摘要：随着我过经济的快速发展，越来越多的大型工业项目实施，工业项目中的水池及污水处理设施水池区域大型化，裂缝控制一直是水池结构的关键工作，超长超大的水池裂缝控制对设计施工的要求更高，基于这样的北街，本文分析了超长水池产生裂缝的主要原因，同时提出了一些防止裂缝产生的措施
关键词：超长水池；裂缝；裂缝；控制；措施
随着我国经济的高速发展，越来越多的大型工业项目上马，尤其是在国家新的“十一五”规划中对环保非常重视，这就使得我们今后工作中将遇到更多的大型水处理项目。
我国《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB 50069-2002 中6.2.1条规定矩形现浇钢筋混凝土水池，当长度、宽度较大时，宜设置适应温度变化作用的伸缩缝。伸缩缝间距一般为15m 到30m。伸缩缝的存在大大妨碍了水处理专业的工艺要求，这就要求我们必须把伸缩缝间距进一步放大。随着建筑材料、施工方法的改进，又为超长水池不设缝、少设缝提供了可能，在实际施工经验中也已经有大量的实例证明加大伸缩缝的间距是可行的。
一、超长水池产生裂缝的主要原因主要有以下几个方面
（一）温差引起的裂缝；
温差是指在水池使用期间所处环境最高温度与最低温度差。在北方地区室外露天水池，这种现象尤为明显，这些地方温差比较大，引起荷载作用比较大，也越容易开裂。
（二）混凝土的收缩；
混凝土有自缩，碳化收缩，温度收缩，干燥收缩。影响干缩和开裂的因素很多，水泥、骨料、化学外加剂、矿物掺和料以及纤维等组成材料的种类和掺量变化、配合比，周围介质条件、结构特征因素等都有影响。
（三）水化热
混凝土浇注后，水泥的水化热使混凝土内部温度升高，一般每100kg水泥可使混凝土内部温度升高10℃左右，加上混凝土入膜温度，在2～3d内，混凝土内部温度可达50～80℃。而混凝土的线膨胀系数约为10－5即温度每升高或降低10℃，混凝土会产生0.01％的线膨胀或收缩。资料表明，混凝土表面温度与环境温度之差大于25℃时即出现肉眼可见的温度收缩裂缝。当水池壁厚大于500mm时，水化热影响就不可忽视。
（四）施工质量差
由于施工质量差引起的水池裂缝往往具有不规律性，原因也比较复杂，如混凝土拌和不均匀，泵送混凝土增加了用水量、水泥用量，浇筑不均匀，混凝土表面抹压不及时，骨料含泥量大，混凝土配合比不当（水泥用量大、用水量大水胶比大、砂率大），拌和物和易性差容易引起砼离析等。
（五）混凝土的养护
混凝土由于养护不当，养护初期遭受急剧干燥（日晒、大风）或冻害，引起混凝土失水过快或冻融破坏，容易引起混凝土裂缝。
针对水池出现裂缝的各种原因，我们应该在设计和施工中，采取相应有效的措施，来减轻或消去不良影响，把裂缝控制在有害范围之内。根据“抗放结合”的处理思想对温差引起的荷载作用，我们主要采取“抗”的措施，而对混凝土收缩及水化热，则主要采取“放”的原则。
规范对水池结构容许长度做了具体规定，见下表格。表格中所给数据是多种情况统一考虑的，实际工程中我们可根据公式算出容许不设伸缩缝的间距[L]
E －混凝土弹性模量
Cx－地基或基础水平阻力系数
Cx偏于安全（偏高的）取：
软粘土
（1～3）X10-2N/mm3
一般砂质粘土
（3～6）X10-2N/mm3
特别坚硬粘土
（6～10）X10-2N/mm3
风化岩、低强度等级素混凝土（60～100）X10-2N/mm3
C10以上的配筋混凝土 （100～150）X10-2N/mm3
α －混凝土线膨胀系数
H －底板厚度或板墙高度
T=T1+T2+T3
T1－水化热温差（壁厚大于或等于500mm时考虑）
T2－气温差
T3＝－εy/α（εy为收缩变形，α为10X10－6）
εp－钢筋混凝土极限拉伸应变，当材质不佳，养护不良时取0.5X10-4～0.8X10-4，当材质优良，养护得当，缓慢降温时取2X10－4，中间状况取
1X10－4～1.5X10-4
对超长水池结构处理我们一般采用以下几种措施来防止裂缝的产生
二、设温度缝
