水利水电工程施工中混凝土裂缝的防治技术研究

我国水利水电工程建设规模不断扩大，新疆作为“一带一路”核心区，水利基础设施建设尤为重要。混凝土作为主要建筑材料，其质量直接决定工程的安全运行与使用寿命。混凝土裂缝不仅影响结构的整体性与承载能力，还会加速钢筋锈蚀，降低结构的耐久性。新疆地区特殊的干旱高寒、大温差环境，使得大体积混凝土、高性能混凝土的裂缝防治技术面临更大挑战，因此，深入研究适合西北干旱地区混凝土裂缝的形成机理，建立科学的防治技术体系，对保障区域水利水电工程质量具有重要意义。

一、水利水电工程混凝土裂缝类型及危害

（一）按裂缝形态分类

水利水电工程混凝土裂缝按形态可分为表面裂缝、贯穿裂缝、深层裂缝三大类，表面裂缝多呈网状或龟裂状分布，宽度一般小于 0.2mm ，深度不超过保护层厚度，主要由混凝土表面失水过快引起；贯穿裂缝贯穿整个构件截面，宽度较大，严重影响结构的整体性；深层裂缝则介于两者之间，裂缝深度超过保护层但未贯穿截面，这类裂缝的发展趋势需重点监测，防止其演变为贯穿裂缝。

图1 水利水电工程混凝土裂缝形态

（二）按裂缝成因分类

根据形成原因，混凝土裂缝可分为荷载裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、沉降裂缝等类型，荷载裂缝由结构承受的拉应力超过混凝土抗拉强度产生；温度裂缝源于混凝土内外温差引起的温度应力；干缩裂缝是混凝土失水收缩受到约束形成的；沉降裂缝则因地基不均匀沉降导致结构产生附加应力而形成，其中温度裂缝在大体积混凝土结构中最为常见，约占总裂缝数量的 70% 以上。

（三）混凝土裂缝对水利水电工程的危害

混凝土裂缝的存在严重威胁水利水电工程的安全运行，裂缝为水分渗透提供通道，在冻融循环作用下裂缝不断扩展，加速混凝土的破坏进程。渗入的水分携带侵蚀性离子到达钢筋表面，破坏钝化膜引起钢筋锈蚀，锈蚀产物体积膨胀进一步加剧裂缝发展，形成恶性循环。以新疆喀什西克尔水库为例，该水库建于 1958 年，属国家大（Ⅱ）型水库，总库容 1.004 亿立方米。由于地震原因，主坝 4.5 公里出现损伤裂缝，裂缝总共达 460 多条，经专家论证鉴定为“三类坝”（病险坝），严重影响了水库的正常运行。该水库主要承担伽师县十乡、伽师总场 26 万亩的灌溉任务，裂缝问题若不及时处理，将直接威胁下游农业生产安全。

二、水利水电工程混凝土裂缝产生的原因

（一）材料因素

水泥品种与用量直接影响混凝土的收缩特性与水化热，普通硅酸盐水泥水化热高达 380J/g，大体积混凝土内部温升可达 60℃以上，巨大的温度梯度产生温度应力导致开裂。骨料的品质与级配影响混凝土的体积稳定性，含泥量超过 3% 会显著增加干缩率，骨料中的活性成分与水泥碱发生碱骨料反应引起体积膨胀 [1]。外加剂使用不当也会增加开裂风险，减水剂过量会导致泌水离析，引气剂使用不当影响混凝土的密实性，膨胀剂添加过多反而产生有害膨胀。

（二）施工工艺因素

混凝土浇筑工艺不当是产生裂缝的重要原因，一次性浇筑厚度过大导致下层混凝土受压过度产生沉降裂缝，浇筑速度过快使混凝土来不及充分振捣形成蜂窝麻面等缺陷。振捣不充分或过度振捣都会影响混凝土的密实性，振捣不足留下空隙成为裂缝源，过度振捣造成分层离析降低混凝土的均匀性。养护措施不到位使混凝土早期失水过快产生塑性收缩裂缝，养护温度控制不当引起内外温差过大产生温度裂缝，特别是冬季施工养护不当极易产生冻害裂缝。

