以通过进一步的检测，判断裂缝的状态，属于静止裂缝还是活动裂缝，以便确定使用的裂缝处理材料及性能指标，进行裂缝处理。若判断混凝土为静止裂缝，可采用专用弹性材料进行修补。若是活动裂缝，应根据观测分析结果尽可能控制裂缝的继续开展，并在其稳定后先采用弹性材料修补，若修补后效果不好，再采取相应措施防止其结构变形，使用柔性材料对混凝土裂缝进行封闭处理。由于未提前对隧洞裂缝进行宽度、深度的相关检测，致使无法分析准确判断裂缝产生的原因及其发展趋势，进而不能提出具有针对性的处理方案，因此，根据当前裂缝的常规处理方法，提出以下两种技术方案，为后期选择备用。
3.3.1化学灌浆材料及施工方法
（1）灌浆材料
针对不同的裂缝现象，可采用以下几种不同的灌浆材料：
1）对于产生漏水或渗水现象的裂缝，应采用水溶性聚氨酯化学灌浆材料，在防水工程中，这种灌浆材料的使用率较高，其主要具有灌性好，强度高，无毒性的特点，并具有较好的弹性止水作用，加之固结体遇水膨胀的特性，会在吸水后膨胀止水，体现出双重止水的功能，在变形缝的漏水现象中处理效果更加显著。聚氨酯化学灌浆材料的防水原理是，聚氨酯化学灌浆材料与产生漏水或渗水现象的裂缝接触后，会与水发生化学反应，生成不溶于水的凝胶体和不透水的二氧化碳气体，同时还会使原有体积不断膨胀，逐渐扩大，在形成的一次渗透扩散的基础上形成二次渗透扩散现象，最终实现裂缝处理的加固、止漏作用。
2）裂缝为干燥缝，应采用环氧树脂浆材灌浆材料。该种材料的特点是粘度低，可灌性好，既能渗入0.2mm缝宽的混凝土裂缝中，也能进入岩体的微细裂隙处。与市场上其他的同类材料相比，该材料具有发热量低、操作方便的优势，且不具有毒性，是目前比较理想的补强加固材料。
3）针对在蜂窝狗洞有渗水现象的裂缝情况，应按照化学灌浆工艺的裂缝处理原则，在安排验收化学灌浆工艺后，用聚合物砂浆材料进行表面修补，再在表面涂刷一层2mm厚的聚脲材料涂层。
（2）灌浆施工方法
灌浆施工工序一般按顺序分为钻孔、压气或压水、检测、止缝、灌浆、封孔、检查七个步骤。钻孔通常使用孔径14mm的电钻，孔距、排距则需根据现场的裂缝宽度、浆液粘度及允许灌浆压力来决定，在这里可暂定孔距、排距为0.5m。压气检测时应在缝外刷上一层肥皂水，用以检查钻孔与缝面畅通具体情况，还要用耗气量检查砼内部是否有缺陷，以便用来推估吸浆量。缝面止浆一般采用向裂缝表面喷涂封闭止浆的方法。灌浆前，保证灌浆孔上阀门全开状态，使用压缩空气法排净孔内及缝内的积水，争取达到在无水状态下进行灌浆操作。混凝土的一条裂缝上若布有几个灌浆孔时，应按由深至浅，由下而上的顺序进行灌浆。当混凝土裂缝达到不吸浆饱和状态时，代表符合灌浆标准，可结束灌浆操作。但如果出现吸浆量率小于0.01L/min时，可适当延长灌浆时间，保证灌浆符合不吸浆的原则。灌浆操作结束后，采用含有膨胀剂的水泥砂浆材料进行封孔，涂抹应使孔口齐平。
3.3.2裂缝表面涂刷聚脲材料及施工方法
（1）裂缝表面涂刷聚脲材料
裂缝表面封闭处理的使用材料为单组份聚脲材料柔性防水层，进行涂刷表面封闭处理。聚脲涂层与底材的粘接使用BE14专用界面剂材料。
（2）裂缝表面涂刷聚脲施工方法
1）先在裂缝25cm范围内进行打磨，并在裂缩缝两侧20cm范围内打磨成倒三角形形状，打磨后要求混凝土表面平整且无孔洞。2）将裂缝周边清扫干净，在裂缝30cm范围内涂刷BE14专用潮湿面界面剂。界面剂的用量配比按厂家要求配置使用，尽量做到不浪费，少量多次配置用量。界面剂涂刷应保证厚度薄而均匀，无漏涂现象，并要保证聚脲与混凝土之间的粘结强度，原则上需大于2.5MPa。3）在界面剂表面晾干后，即出现粘手部且可拉丝的状态时，再在裂缝两侧20―25cm范围内涂刷1mm厚的聚脲材料，粘贴长度为15cm的胎基布，然后再涂刷一层聚脲材料。涂抹完成后裂缝中部聚脲厚度应大于3mm，两侧厚度应大于2mm。4）涂抹过程要保证聚脲涂层的厚度均匀，涂刷一次性成型，不要来回重复涂抹，以防涂层表面出现小包，影响聚脲各层之间的粘接性能。
综上所述，出现泄洪洞混凝土裂缝的现象不容小觑，其形成是由多种因素造成的，化学灌浆材料和裂缝表面涂刷聚脲材料是目前处理混凝土裂缝的两种主要技术方案，根据不同的裂缝类型，选择最佳的处理方案对保障水利枢纽工程的正常运行至关重要。同时，在混凝土施工过程中还应注意需加强安全技术管理和温控措施，严格按照技术方案对混凝土表面缺陷进行处理，及时解决施工中可能发生的安全隐患，提高混凝土裂缝处理技术和质量，为相关施工单位提供宝贵经验。
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