温度缝又成膨胀缝，其作用为允许结构在缝间发生伸缩。间距一般为15m 到30m左右，缝宽一般为20～30mm，水池的伸缩缝应做成贯通式，即在同一剖面上连同基础或底板断开，缝内必须采用埋入式止水带并用其他材料嵌缝。其典型作法详见图1所示，这种缝的构造相对复杂，施工难度较大，设计及施工均需十分仔细，否则就容易造成缝的渗漏。主要表现在：
1.橡胶止水带处容易漏水，因为该处节点复杂不易浇注密实。对于大面积结构，若底板漏水，水不易排走，会造成地基沉陷，导致底板变形，破坏。而底板修复很困难。
2.橡胶止水带有老化问题。
3.因用橡胶止水带接缝，漏水问题的处理将直接带来生产管理的麻烦。底板漏水不易察觉，直到底板发生破坏，漏水量剧增，才会被发现。
温度缝的设置对施工质量要求比较严，且由于其在耐久性上存在的问题难以克服，所以对这种处理方式应谨慎。
三、设置后浇带
后浇带的设置可避免部分不利的施工前阶段温差及混凝土前期收缩产生的当量温差，从而增大了构筑物伸缩缝的允许间距。后浇带的宽度考虑到施工方便一般采用800mm～1000mm，在正常的施工条件下，后浇带的间距宜为20～30m。后浇带的保留时间当然越长越好，但必须在施工期间不要影响后续工序，一般不应少于40天，最宜60天以上（考虑施工可能）。在此期间，混凝土水化热引起的早期温差影响基本消失，以及混凝土有不少于30%的收缩已完成（1个月龄期的混凝土约可完成全部干缩35％～40％）。
后浇带中横向钢筋在两侧混凝土收缩作用下已经获得较高的抗拉强度，此时位于水池侧壁的后浇带钢筋宜断开，以释放内力且方便凿毛接触面，然后钢筋搭接焊接，或后浇带处设为钢筋搭接区域（见图一），也可以将横向钢筋作成弯折状，以便两侧混凝土能在后浇带施工以前较为自由的收缩。位于池底后浇带钢筋由于施工不便可不断开，后浇带处钢筋须加密。
早期，后浇带采用浇注水泥及其他微膨胀水泥，例如普通水泥铝粉等配置混凝土。后来多数后浇带的混凝土中掺有UEA等膨胀外加剂，由于后浇带宽度较小，膨胀剂的作用不明显。资料表明，近年来，有些工程发现掺膨胀剂的后浇带二次开裂现象，后浇带的开裂分两种：沿纵向开裂，出现两条裂缝；沿横向裂缝，每隔1～2m一条横向断裂。究其原因主要是由于UEA微膨胀剂外加剂的水化反应需要大量供水，这就容易导致混凝土配合比不当，且加UEA微膨胀剂外加剂对混凝土养护要求比较高，混凝土几乎要浸泡在水里，现场施工作到这点很难实现。掺加UEA膨胀外加剂混凝土如达不到这样的养护条件，混凝土因水养护不足反而更容易出现裂缝。资料表明同样自然养护条件下的混凝土体积并没有什么差异。因此考虑施工难度慎用UEA膨胀剂，而采用普通水泥拌制的混凝土。在中低强度等级（C20～C25）混凝土结构中，后浇带要求填充比原结构强度等级高一级的混凝土，其他强度可采用等强度混凝土填充。
四、使用预应力混凝土
预应力混凝土能有效减轻混凝土的开裂，是种很好且有效的处理方法，本文不再赘述。
采取措施减小地基对水池的约束作用。如在底板与垫层之间设置滑动层，滑动层构造可采用一毡二油的作法或在地基与底板之间铺设10～20mm厚沥青砂或石屑层等。对超长结构，地基处理方法应尽量避免使用灌注桩等对结构约束作用也比较明显的方式而尽量使用复合地基的方式处理，否则会加大开裂的可能。当地基为岩石或其他坚硬土层时，应设置柔性隔离层。
此外对一些构造比较特殊的结构如图二所示，池底变标高处角部应加强且在变高处应作相应地基处理
五、使用膨胀混凝土
在施工方面应该注意施工缝的留设
在目前的施工技术条件下，较大的现浇钢筋砼水池是不可能将砼一次浇筑完成的，必须设置水平施工缝，分阶段进行施工。如果施工缝处理得不好，将很容易引起水池表面凹凸不平，有麻面、上下池壁错开及渗漏水等现象，严重时将影响使用。而这些毛病完全可以在设计、施工中通过采取一些适当的方法加以避免。止水带的做法一般有以下（图三～图五）几种：
