水利工程混凝土施工裂缝成因及防治技术

王晓卿

伊金霍洛旗水利事业发展中心

（内蒙古鄂尔多斯市）邮编：017200

摘要：大体积混凝土裂缝是制约水利工程结构安全与长效服役性能的核心施工病害，抗裂防控是水工施工领域的重点研究问题。本文以水工混凝土开裂机理为切入点，系统梳理混凝土力学、热学及体积变形相关抗裂理论，阐明温度、收缩、地基约束三类裂缝的形成机制。结合多项水利实体工程案例，针对性总结温度智能温控、配比减缩补偿、地基与结构构造优化的成套防控技术。研究成果可为水利工程混凝土施工裂缝精细化防控提供理论支撑与实践参考，有效提升水工结构施工质量与运行稳定性。

关键词：水利工程；混凝土；施工裂缝；裂缝机理；防控技术

引言

混凝土作为水利枢纽、泵站、水闸等工程的核心主要材料，施工裂缝属于影响水工结构整体性、防渗性、服役寿命的主要病害。为能够有效解决大体积混凝土开裂难题，本文依靠混凝土抗裂基础理论，结合典型工程实践，系统地对不同类型裂缝的形成原因机制以及防控技术进行梳理，能够为水利工程混凝土施工质量管控提供可靠的技术方面借鉴。

一、水利工程混凝土施工裂缝防治的理论基础
1.1 混凝土材料力学与热学基本理论

水利工程大体积混凝土属于多相非均质复合建筑材料，它的力学与热学特性是分析施工开裂机理的核心依据内容。该种材料抗拉性能非常差，抗拉强度仅仅是抗压强度的1/10 – 1/20，脆性特质让它极其容易在拉应力作用之下开裂。施工阶段水泥水化集中释放热量，结构体散热受到阻碍，内部温度梯度催生出温度应力，一旦应力值突破混凝土极限抗拉强度，就形成结构性裂缝。

1.2 混凝土收缩与温度变形理论

混凝土体积形变是施工裂缝产生的核心诱因，主要包括收缩与温度变形这两类情况。收缩形变包含塑性、干燥、自生以及碳化收缩，浇筑初期表层水分蒸发失衡引发塑性收缩裂缝，后期内部水分流失、水化反应体积缩减也会诱发收缩开裂，遵循“收缩形变 – 约束限制 – 应力超标”的开裂机制。混凝土热胀冷缩特性随着环境温差产生体积变化，受到基础、旧混凝土以及内外温差约束时生成温度应力。同时混凝土徐变效应能够缓释约束应力，有效弱化温度与收缩应力的叠加破坏，是工程抗裂设计的重要参考指标内容。

二、水利工程混凝土施工裂缝防治的实践策略
    2.1 温度裂缝的系统化温控与防裂技术措施

温度裂缝属于大体积水工混凝土结构当中高发并且危害性极为强烈的病害，最为核心的诱因是水泥水化放热出现集聚，从而引发结构内外产生温度梯度，致使约束温度应力超出材料的抗拉极限。为能够系统性地抑制此类裂缝，需要构建起原材料进行优化、标准化施工进行管控、智能化动态进行监测这三位一体的闭环防控体系，从源头之处降低水化热，在过程当中调控温度场，实时对温度异常进行预警，全方位地规避温差开裂的风险。在原材料上，以低热化配比设计作为核心，通过对胶凝材料进行替换、掺加矿物掺合料、缩减水泥用量的方式来降低绝热温升；施工依托分层浇筑以及主动通水冷却的方式来均衡结构的散热速率；监测借助数字化传感设备来实现温度参数的动态调控，保障温控指标能够长期稳定地合规。

一个水利枢纽工程针对泄水、取水等大体积混凝土结构所存在的温度开裂难题，落实全流程系统化的温控方案。该项目优先选用低水化热硅酸盐水泥，复配粉煤灰与矿渣粉来优化配合比，将单方混凝土水泥用量从220kg精准地向下调整至180kg以内，有效地把结构绝热温升值从65℃控制到50℃左右。在施工过程中，采用纵横竖向三维分层分块浇筑工艺，严格控制单次浇筑的体量，最大浇筑方量限定在152万m³，规避大体积浇筑热量集中堆积的问题。同时，预埋循环冷却水管并且搭配橡塑保温防护，结合智能温控平台实时采集结构核心温度、内外温差以及温变速率，动态调节冷却水流量，严格执行核心温度不超过60℃、内外温差低于25℃、温变速率不超过0.5℃/h的管控标准。

