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摘要:文章以实际工程为依据，详细探讨了洞室混凝土产生的裂缝问题，
并且针对这些裂缝产生的原因，采取了相对应的处理方法。
关键词:水工混凝土；裂缝；施工工艺
1 裂缝产生的原因分析
裂缝是混凝土建筑物最主要的老化病害之一，主要是由混凝土干缩、砼自身的质量、水泥水化热、温度、钢筋锈蚀、地基变形、荷载、碱骨料反应以及地基冻胀等原因所引起的。
1.1 由于温度原因而引起的裂缝
混凝土浇筑之后，在硬化过程中，水泥水化过程产生大量的水化热。因混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土结构内部而得不到有效的散发，导致混凝土结构内部温度急剧上升。但是，此时混凝土表面的散热速度，要比其结构内部的散热速度快得多，于是，就使得混凝土结构内部和外部产生很大的温度差。这个温度差的出现，造成混凝土内部与混凝土外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。在钢筋混凝土中，这种拉应力主要是由钢筋承担的，而混凝土仅仅承受压应力。但是，在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位，如果结构内因为热胀冷缩也出现了拉应力，由于此时此地没有钢筋，则须依靠混凝土自身承担拉应力。混凝土是一种脆性材料，当拉应力的大小不一超过混凝土自身的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。此外，还有另一种情况也会使温度引起裂缝的产生。在混凝土的施工中，当空气中温差变化较大，或混凝土受到寒潮的袭击等情况时，会导致混凝土表面温度急剧下降而产生收缩，这时，表面因温度低而收缩的混凝土受内部混凝土的约束，也将产生很大的拉应力而使混凝土产生裂缝。
1.2 由于约束应力而产生的裂缝
水工地下洞室混凝土周边都是和基岩接触的，因此基岩的约束作用往往贯穿整个浇筑块。水工地下洞室地质结构通常是比较复杂的，岩性不均一，特别的是在碰到软弱夹层和断层破碎带等特殊的地质结构时时，在同一块混凝土上的不同部位，所产生的约束应力可能会有很大的差异，这种受到的约束应力的不同或差异，使得分布在整块混凝土上的约束应力非常不均匀，局部甚至还会造成应力集中的现象，混凝土的约束裂缝由此产生。另一种现象是，由于混凝土浇筑前工作面上不同的自然状态，也会使混凝土产生不同的约束作用, 如喷混凝土与不喷混凝土、喷层的厚度及均匀性、先期是否浇筑垫层混凝土、锚杆布置及外露长度、锚杆与钢筋混凝土结构的连接形式、洞室及基岩的温度、仓内岩面的渗水情况等等，都会产生不同的约束应力，从而不同程度地影响混凝土的抗裂性能，引起约束裂缝的产生。
1.3 由于混凝土原材料及施工工艺原因而产生的裂缝
混凝土的原材料，主要包括水泥、砂石骨料、外加剂等，如果这些原材料质量符合要求, 或者是材质不稳定，那么就很容易造成在同一块混凝土中的抗拉强度不均匀，搞拉力薄弱的部位，就易出现裂缝。此外，施工工艺不当会直接影响混凝土浇筑的施工质量，此类现象也会导致引起裂缝的产生。譬如浇筑施工结束后养护不合理、施工面时干时湿，表面干缩形变，混凝土搅拌时水灰石配比不当，运输和浇筑过程中的运输和施工节奏不合理，浇筑过程中振捣不均匀，施工现场自然环境不适合浇筑，施工作业面有渗滴水现象，浇筑作业人员在浇筑时的质量意识、责任心及监控力度等等，都会直接影响混凝土浇筑的质量，那么，混凝土中质量相对薄弱的地方，就会因施工工艺的不完美而造成裂缝的产生。
1.4 由于收缩而引起的裂缝