（三）环境因素

环境温度变化对混凝土裂缝形成有显著影响，昼夜温差大的地区混凝土表面反复经历热胀冷缩产生疲劳裂缝。环境湿度影响混凝土的失水速率，相对湿度低于 60% 时混凝土表面失水速率大于内部水分迁移速率形成干缩裂缝。风速加快混凝土表面水分蒸发，风速每增加10m/s，水分蒸发速率提高约 30% 。日照直射使混凝土表面温度急剧升高，与内部形成 20% 以上的温差产生温度应力。降雨、地下水位变化等因素改变混凝土的含水状态，干湿交替作用加速裂缝的发展。

三、水利水电工程混凝土裂缝防治技术

（一）材料选择与配合比优化

1. 原材料选择原则

水利水电工程应优先选用中低热水泥品种，矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的水化热较普通硅酸盐水泥降低 15% ～ 25%，大体积混凝土宜采用 42.5 级以下强度等级的水泥，水泥用量控制在300 ～ 400kg/m³ 范围内。骨料选择坚硬耐久的碎石或卵石，粗骨料最大粒径不超过钢筋最小净距的 3/4，细骨料采用中粗砂，细度模数控制在 2.6-3.0 之间，含泥量严格控制在 2% 以内。掺合料选用优质粉煤灰、矿渣粉等，粉煤灰掺量可达胶凝材料总量的 20% ～ 30%，既降低水化热又改善混凝土的工作性能。

2. 配合比优化设计

混凝土配合比设计遵循低水泥用量、低水灰比、掺加矿物掺合料的原则，水灰比控制在 0.4-0.5 范围内保证混凝土的密实性；采用双掺技术同时掺加粉煤灰与矿渣粉，总掺量可达 40% ～ 50%，显著降低混凝土的绝热温升。外加剂采用缓凝型高效减水剂，减水率达到20% 以上，延长混凝土的凝结时间有利于水化热的散发。根据工程特点添加适量膨胀剂补偿混凝土的收缩，膨胀剂掺量一般为胶凝材料的8%～12% ，限制膨胀率控制在 2×10^-4-4×10^- ⁴之间。如表 1 所示为不同强度等级混凝土的优化配合比参数。

表1 水利水电工程混凝土优化配合比参数

（二）施工工艺改进

1. 混凝土浇筑工艺优化

大体积混凝土采用分层分段浇筑方法有效控制混凝土的温升，每层浇筑厚度控制在 30～50cm ，层间间隔时间不超过混凝土的初凝时间，确保上下层混凝土良好结合；水平分段长度根据混凝土的供应能力确定，一般控制在 20～30m ，段与段之间设置施工缝，施工缝位置选在结构受力较小的部位；浇筑顺序遵循“先深后浅、先大后小、先墙柱后梁板”的原则，避免混凝土在硬化过程中受到扰动 [2]；泵送混凝土的入模温度控制在 30% 以下，夏季施工采用加冰、遮阳等措施降低混凝土温度，冬季施工确保入模温度不低于 5% 。

2. 混凝土养护制度完善

混凝土养护是控制裂缝的关键环节，浇筑完成后立即覆盖塑料薄膜保湿，防止表面水分快速蒸发产生塑性裂缝。终凝后采用蓄水养护或覆盖湿麻袋、草帘等材料保湿养护，大体积混凝土采用内部通水冷却与表面保温相结合的温控措施。新疆大石峡水利枢纽工程在三期面板混凝土施工中，面对干燥高温、大风沙尘频发且最大昼夜温差超过16℃的极端环境，创新采用了“塑料膜保水 + 土工布保湿 + 玻璃丝棉毯保温 + 长流水降温养护”的综合养护工艺。该工程混凝土面板总面积达 16 万平方米，混凝土总方量 12 万立方米，通过这套精细化养护体系，成功克服了恶劣环境下的混凝土养护难题，确保了工程质量。

