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水工涵閘混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析

2009-04-16 00:00

  [摘要]水工涵閘屬于水工薄壁結(jié)構(gòu)混凝土工程,開(kāi)裂的可能性很大,其開(kāi)裂的主要部位在水工涵閘的墩墻上。而且水工涵閘的底板也有開(kāi)裂的可能。分別闡述水工涵閘混凝土的墩墻和底板裂縫的形式及其產(chǎn)生的原因,以期為未來(lái)水工涵閘墩墻結(jié)構(gòu)的裂縫防治提供借鑒。 

  [關(guān)鍵詞]水工涵閘 墩墻 底板 裂縫 
   
  一、導(dǎo)言 
   
  水工涵閘的裂縫發(fā)生的主要部位在底板和墩墻上。水工涵閘混凝土裂縫形成的主要原因有:建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不周引起的裂縫;基礎(chǔ)處理不善引起的裂縫;結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜,分縫分塊過(guò)長(zhǎng)引起的裂縫;混凝土的溫度變化引起的裂縫;施工質(zhì)量控制不嚴(yán)引起的裂縫;運(yùn)行期間,由于超載等原因出現(xiàn)裂縫。當(dāng)?shù)装寤炷列藿ㄔ谲浲恋鼗驈椥阅A枯^小的地基上時(shí),底板所受到的外部約束比較小,其裂縫的產(chǎn)生是由于自身的體積變化引起的,主要是由于溫度的變化引起的。 
   
  二、水工涵閘墩墻結(jié)構(gòu)的典型裂縫及其成因 
   
 ?。ㄒ唬┈F(xiàn)象 

  水工涵閘混凝土墩墻結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)“上不著頂,下不著底”的“棗核形”裂縫現(xiàn)象,像湖北荊江分洪北閘的閘墩、石梁河新泄洪閘的閘墩的裂縫,都是這種形式的裂縫。筆者原所在單位曾施工的仙桃市展翅長(zhǎng)河三合垸閘的閘墩也曾出現(xiàn)過(guò)類似的裂縫,裂縫通常發(fā)生在施工期間的混凝土的表面,隨后裂縫繼續(xù)向內(nèi)部深進(jìn),由于水工涵閘的墩墻較窄(一般只有l(wèi)m左右),裂縫很容易貫穿整個(gè)墩墻,形成貫穿性的危害性很大的裂縫,貫穿裂縫多發(fā)生在澆筑后2-3個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間??p寬受外界環(huán)境溫度的變化影響較明顯,冬季較寬,夏季較細(xì)。由于底板和墩墻混凝土的自身約束,沿截面高度方向,裂縫大多呈中間寬兩端窄的“棗核形”。從混凝土表面看,裂縫底部通常是豎直的,而頂部則向兩邊傾斜。圖1是裂縫容易出現(xiàn)的部位的示意圖。

  (二)成因 

  混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì),其線脹系數(shù)一般為1×l0-5/℃左右,當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生溫度變形。而建筑物往往受到各種約束(包括外約束和內(nèi)約束)在溫度變形和約束的共同作用下,產(chǎn)生溫度應(yīng)力,當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗裂強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生裂縫。  [Page]

  在水工涵閘墩墻混凝土結(jié)構(gòu)中,裂縫一方面是由底板或基礎(chǔ)約束引起的。由于墩墻和底板之間存在施工間歇時(shí)間,墩墻混凝土的變形受到底板的約束作用,一開(kāi)始產(chǎn)生壓應(yīng)力,此時(shí)由于早期混凝土彈模小,徐變度大,壓應(yīng)力不大且很快會(huì)因松弛變形而降低;當(dāng)上部混凝土溫度下降時(shí),由于底板對(duì)降溫收縮變形的強(qiáng)約束,墩墻就會(huì)出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的即時(shí)抗拉強(qiáng)度時(shí),它便會(huì)出現(xiàn)由里及表的裂縫,且常常是貫穿性的。墩墻的基礎(chǔ)溫差愈大愈有可能出現(xiàn)這樣的裂縫。 

  另一方面,混凝土為不良導(dǎo)熱體,墩墻內(nèi)外形成溫差,引起混凝土溫度變形的自約束,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,也會(huì)有可能直接導(dǎo)致墩墻由表及里發(fā)展的裂縫。當(dāng)