鋼筋混凝土水池裂縫的預(yù)防及控制設(shè)計(jì)

李洪偉

[摘要]本文結(jié)合某新建工程，分析了鋼筋混凝土水池由于多種原因的變形、沉降所引起的池體結(jié)構(gòu)裂縫，闡述在設(shè)計(jì)及施工中預(yù)防和控制池壁、池底抗裂、限制裂縫寬度方面采取的措施。

[關(guān)鍵詞]鋼筋混凝土水池；伸縮縫；后澆縫

一、概述

鋼筋混凝土水池在煉油化工建設(shè)中是一種應(yīng)用極為廣泛的構(gòu)筑物，大量用于儲(chǔ)存水、油污水等介質(zhì)，在煉油廠給排水最常見的如：清水池、蓄水池、隔油池、中和池、曝氣池、沉淀池、反應(yīng)池以及消防水池等。池體的結(jié)構(gòu)形式一般為矩形、圓形，根據(jù)施工條件，在設(shè)計(jì)時(shí)也可分為預(yù)制裝配式及整體現(xiàn)澆式，但無論是矩形、圓形，預(yù)制還是現(xiàn)澆的池體結(jié)構(gòu)，由于多種原因的變形、沉降所引起的池體結(jié)構(gòu)裂縫（包括池頂板、池壁板、池底板）是不可避免的。也就是說，在一般情況下，裂縫的產(chǎn)生也是難免的，但是要使池體結(jié)構(gòu)裂縫嚴(yán)格控制在規(guī)范所允許范圍內(nèi)（二、三級(jí)水池裂縫允許范圍是0.2mm），這要求每一個(gè)設(shè)計(jì)與施工人員必須做一定的努力才能達(dá)到。

某新建污水處理場(chǎng)合堿污水處理裝置，大型鋼筋混凝土矩形平底水處理曝氣池及沉淀池，由于池壁外露裝置設(shè)計(jì)地面部分比較高（高度約5米），同時(shí)池內(nèi)所存介質(zhì)的溫度、介質(zhì)腐蝕池體的程度不同（池內(nèi)存的含堿、含油污水），另外，根據(jù)工藝、設(shè)備的布置及流程的需要，整個(gè)水池槽、溝縱橫交叉且錯(cuò)綜復(fù)雜，開洞埋件種類繁多，因此在預(yù)防和控制池壁、池底裂縫方面給設(shè)計(jì)及施工帶來許多困難和不利因素。如：曝氣池、沉淀池為例，長(zhǎng)度64m，寬26m，根據(jù)工藝流程及操作要求，中間又分為4格，即曝氣池為16×16m見方的矩形平底池，沉淀池為16×16m見方的矩形平底池，整個(gè)水池通過溝槽及管線交叉貫通，內(nèi)外池壁均采用扶壁式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)工藝及生產(chǎn)的需要及水池的復(fù)雜情況，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的抗裂、限制裂縫寬度方面采取了一系列措施。

二、水池伸縮縫、后澆縫的設(shè)置

含堿污水處理池由于采用矩形平底的布置形式，所以對(duì)地基的不均勻沉降反映比較敏感，同時(shí)在溫差和濕差的作用下，經(jīng)常產(chǎn)生顯著的附加應(yīng)力，早期干縮效應(yīng)也很明顯，由于出現(xiàn)裂縫，因此，必須嚴(yán)格限制變形縫的間距；另外由于鋼筋混凝土的伸縮影響，水池的池壁長(zhǎng)度和寬度均受到限制，在超過一定限度時(shí)就需要設(shè)縫。含堿污水處理池按實(shí)際平面尺寸劃分為四個(gè)均勻的單元。在二單元之間設(shè)置伸縮縫，每個(gè)單元長(zhǎng)度為26m，寬度為25m。這樣長(zhǎng)（寬）度均控制在30m以內(nèi)，二單元鋼筋混凝土池壁中間采用預(yù)留伸縮縫寬70mm，從池頂?shù)降装迦繑嚅_（墊層沒有斷）。池壁中間采用瀝青麻刀預(yù)制塊砌筑，切實(shí)保證整個(gè)水池在鋼筋混凝土伸縮過程中有變形的余地。

對(duì)于二單元之間的溝、槽采用1.5mm紫銅片，做成“V”字型狀，使其同樣達(dá)到自由伸縮的效果。

“后澆縫”的設(shè)置，考慮到混凝土在施工過程中釋放水化熱產(chǎn)生較大的溫度變化和伸縮作用，有可能由于溫度變化和伸縮作用而導(dǎo)致出現(xiàn)水池底板和壁板的裂縫從而影響水池的抗裂、抗?jié)B性及耐久性，所以在施工中采用設(shè)置“后澆縫”的辦法加以彌補(bǔ)可能產(chǎn)生的裂縫。