这种裂缝是因混凝土里水泥浆的水分蒸发或者是表面失水过快而引起的一种收缩现象，因而致使混凝土表面产生龟裂等相关现象，这种裂缝一般对混凝土的质量影响不会太大，但需要注意和其他因素联合作用而发展成深层裂缝或贯穿裂缝。
2 水工地下洞室混凝土裂缝的预防措施
2.1 混凝土原材料及配合比的选用
(l)尽可能地选择用低热或者是中热水泥。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，这种积聚引起的直接后果是，使混凝土出现早期升温太高和后期降温太低，从而产生内部和表面的温度差。另一个方面，目前的水工地下洞室施工用混凝土，多采用R42.5标号的高标号水泥。实践证明，水泥标号越高，颗粒越细，它所产生的水化热就越高。实践经验表明，施工时最好选用同一个生产厂家的水泥，并对水泥的相关指标和性能作出严格的规定，物品困注意抽检水泥品质的稳定性，这样才能保证在原材料上把好关。
(2)在砂、石等骨料上，也要按规范要求选用，不可太草率了事。
(3)合理地掺入掺合料。大量试验研究和工程实践表明，在混凝土中掺入25%左右的优质粉煤灰等掺合剂后，不但能代替部分水泥，节约成本开支，而且由于粉煤灰颗粒呈球状，具有滚珠效应，可起到一定的润滑作用，进而改善混凝土的流動性、勃聚性和保水性、可泵性，甚至可以降低混凝土中的水泥水化热，减少混凝土的绝热温升，是一项经济效益和质量保证兼收的举措。
(4)利用好混凝土的后期强度。实践证明，采用90天或180天龄期的设计强度时，如果掺合适量的粉煤灰，虽然早期强度会有所降低，但后期强度增长明显较快，甚至在90天或180天后，掺合粉煤灰比不掺合时的强度，要明显高得多。所以，在本文示范工程中，已广泛采用90天龄期的设计强度。
(5)适量掺加外加剂，可以有效改善混凝土的性能，减少水泥的用量，节约成本开支。在进行混凝土搅拌时，从中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，可以改善混凝土流动性和保水性，可以降低水化热和推迟热峰的出现时间，减少混凝土泌水，减少沉缩变形，提高水泥浆与骨料的豁结力, 提高混凝土抗裂性能、抗拉强度和抗碳化性，减少碳化收缩。
2.2 采用温控措施
以前，水工地下洞室混凝土很少采用温控措施，但近年来随着人们对质量的要求不断提高，水工地下洞室混凝土采用温控防裂措施也逐渐增多。目前，某地下电站、某水电站导流洞等工程及许多地下厂房的岩锚梁混凝土浇筑都在温控防裂方面作了一些有益的探索和研究，并取得了一定的成果。
(1)埋设冷却水管通水冷却。例如，在某水电站导流洞混凝土施工时，底板冷却水管埋设在混凝土中部,采用32mmPVC管,顺水流方向蛇形布置,间距为1.0m，从边墙位置引出。边顶拱在距底板6m高度的范围内埋设冷却水管，第一层冷却水管距底板25cm，间距为50cm，采用32mmPVC管，蛇形布置。6～10月通制冷水，其余时间通江水。冷却水通水流量为35L/min，开仓后立即通水，洞身段通水时间为120h，闸室段通水时间为168h。通江水时，冷却水温度与混凝土温度之差控制在15～20。C；通制冷水时，进水口温度控制在10～14。C，冷却水温度与混凝土温度之差控制在20～25。C。当然，由于在地下洞室衬砌混凝土有其特殊性，当衬砌时的最高温度下降3～5度后，要立即停止通水冷却，否则，反倒对混凝土的防裂不利。
(2)浇筑制冷混凝土。实际施工时，可采用胎带机浇筑出机口温度约为7～9度的二级配制冷混凝土；而在引水洞、尾水洞等部位，可采用入仓温度为16～18度的二级配泵送混凝土，并埋设冷却水管通水冷却。
2.3 施工方法和施工工艺流程
