超長儲水構(gòu)筑物溫度裂縫控制方法研究

曹 玥，甄 曦

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051）

1 概述

近年來，隨著城市的發(fā)展，污水處理廠的規(guī)模日漸擴大，水廠內(nèi)的鋼筋混凝土矩形儲水構(gòu)筑物的尺寸也相應(yīng)加大。結(jié)構(gòu)尺寸的增加極易使混凝土表面由于溫度的變化產(chǎn)生溫度裂縫，造成水池滲漏。為了避免這種情況，在設(shè)計過程中必須采取溫度裂縫控制措施。

目前常規(guī)的控制溫度裂縫措施有以下3種：伸縮縫、后澆帶、加強帶。

（1）伸縮縫

伸縮縫是指為防止建/構(gòu)筑物構(gòu)件由于氣候溫度變化（熱漲、冷縮），使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或破壞而沿單體長度方向適當(dāng)部位豎向設(shè)置的一條構(gòu)造縫。伸縮縫是將基礎(chǔ)以上的建筑構(gòu)件等分成兩個獨立部分，使建筑物沿長方向可做水平伸縮。

《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50069-2002）中6.2.1條規(guī)定，當(dāng)大型矩形構(gòu)筑物的長度、寬度較大時，設(shè)計時應(yīng)設(shè)置適應(yīng)溫度變化作用的伸縮縫。伸縮縫的間距要求詳見表1。

表1 矩形構(gòu)筑物的伸縮縫最大間距（單位：m）

（2）后澆帶

后澆帶是在建筑施工中為防止現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度、收縮不均可能產(chǎn)生的有害裂縫。按照設(shè)計或施工規(guī)范要求，在基礎(chǔ)底板、墻、梁相應(yīng)位置留設(shè)臨時施工縫，將結(jié)構(gòu)暫時劃分為若干部分，經(jīng)過構(gòu)件內(nèi)部收縮，在若干時間后再澆搗該施工縫混凝土，將結(jié)構(gòu)連成整體。

《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50069-2002）6.2.1條注2中規(guī)定：對于地下式或有保溫措施的構(gòu)筑物，應(yīng)考慮施工條件及溫度、濕度環(huán)境等因素，外露時間較長時，應(yīng)按露天條件設(shè)置伸縮縫；當(dāng)有經(jīng)驗時，例如在混凝土中施加可靠的外加劑或澆筑混凝土?xí)r設(shè)置后澆帶，減少其收縮變形。

因此，在混凝土中添加適當(dāng)?shù)耐饧觿┖?，可以采用后澆帶替代伸縮縫來達到同樣的效果。

（3）加強帶

加強帶是一種近些年開始逐漸被廣泛應(yīng)用的溫度裂縫控制方法，它采用比澆筑混凝土高一等級的混凝土,設(shè)置在建筑物混凝土收縮應(yīng)力發(fā)生的最大部位,來增加混凝土的密實度,提高連續(xù)澆筑混凝土的強度及抗裂、防滲性能，是一種用于替代后澆帶的連續(xù)澆筑無縫施工技術(shù)。

《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108-2008）中5.2.4條的條文說明中有明確指出，采用補償收縮混凝土?xí)r，底板后澆帶的最大間距可延長至60m；超過60 m時，可用膨脹加強帶代替后澆帶。《補償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 178-2009）中4.0.3條規(guī)定，大體積、大面積及超長混凝土結(jié)構(gòu)的后澆帶可采用膨脹加強帶的措施。根據(jù)加強帶部位混凝土的澆筑方式，分為連續(xù)式、間歇式和后澆式。

以上介紹的伸縮縫、后澆帶和加強帶這3種控制裂縫措施都在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在給水排水工程設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)構(gòu)筑物的特點，從工藝要求、結(jié)構(gòu)形式以及是否便于施工等方面進行綜合比較，根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇最合適的溫度裂縫控制方法。

2 工程實例

山東省即墨市城區(qū)北部污水廠內(nèi)主要儲水構(gòu)筑物MSBR生物反應(yīng)池長56.65 m，寬35.5 m，高6.7 m，其中地上部分高3.5 m，地下部分高3.2 m，屬半地下式露天現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形水池。根據(jù)廠區(qū)巖土工程勘察報告，該水池坐落于粉質(zhì)粘土層，持力層地基承載力特征值為180 kPa，抗震設(shè)防烈度為7度（0.1 g），設(shè)計抗浮水位為地面下1.6m，抗浮形式采用自重抗浮。

該水池工藝流程設(shè)計復(fù)雜，相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置也較為復(fù)雜。水池平面圖詳見圖1，其中斜線陰影部分為水池上部附屬變配電間。