在現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，在施工期間保留的臨時(shí)性溫度伸縮變形縫，稱為“后澆縫”。根據(jù)具體條件保留一定的時(shí)間后，再進(jìn)行填充封閉，后澆成連接整體的無伸縮結(jié)構(gòu)。這種縫只在施工期間存在，所以也是一種特殊的施工縫。

“后澆縫”是一種擴(kuò)大伸縮縫間距，甚至取消伸縮縫的有效措施?，F(xiàn)在一些工程中采用“后澆縫”的做法來取消伸縮縫。這樣做即對(duì)結(jié)構(gòu)抗震、防滲有利，同時(shí)方便施工。

“后澆縫”的設(shè)置原則：根據(jù)溫度和收縮的變化規(guī)律，一般混凝土結(jié)構(gòu)承受的溫差有：氣候溫差、水化熱溫差以及構(gòu)筑物投用后生產(chǎn)時(shí)散發(fā)的熱溫差?；炷寥朊螅?jīng)24～30小時(shí)可達(dá)到最高溫度，最高水化熱引起的溫度比入摸溫度高約30～350C，以后根據(jù)不同散熱條件，按不同速度降溫（主要看養(yǎng)護(hù)措施），經(jīng)10～15天后，基本上同周圍氣溫相同。在這段時(shí)間內(nèi)，若進(jìn)行“正?！钡酿B(yǎng)護(hù)，混凝土收縮約占總收縮量的15%左右。此時(shí)結(jié)構(gòu)在這段時(shí)間，可能出現(xiàn)裂縫，這就是“早期活動(dòng)期（裂縫）”。此后的3～6個(gè)月，混凝土收縮完成約為60～80%，可能出現(xiàn)“中期裂縫”。到一年左右即完成收縮95%，可能出現(xiàn)“后期裂縫”。一般裂縫的出現(xiàn)工程，基本上可分為三個(gè)活動(dòng)期。施工一年以后，外界若無特殊情況，一般的結(jié)構(gòu)則處于“穩(wěn)定期”。當(dāng)然，遇外界自然條件惡劣，溫濕度急劇變化如狂風(fēng)吹、烈日曬、寒潮襲擊等不利因素，也隨時(shí)有引起結(jié)構(gòu)裂縫的可能。

從以上分析情況看，一般地下、半地下結(jié)構(gòu)遭受的最大溫度差是在施工期間，一些現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫大多在“早期中初期”。如水池一般在工程尚未投入使用或剛剛投入使用時(shí)，有可能出現(xiàn)裂縫、漏水的現(xiàn)象。投用一段時(shí)間后，有些微小的裂縫會(huì)慢慢自己閉合。

所以結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度是影響溫度應(yīng)力的因素之一，若將結(jié)構(gòu)分成許多段，每段的程度盡量短一些，可有效地減少溫度收縮應(yīng)力。在施工后期，把這些段澆成整體，使前后兩部分的溫度差和收縮應(yīng)力疊加應(yīng)小于混凝土的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，這就是利用“后澆縫”的辦法來控制裂縫，并在一般工程中可達(dá)到不設(shè)置永久伸縮縫的目的。

后澆縫的間距：正常施工條件下約20～30m。

后澆縫的保留時(shí)間：從理論上講，越長(zhǎng)越好，一年左右，但實(shí)際工程不允許拖這么長(zhǎng)時(shí)間，所以不少于40天為界，二個(gè)月左右更好，這樣混凝土收縮約完成30%左右。

后澆縫的寬度：理想寬度為1cm左右，但為便于施工，一般寬度取60～100cm，鋼筋不斷，形式有企口式和直口式兩種。

后澆縫的填充材料澆筑微膨脹混凝土（普通水泥摻加膨脹劑）或提高混凝土標(biāo)號(hào)，經(jīng)15天的潮濕養(yǎng)護(hù)，這樣能有效地減少溫度收縮應(yīng)力。

三、構(gòu)造措施

矩形水池實(shí)際上是空間結(jié)構(gòu)，其自身的約束和外界條件的約束影響都十分復(fù)雜，因此在具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，除根據(jù)具體條件作應(yīng)力計(jì)算外，同時(shí)必須采用一系列綜合性構(gòu)造措施。

1、對(duì)于較大的水池采用扶壁式池壁形式，扶壁和垂直壁板之連接處，應(yīng)配置水平鋼箍，采用封閉式其直徑φ8～φ10，間距不宜大于30～40cm。扶壁和底板連接處，應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)腋角，以增大轉(zhuǎn)角處剛到，分散池角應(yīng)力。