（三）温度与应力控制

1. 温度控制措施实施

降低混凝土入模温度是控制温度裂缝的首要措施，原材料预冷技术包括骨料水冷、加冰拌和、液氮冷却等方法，骨料水冷可使温度降低 10-15℃，加冰拌和用冰量为拌和水量的 50%～70% ，液氮冷却效果最好但成本较高；混凝土内部温升控制采用埋设冷却水管的方法，冷却水管采用直径 25～50mm 的钢管或塑料管，进水温度与混凝土温差不超过 20% ，通水时间持续 10～20 天直至内部温度降至稳定；表面保温养护措施根据环境温度确定，当环境温度低于混凝土表面温度 15℃时必须采取保温措施，保温材料采用草帘、棉被、泡沫板等，保温层厚度根据热工计算确定，确保混凝土内外温差控制在 25°C 以内。

2. 应力控制技术应用

结构设计阶段合理设置伸缩缝与沉降缝释放约束应力，伸缩缝间距根据结构类型确定，现浇钢筋混凝土结构伸缩缝间距一般为 30 ～ 40m，装配式结构可适当放宽至 50 ～ 60m；沉降缝设置在地基条件变化处、荷载差异较大处、新旧建筑物连接处，缝宽20～30mm ，缝内填充弹性密封材料；预应力技术在水利水电工程中应用广泛，预应力钢筋的张拉控制应力为 0.7-0.75 倍的标准强度，张拉时混凝土强度达到设计强度的 75% 以上；结构优化设计避免应力集中，孔洞周围设置加强钢筋，转角处采用圆弧过渡，变截面处坡度缓和过渡，配筋率适当提高但不超过 2.5% 防止过度约束。如表 2 所示为不同结构部位的温度与应力控制指标。

（四）裂缝监测与处理

1. 裂缝监测方法应用

1.1 人工巡检与测量技术

人工巡检作为裂缝监测的基础手段，要求检查人员按照网格化分区对混凝土表面进行系统排查，重点关注应力集中部位、施工缝位置、温度变化敏感区域等裂缝易发位置，巡检周期根据结构重要性确定，关键部位每周检查一次，一般部位每月检查一次。裂缝参数测量采用专业化工具提高精度，裂缝宽度测量使用裂缝测宽仪或刻度放大镜，测量精度达到 0.02mm ，每条裂缝沿长度方向选取5 ～7 个测点，记录最大值、最小值与平均值；裂缝深度检测采用超声波法配合钻芯验证，超声波探头分别置于裂缝两侧，根据声时差计算裂缝深度，检测深度可达 500mm ；裂缝长度采用钢卷尺测量并在混凝土表面标记断点位置，建立裂缝编号系统与电子档案，详细记录裂缝的几何参数、出现时间、发展趋势等信息，绘制裂缝分布图为后续处理提供依据。

1.2 自动化监测系统布设

自动化监测系统实现裂缝发展的实时跟踪与预警，振弦式测缝计安装跨越裂缝两侧，量程范围 5～50mm ，测量精度 0.01mm ，能够连续记录裂缝开合变化规律；分布式光纤传感器沿潜在裂缝区域布设，基于光时域反射原理实现裂缝的分布式监测，空间分辨率达到 1m，应变测量精度达到  ；埋入式应变计在混凝土浇筑时预埋于关键部位，监测混凝土内部应变发展过程，当应变超过混凝土极限拉应变时发出预警信号；无线传感网络将各类传感器数据汇集至数据采集终端，采用 LoRa、NB-IoT 等低功耗广域网技术实现远程传输，监测频率根据裂缝活动性动态调整，稳定期每天采集一次，发展期每小时采集一次，数据处理软件自动生成裂缝发展曲线、速率分析图表，当裂缝宽度增长速率超过 0.1mm/ 天或累计宽度超过规范限值时自动报警，为及时采取处理措施提供决策支持。