2.2 收缩裂缝的配合比优化与减缩补偿技术

收缩裂缝是源于混凝土硬化整个过程的多种体积形变，其中涵盖塑性阶段表面失水收缩、硬化阶段干燥收缩以及自生化学收缩等多种形式，是水工混凝土表层以及浅层裂缝的主要形成原因。这一类裂缝的防控以配比优化为基础，通过对骨料级配进行调整、严格控制水与胶凝材料的质量比、优选外加剂的方式，从根本上降低混凝土基体收缩的潜能；同时辅以主动减缩补偿技术，利用功能性外加剂来抵消结构收缩的形变，从两个方向抑制收缩应力的产生。在实际应用当中需要兼顾外加剂的性能优点和缺点，结合工程环境以及结构特点来适配单一或者复合掺配的方案，避免外加剂带来的强度负面影响，实现抗裂性能和结构强度的协同平衡。

某峡水电站面板混凝土工程直面坝面薄层混凝土易失水、高收缩、易开裂的施工痛点，采用对配比进行优化和减缩补偿协同进行防控的技术方法。该项目首先对原材料的配比进行优化，合理地降低水与胶凝材料的质量比，对砂石骨料级配进行优化从而提升密实度、缩减浆体所占的比例，弱化干燥收缩的核心诱因，同时掺入优质的粉煤灰来增强混凝土基体的致密性以及抗收缩能力。在此基础之上定量地掺入SBT – SRA型专用减缩剂，通过降低孔隙水表面的张力、削弱毛细管收缩应力，精准地抑制混凝土自生收缩以及干燥收缩所产生的形变。在工程的整个过程当中严格控制外加剂的掺量以及拌合的均匀度，规避强度出现损耗的情况，有效地改善面板混凝土形变的适配性，大幅度地减少浅层收缩裂缝的萌生，保障水电站面板防渗性能以及结构的完整性，长期的抗裂效果较为稳定。

2.3 地基沉降与约束裂缝的地基处理及结构构造措施

地基沉降以及边界约束裂缝大多出现在水闸底板、坝基、隧洞衬砌等大接触面积的水工结构之处，主要是由于地基形变不均匀、基础刚度不够、新旧结构约束过于强烈。混凝土硬化收缩以及温度形变在受到岩基、老混凝土等刚性边界约束的时候，极其容易产生超标拉应力从而引发贯通性裂缝。针对这个情况，需要采用地基预先处理结合结构构造加以优化的综合防控模式，通过具有地质适配性的地基处理来消除不均匀沉降的隐患，依靠构造优化来释放约束应力、缓冲应力集中，搭配上精细化的养护管控，全方位地阻断约束开裂的路径。

一个泵站工程针对泵站底板和基础混凝土容易产生约束裂缝的问题，实施地基加以加固和结构进行优化一体化的防控措施。在施工前期完成精细化的地质勘察工作，彻底清理基岩风化层以及松动岩体，对局部软弱地基采用灌浆固结以及强夯压实的工艺，强化地基整体的承载能力以及均匀性，从源头避免不均匀沉降的问题。在结构施工阶段采用跳仓法替代传统的整体浇筑方式，合理地划分浇筑单元、控制单块浇筑的尺寸，弱化基础刚性约束所产生的集中应力。同时在基岩和新浇混凝土之间设置柔性应力缓冲层，改变应力传递的路径，有效地吸收残余约束应力。

结语

混凝土是水利枢纽、泵站、水闸等工程的核心主材，施工裂缝是影响水工结构整体性、防渗性与服役寿命的主要病害。为有效解决大体积混凝土开裂难题，本文依托混凝土抗裂基础理论，结合典型工程实践，系统梳理不同类型裂缝的成因机制与防控技术，可为水利工程混凝土施工质量管控提供可靠的技术借鉴。

参考文献

[1]宋翠景.水利施工中混凝土裂缝的成因分析及防治措施[J].工程技术:文摘版, 2016(9):00123-00123.

[2]徐积冬.水利施工中混凝土裂缝的成因分析及防治措施[J].建筑工程技术与设计, 2016.

[3]涂穆发.建筑施工混凝土裂缝成因及防治技术研究[J].  2026(9):191-193.

...