2、為了防止池壁產(chǎn)生貫穿性裂縫和減少表面裂縫，鋼筋應(yīng)對(duì)稱設(shè)置，沿板上、下兩層，沿墻左右兩層，鋼筋應(yīng)盡可能細(xì)、密些。但若完全采用細(xì)鋼筋，則施工剛度不足，可以采用粗細(xì)搭配，含鋼率控制在0.3～0.4%范圍以內(nèi)（水平筋）。

3、池壁頂部設(shè)置圈梁。

4、對(duì)于池壁孔洞大于300mm者，均在洞口配置加強(qiáng)鋼筋。

5、由于在轉(zhuǎn)角處有水平彎矩，因此必須增加水平鋼筋，各伸過相鄰池壁長(zhǎng)度不應(yīng)小于1m。

6、在水池縱橫斷面的四角以及施工縫設(shè)置“暗梁”予以加強(qiáng)。這樣處理后，易裂的薄弱部位含筋率增大，混凝土的極限拉伸提高、結(jié)構(gòu)抗裂性得到增強(qiáng)。

7、采取合理的結(jié)構(gòu)布置和維護(hù)措施以減少溫（濕）度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。除加強(qiáng)整體剛度外，還應(yīng)保溫防寒。

8、控制應(yīng)力集中裂縫，孔洞和變截面的轉(zhuǎn)角處，由于溫度的收縮作用，也會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。應(yīng)采取作構(gòu)造筋加強(qiáng)、配置斜向鋼筋或網(wǎng)片進(jìn)行處理。

以上是從設(shè)計(jì)角度考慮的構(gòu)造措施，目的是加強(qiáng)水池的整體剛度和抗裂度。

四、施工中采取措施控制裂縫產(chǎn)生

為確保水池在施工期間嚴(yán)格控制由于施工因素而造成的裂縫，除嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求外，施工人員應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、施工縫的預(yù)留。一般來講，施工縫預(yù)留在池壁和池底壁交接處支模方便，但從池壁受力分析這個(gè)部位受力最大，容易造成水池滲漏，所以施工縫留在底板腋角以上200～300mm處為宜，施工縫形式可采用：凸、凹以及止水板等。

2、對(duì)面積較大的水池，一次澆筑混凝土量近400mm³以上，應(yīng)要求施工過程中在混凝土內(nèi)摻入緩凝劑等，以促使混凝土延長(zhǎng)早期凝固時(shí)間，另外為了滿足混凝土的塌落度，單純的增加單位水泥用量，不僅多用了水泥，加劇混凝土的干燥收縮，同時(shí)會(huì)增大水化熱，因此施工中除了調(diào)整混凝土的級(jí)配外，還必要增加水泥用量20%的減水劑。

3、保持適宜的溫度和濕度條件，保溫的目的，一是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土表面濕度的梯度，防止混凝土表面裂縫的產(chǎn)生，二是延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫度對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。潮濕養(yǎng)護(hù)作用：剛澆灌不久的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化的速度快，潮濕條件可防止由于混凝土表面的脫水而產(chǎn)生的干縮裂縫。

4、嚴(yán)格控制水灰比，一般在0.5左右，每立方米混凝土水泥用量在320公斤左右，據(jù)測(cè)定1立方米混凝土每增減10公斤水泥，溫度亦相應(yīng)升降10C。砂石含泥量不超過3%。

5、延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。水池竣工后及時(shí)回填土或加強(qiáng)臨時(shí)性維護(hù)措施。施工質(zhì)量的好壞，對(duì)混凝土水池的預(yù)防和控制有直接的關(guān)系，同樣會(huì)影響整個(gè)工程的進(jìn)度與質(zhì)量，影響裝置的正常生產(chǎn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于大型水池，特別是池壁外露地面比較高、大的構(gòu)筑物，必須充分認(rèn)識(shí)到溫度伸縮對(duì)池壁、池底的抗裂性能的影響，合理的結(jié)構(gòu)布置，必要的構(gòu)造措施，切實(shí)的施工方案是確保工程質(zhì)量的重要保證。一般池壁較薄，對(duì)于混凝土施工過程中釋放的水化熱影響而產(chǎn)生的水池壁溫度變化和收縮作用不能輕視。

對(duì)于大體積混凝土，或高達(dá)的混凝土構(gòu)筑物，利用“后澆縫”的方法來擴(kuò)大伸縮間距，是行之有效的辦法。并且在一些重點(diǎn)工程施工中已得到廣泛應(yīng)用，效果良好，利于抗震。對(duì)水池類結(jié)構(gòu)，“后澆縫”對(duì)防滲防水均有所改善。