(l)改善搅拌工艺。混凝土搅拌时间要适当，要严格控制。时间太短太长都会影响拌和物的质量；可采用二次投料工艺，二次投入净浆裹石或砂浆裹石，可有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，提高混凝土强度，减少水化热和裂缝。
(2)尽可能浇筑大级配、小坍落度的混凝土，具备条件时可浇筑常态混凝土。
(3)合理安排施工工序，以利于散热、减小约束，尤其是浇筑块的不均匀约束。如在某水电站左岸导流底板混凝土浇筑时，做了大量的试验，发现在同样浇筑条件下，底板混凝土半幅浇筑很少产生裂缝，而全幅浇筑则很容易产生裂缝。经分析，底板浇筑块长度为12m，全幅浇筑时宽度为22m，采用半幅浇筑时，宽度为11m，不但减少了浇筑块的体积，有利于混凝土的散热，而且更重要的是，浇筑块近似正方形，改善了混凝土的约束条件。
(4)超挖较大部位的超填混凝土宜与结构混凝土分开浇筑。超挖部位需要回填混凝土，以弥补超挖造成的缺失，但是这样也容易导致在同一浇筑块混凝土厚度的不均一，因此，对这些部位或先浇筑，或等结构混凝土浇筑后二次回填，可减少不均匀约束产生应力集中引起过大的拉应力而导致裂缝的产生
(5)加强开挖的质量控制。在进行开挖作业时，应尽量保证开挖面的平整，以改善和混凝土与开挖面的粘合，减少产生裂缝的几率。
(6) 减少同一仓混凝土与岩石面之间接触部位的约束差异。
(7) 合理安排不同浇筑块之间的间隔时间
(8)浇筑不良地质段时，要减少浇筑块的长度,增加浇筑块的数量。在同一浇筑地段，当岩石条件差异较大时,宜在岩石条件突变部位设施工缝, 分开浇筑。同样，在结构尺寸变化等结构突变部位，也应进行分缝。在具备条件的情况下，可根据不同的地质条件，进行衬砌钢筋混凝土的个性化设计。
3 结束语
水工地下洞室混凝土的裂缝，是一个相对而言较为繁琐的问题,到现在为止，对此类问题的系统研究还非常少，但是有不少的工程对预防和减少裂缝的产生还是做了大量的有益探索，并且取得了一些经验，只要我们能够坚持不懈地努力，采取恰当的措施，裂缝问题就一定会得到有效的控制。
并且针对这些裂缝产生的原因，采取了相对应的处理方法。
关键词:水工混凝土；裂缝；施工工艺
1 裂缝产生的原因分析
裂缝是混凝土建筑物最主要的老化病害之一，主要是由混凝土干缩、砼自身的质量、水泥水化热、温度、钢筋锈蚀、地基变形、荷载、碱骨料反应以及地基冻胀等原因所引起的。
1.1 由于温度原因而引起的裂缝
混凝土浇筑之后，在硬化过程中，水泥水化过程产生大量的水化热。因混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土结构内部而得不到有效的散发，导致混凝土结构内部温度急剧上升。但是，此时混凝土表面的散热速度，要比其结构内部的散热速度快得多，于是，就使得混凝土结构内部和外部产生很大的温度差。这个温度差的出现，造成混凝土内部与混凝土外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。在钢筋混凝土中，这种拉应力主要是由钢筋承担的，而混凝土仅仅承受压应力。但是，在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位，如果结构内因为热胀冷缩也出现了拉应力，由于此时此地没有钢筋，则须依靠混凝土自身承担拉应力。混凝土是一种脆性材料，当拉应力的大小不一超过混凝土自身的抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。此外，还有另一种情况也会使温度引起裂缝的产生。在混凝土的施工中，当空气中温差变化较大，或混凝土受到寒潮的袭击等情况时，会导致混凝土表面温度急剧下降而产生收缩，这时，表面因温度低而收缩的混凝土受内部混凝土的约束，也将产生很大的拉应力而使混凝土产生裂缝。