圖1 MSBR生物反應(yīng)池平面布置圖（單位：mm）

設(shè)計時，根據(jù)水池的特點，在長寬兩個方向分別選擇合適的溫度裂縫控制措施。

由于水池沿長度方向布置較為簡單，在水池的中間位置根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置一道伸縮縫后，水池兩部分長度分別為28.25 m和28.40 m，滿足規(guī)范的要求。同時，設(shè)置伸縮縫后，對水池的主受力構(gòu)件影響不大，且被伸縮縫分割成兩部分后，經(jīng)計算，池體的局部抗浮計算也能滿足設(shè)計要求。

在水池的寬度方向，水池的平面布置較為復(fù)雜，水池上部還建有附屬變配電間。為了滿足水池設(shè)置變形縫后局部抗浮的要求，應(yīng)在寬度方向的中間位置設(shè)置伸縮縫，但是寬度中間位置設(shè)置的隔墻較多，剖面圖見圖2。

圖2 水池剖面圖（單位：mm）

設(shè)計時對幾種不同的處理措施進行比較：

（1）如采用設(shè)置伸縮縫，應(yīng)盡可能將池體分為對稱兩部分，以確保設(shè)置伸縮縫后的兩部分池體的沉降均勻。但是，這種情況下，一部分受力構(gòu)件被沉降縫由一個整體構(gòu)件分割成兩個獨立的構(gòu)件，構(gòu)件的計算長度、受力形式、支撐條件均發(fā)生變化。根據(jù)該水池的具體情況對相關(guān)構(gòu)件進行復(fù)核，結(jié)果顯示其配筋將會加大。由于伸縮縫的設(shè)置應(yīng)從上至下貫穿結(jié)構(gòu)，因此水池上部附屬的變配電間也必須同步設(shè)置伸縮縫，給施工增加難度。

（2）如采用后澆帶，施工完成后，水池在該方向仍為一個整體，但是后澆帶的養(yǎng)護期長，水池施工時正處于雨季，將會給施工帶來很大困難。

（3）如采用加強帶的形式，不會破壞結(jié)構(gòu)的整體性，不會改變原有結(jié)構(gòu)的受力特性，對工藝也沒有任何影響。加強帶部位的混凝土與池體混凝土同時澆筑，可以節(jié)省時間，但是施工時必須對加強帶部位混凝土中添加劑配比的質(zhì)量和施工過程進行控制。

因此，結(jié)合水池結(jié)構(gòu)的墻體布置特點、工藝要求和工期等因素，最終選擇在水池寬度方向設(shè)置加強帶。

（1）伸縮縫技術(shù)要求

根據(jù)《給水排水工程混凝土構(gòu)筑變形縫設(shè)計規(guī)程》（CECS 117：2000）中的要求，變形縫內(nèi)設(shè)置 8mm厚300 mm寬橡膠止水帶，采用聚苯乙烯發(fā)泡板作為填縫板。由于水池的池壁和底板均設(shè)置變形縫，根據(jù)位置不同，采用雙組份聚硫密封膠或遇水膨脹膠條作為嵌縫密封料。底板及池壁變形縫具體做法見圖3～圖6：

圖3 水池底板伸縮縫配筋圖（單位：mm）

圖4 水池底板伸縮縫構(gòu)造詳圖（單位：mm）

圖5 水池池壁伸縮縫配筋圖（單位：mm）

圖6 水池池壁伸縮縫構(gòu)造詳圖（單位；mm）

（2）膨脹加強帶技術(shù)要求

根據(jù)《補償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 178-2009）中的有關(guān)規(guī)定，在采用膨脹加強帶時，要符合相應(yīng)的要求。根據(jù)該規(guī)范中4.0.3條中規(guī)定，該工程采用連續(xù)式膨脹加強帶，其位置設(shè)置在MSBR生物反應(yīng)池的寬度方向的中心位置。膨脹加強帶寬度取2 000 mm，并應(yīng)在其兩側(cè)用密孔鋼（板）絲網(wǎng)將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分開。根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108-2008）中規(guī)定：膨脹加強帶外用限制膨脹率大于0.015%的補償收縮混凝土澆筑，帶內(nèi)用限制膨脹率大于0.03%、強度等級提高5 MPa的膨脹混凝土澆筑。混凝土內(nèi)摻加的添加劑應(yīng)滿足《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119-2003）要求。膨脹加強帶具體做法詳見圖7，其中加強帶內(nèi)膨脹劑產(chǎn)量由膨脹劑廠家現(xiàn)場通過實驗確定。

圖7 加強帶詳圖（單位：mm）

3 結(jié)論

該工程土建施工完成后，通過試水試驗觀察，水池在伸縮縫及膨脹加強帶處均無漏水現(xiàn)象發(fā)生。

通過以上分析及工程實例，在污水處理廠超長儲水構(gòu)筑物設(shè)計時，應(yīng)從技術(shù)要求、施工難易程度及工期等角度出發(fā)，選擇合理的混凝土裂縫控制方法，以保證工程質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1]徐有鄰，顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理 [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]姚燕.高性能混凝土的體積變化及裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.