2. 裂缝处理技术选择

2.1 表面封闭处理技术

表面封闭处理主要针对宽度小于 0.2mm 的微细裂缝实施修复，这类裂缝虽然尚未影响结构承载力，但会成为水分与有害离子侵入的通道，处理不及时将加速混凝土劣化进程。封闭处理工艺流程包括裂缝清理、基面处理、涂刷底漆、封闭材料涂抹四个步骤，清理工作采用钢丝刷清除裂缝表面的浮浆、油污等杂物，压缩空气吹净粉尘颗粒，基面处理采用角磨机打磨裂缝两侧各 100mm 范围至露出新拌混凝土面 [3]。封闭材料优选改性环氧树脂或聚氨酯弹性涂料，这些材料具有良好的渗透性与粘结强度，能够渗入裂缝深部形成连续的防水层，涂抹时采用刮涂与刷涂相结合的方式，确保材料充分渗入裂缝内部，表面形成厚度不小于 2mm 的连续封闭层，封闭层宽度应超出裂缝边缘50 ～80mm，涂层边缘渐薄过渡避免应力集中。

2.2 压力灌浆修复技术

压力灌浆技术适用于宽度 0.2～5.0mm 的结构性裂缝修复，灌浆材料的选择需综合考虑裂缝宽度、环境条件、修复要求等因素。灌浆施工严格执行低压慢灌的原则，从裂缝最低点开始逐步向上灌注，确保浆液充分填充裂缝空隙。新疆某水库除险加固工程成功应用了高压喷射灌浆技术处理坝基渗漏问题。该工程坝基砂砾石层渗透系数为1.8×10- ²cm/s，厚度9m，下部基岩强风化带渗透系数 3.2×10-4cm/ s。采用三管喷射摆喷灌浆，高压水压力 35～40MPa ，水量 70 L/min，水泥浆浆压 0.6～1MPa ，浆量 60L/min ，进浆密度 1.6。经过系统施工，坝体、坝基年渗漏量由防渗前的 42.2×10 ⁴ m³/a 降到14.0×10 ⁴ m³/a，防渗效果显著。玛纳斯县旱卡子滩水库也采用高压旋喷灌浆方法，设计喷射管提升速度 10～30cm/min ，摆动速度10 ～20 r/min，成功解决了坝基渗漏及绕坝渗漏问题。

2.3 结构补强加固技术

结构补强技术应用于裂缝已严重影响结构安全性的情况，需要恢复甚至提高原结构的承载能力，补强方案的制定基于裂缝成因分析与结构承载力复核结果。粘贴钢板补强法适用于受弯构件的加固，钢板厚度通常为 3～6mm ，采用结构胶粘贴在受拉区，钢板端部设置 U形箍或螺栓锚固防止剥离破坏，粘贴前钢板表面喷砂处理至Sa2.5 级，混凝土表面凿毛处理增加粗糙度 ；粘贴碳纤维布补强具有高强轻质、施工便捷的优势，单层碳纤维布厚度仅 0.111～0.167mm ，抗拉强度达 3500MPa 以上，根据受力要求确定粘贴层数与纤维方向，多层粘贴时纤维方向应交替布置；增大截面法适用于柱、墩等压弯构件的加固，新增混凝土强度等级较原结构提高一级，新旧混凝土结合面凿毛处理并涂刷界面剂，植筋或植锚栓确保协同工作，新增钢筋与原钢筋可靠连接形成整体受力体系。

结束语

水利水电工程混凝土裂缝防治是一项系统工程，需要从材料选择、配合比设计、施工工艺、温控措施、监测处理等多个环节综合施策。实践证明，随着新材料、新技术的不断涌现，智能监测系统、分布式光纤传感技术等在裂缝防治中展现出良好应用前景。未来应加强适应西北极端气候条件的裂缝形成机理基础研究，开发更加高效、经济、环保的防治技术，建立基于大数据与人工智能的裂缝预测预警系统，为新疆及西北地区水利水电工程的高质量发展提供有力保障。

参考文献

[1] 桂笑娜. 论水利水电工程施工中混凝土裂缝的防治技术[J].奥秘 ， 2025（12）.

[2] 张丹萍 . 水利水电工程施工中混凝土裂缝的防治技术研 究 [J].Water Conservancy & Electric Power Technology &Application， 2024， 6（13）.

[3] 童悦. 水利水电工程施工中混凝土裂缝的防治技术研究[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术， 2024（003）：000.

[4] 常敬龙 . 水利水电工程混凝土裂缝分析及施工处理方法研究[J]. 水上安全 ， 2025（11）.