1.2 由于约束应力而产生的裂缝
水工地下洞室混凝土周边都是和基岩接触的，因此基岩的约束作用往往贯穿整个浇筑块。水工地下洞室地质结构通常是比较复杂的，岩性不均一，特别的是在碰到软弱夹层和断层破碎带等特殊的地质结构时时，在同一块混凝土上的不同部位，所产生的约束应力可能会有很大的差异，这种受到的约束应力的不同或差异，使得分布在整块混凝土上的约束应力非常不均匀，局部甚至还会造成应力集中的现象，混凝土的约束裂缝由此产生。另一种现象是，由于混凝土浇筑前工作面上不同的自然状态，也会使混凝土产生不同的约束作用, 如喷混凝土与不喷混凝土、喷层的厚度及均匀性、先期是否浇筑垫层混凝土、锚杆布置及外露长度、锚杆与钢筋混凝土结构的连接形式、洞室及基岩的温度、仓内岩面的渗水情况等等，都会产生不同的约束应力，从而不同程度地影响混凝土的抗裂性能，引起约束裂缝的产生。
1.3 由于混凝土原材料及施工工艺原因而产生的裂缝
混凝土的原材料，主要包括水泥、砂石骨料、外加剂等，如果这些原材料质量符合要求, 或者是材质不稳定，那么就很容易造成在同一块混凝土中的抗拉强度不均匀，搞拉力薄弱的部位，就易出现裂缝。此外，施工工艺不当会直接影响混凝土浇筑的施工质量，此类现象也会导致引起裂缝的产生。譬如浇筑施工结束后养护不合理、施工面时干时湿，表面干缩形变，混凝土搅拌时水灰石配比不当，运输和浇筑过程中的运输和施工节奏不合理，浇筑过程中振捣不均匀，施工现场自然环境不适合浇筑，施工作业面有渗滴水现象，浇筑作业人员在浇筑时的质量意识、责任心及监控力度等等，都会直接影响混凝土浇筑的质量，那么，混凝土中质量相对薄弱的地方，就会因施工工艺的不完美而造成裂缝的产生。
1.4 由于收缩而引起的裂缝
这种裂缝是因混凝土里水泥浆的水分蒸发或者是表面失水过快而引起的一种收缩现象，因而致使混凝土表面产生龟裂等相关现象，这种裂缝一般对混凝土的质量影响不会太大，但需要注意和其他因素联合作用而发展成深层裂缝或贯穿裂缝。
2 水工地下洞室混凝土裂缝的预防措施
2.1 混凝土原材料及配合比的选用
(l)尽可能地选择用低热或者是中热水泥。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，这种积聚引起的直接后果是，使混凝土出现早期升温太高和后期降温太低，从而产生内部和表面的温度差。另一个方面，目前的水工地下洞室施工用混凝土，多采用R42.5标号的高标号水泥。实践证明，水泥标号越高，颗粒越细，它所产生的水化热就越高。实践经验表明，施工时最好选用同一个生产厂家的水泥，并对水泥的相关指标和性能作出严格的规定，物品困注意抽检水泥品质的稳定性，这样才能保证在原材料上把好关。
(2)在砂、石等骨料上，也要按规范要求选用，不可太草率了事。
(3)合理地掺入掺合料。大量试验研究和工程实践表明，在混凝土中掺入25%左右的优质粉煤灰等掺合剂后，不但能代替部分水泥，节约成本开支，而且由于粉煤灰颗粒呈球状，具有滚珠效应，可起到一定的润滑作用，进而改善混凝土的流動性、勃聚性和保水性、可泵性，甚至可以降低混凝土中的水泥水化热，减少混凝土的绝热温升，是一项经济效益和质量保证兼收的举措。
(4)利用好混凝土的后期强度。实践证明，采用90天或180天龄期的设计强度时，如果掺合适量的粉煤灰，虽然早期强度会有所降低，但后期强度增长明显较快，甚至在90天或180天后，掺合粉煤灰比不掺合时的强度，要明显高得多。所以，在本文示范工程中，已广泛采用90天龄期的设计强度。
(5)适量掺加外加剂，可以有效改善混凝土的性能，减少水泥的用量，节约成本开支。在进行混凝土搅拌时，从中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，可以改善混凝土流动性和保水性，可以降低水化热和推迟热峰的出现时间，减少混凝土泌水，减少沉缩变形，提高水泥浆与骨料的豁结力, 提高混凝土抗裂性能、抗拉强度和抗碳化性，减少碳化收缩。