施工缝的留设位置应在设计文件中指出，其位置宜在结构受剪力较小且便于施工的部位。对于水池池壁的施工缝，宜留在高出底板表面（有腋角时在腋角以上）300㎜~500㎜的竖壁上，接缝形式有多种，如凸凹缝、高低缝、平缝、设止水带缝等，根据以往的施工经验，发现目前常用的几种接缝方式均存在着渗漏水的隐患。如采用“凹凸”型施工缝，其最大弊端在于施工难度大，且很难保证质量，施工缝处砼凿毛时，极易将“凸”楞碰掉一部分，由此减少和缩短了水的爬行坡度和距离，从而产生渗漏水现象；另外凹槽中的水泥砂浆粉未难以清理干净，使在浇筑新砼后，在凹槽处形成一条夹渣层，影响新老砼的粘结质量，留下渗漏水的隐患。而采用橡胶止水带防水，因止水带是呈柔性的，安装时难于固定，且易在浇注砼时受挤压变形移位，从而容易造成局部渗漏水，而且橡胶止水带易老化失效，也不利于水池的长久使用。
根据很多水池施工经验，发现采用400㎜宽、2㎜厚的钢板作为施工缝处的止水带，其防水效果很好。一是施工方便：将钢板止水带按要求加工成一定的长度，在施工现场安装就位后进行搭接焊即可；二是不易变形且便于固定，止水板下部可支承在对拉螺栓上，上部用钢筋点焊夹住固定在池壁两侧板支撑系统上；三是施工缝上下止水板均有200㎜高，爬水坡度陡，高度也较大，具有较好的防渗漏效果。
在施工缝下面砼的浇筑时，由于砼的离析和分离，接近施工缝处的水泥砂浆偏多，而骨料偏少，使施工缝上下相接处存在一层新老水泥砂浆层相接的素砼薄弱层。由于砼的收缩远小于砂浆层，而砼中的粗骨料对水泥砂浆的收缩有约束作用，致使这层素砼薄弱层内产生裂缝。通常可以在施工缝处设置钢筋网片来防止这种裂缝的产生。即在施工缝平面上下各50㎜处分别设置直径14㎜的二级螺纹钢筋网片于止水带的两侧，沿水池池壁长度方向置于两排池壁主筋之间的素砼薄弱层中，这种钢筋网片可以有效抑制水泥砂浆的收缩，减少裂缝的产生。通过几个水池施工的实践，尤其是在池壁较薄的较大水池中使用钢筋网片，对抗渗漏很有利。施工缝以上砼的浇筑也应按规范要求严格控制砼一次浇筑的高度以及砼振捣棒的插入位置和振捣时间，以免产生对模板过大的侧压力而使对拉螺栓断裂。
伸缩缝等需要二次浇注的砼表面都需要进行凿毛处理。一般来说，如果砼尚未达到一定的强度，就过早凿毛，将易影响池壁钢筋、钢板止水带与砼的粘接握裹，对结构受力及防渗漏水不利。但如果凿毛过晚，砼已达到较高的强度，则凿毛施工困难，凿毛效果也不好，而影响新老砼的结合强度。凿毛时间应根据砼强度等级和气温情况综合考虑决定。当砼强度达到设计强度的10%左右时，即可开始凿毛作业。夏季通常是在浇筑砼以后过24h，冬季则可在浇筑砼以后的2~3d之后进行，应凿出砼中的碎石来，且应将凿毛后的表面清洗干净。
综上所述，形成水池裂缝的原因有多种多样，引起裂缝的原因一般是多种原因综合导致，在理论上也很难有精确的计算。且混凝土本身质量千差万别，养护条件，施工季节等人为因素很多，施工质量对裂缝影响非常大，也难以控制。要想作出合格水池，将裂缝控制在规范允许范围之内，必需要设计单位与施工单位的紧密配合，将施工条件与设计思路做到统一。
参考文献：
[1]《工程结构裂缝控制》王铁梦著 中国建筑工业出版社
[2]《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》 化学工业出版社
[3]《石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范》SH/T 3132-2002
[4]《给排水工程构筑物结构设计规范》 GB 50069-2002
[5]《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS 138：2002
论文作者:王国辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：混凝土论文; 水池论文; 裂缝论文; 钢筋论文; 伸缩缝论文; 底板论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第8期论文;