2.2 采用温控措施
以前，水工地下洞室混凝土很少采用温控措施，但近年来随着人们对质量的要求不断提高，水工地下洞室混凝土采用温控防裂措施也逐渐增多。目前，某地下电站、某水电站导流洞等工程及许多地下厂房的岩锚梁混凝土浇筑都在温控防裂方面作了一些有益的探索和研究，并取得了一定的成果。
(1)埋设冷却水管通水冷却。例如，在某水电站导流洞混凝土施工时，底板冷却水管埋设在混凝土中部,采用32mmPVC管,顺水流方向蛇形布置,间距为1.0m，从边墙位置引出。边顶拱在距底板6m高度的范围内埋设冷却水管，第一层冷却水管距底板25cm，间距为50cm，采用32mmPVC管，蛇形布置。6～10月通制冷水，其余时间通江水。冷却水通水流量为35L/min，开仓后立即通水，洞身段通水时间为120h，闸室段通水时间为168h。通江水时，冷却水温度与混凝土温度之差控制在15～20。C；通制冷水时，进水口温度控制在10～14。C，冷却水温度与混凝土温度之差控制在20～25。C。当然，由于在地下洞室衬砌混凝土有其特殊性，当衬砌时的最高温度下降3～5度后，要立即停止通水冷却，否则，反倒对混凝土的防裂不利。
(2)浇筑制冷混凝土。实际施工时，可采用胎带机浇筑出机口温度约为7～9度的二级配制冷混凝土；而在引水洞、尾水洞等部位，可采用入仓温度为16～18度的二级配泵送混凝土，并埋设冷却水管通水冷却。
2.3 施工方法和施工工艺流程
(l)改善搅拌工艺。混凝土搅拌时间要适当，要严格控制。时间太短太长都会影响拌和物的质量；可采用二次投料工艺，二次投入净浆裹石或砂浆裹石，可有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，提高混凝土强度，减少水化热和裂缝。
(2)尽可能浇筑大级配、小坍落度的混凝土，具备条件时可浇筑常态混凝土。
(3)合理安排施工工序，以利于散热、减小约束，尤其是浇筑块的不均匀约束。如在某水电站左岸导流底板混凝土浇筑时，做了大量的试验，发现在同样浇筑条件下，底板混凝土半幅浇筑很少产生裂缝，而全幅浇筑则很容易产生裂缝。经分析，底板浇筑块长度为12m，全幅浇筑时宽度为22m，采用半幅浇筑时，宽度为11m，不但减少了浇筑块的体积，有利于混凝土的散热，而且更重要的是，浇筑块近似正方形，改善了混凝土的约束条件。
(4)超挖较大部位的超填混凝土宜与结构混凝土分开浇筑。超挖部位需要回填混凝土，以弥补超挖造成的缺失，但是这样也容易导致在同一浇筑块混凝土厚度的不均一，因此，对这些部位或先浇筑，或等结构混凝土浇筑后二次回填，可减少不均匀约束产生应力集中引起过大的拉应力而导致裂缝的产生
(5)加强开挖的质量控制。在进行开挖作业时，应尽量保证开挖面的平整，以改善和混凝土与开挖面的粘合，减少产生裂缝的几率。
(6) 减少同一仓混凝土与岩石面之间接触部位的约束差异。
(7) 合理安排不同浇筑块之间的间隔时间
(8)浇筑不良地质段时，要减少浇筑块的长度,增加浇筑块的数量。在同一浇筑地段，当岩石条件差异较大时,宜在岩石条件突变部位设施工缝, 分开浇筑。同样，在结构尺寸变化等结构突变部位，也应进行分缝。在具备条件的情况下，可根据不同的地质条件，进行衬砌钢筋混凝土的个性化设计。
3 结束语
水工地下洞室混凝土的裂缝，是一个相对而言较为繁琐的问题,到现在为止，对此类问题的系统研究还非常少，但是有不少的工程对预防和减少裂缝的产生还是做了大量的有益探索，并且取得了一些经验，只要我们能够坚持不懈地努力，采取恰当的措施，裂缝问题就一定会得到有效的控制。