鋼筋混凝土水池裂縫的預防及控制設計

李洪偉

[摘要]本文結合某新建工程，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構裂縫，闡述在設計及施工中預防和控制池壁、池底抗裂、限制裂縫寬度方面采取的措施。

[關鍵詞]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中是一種應用極為廣泛的構筑物，大量用于儲存水、油污水等介質，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、反應池以及消防水池等。池體的結構形式一般為矩形、圓形，根據施工條件，在設計時也可分為預制裝配式及整體現澆式，但無論是矩形、圓形，預制還是現澆的池體結構，由于多種原因的變形、沉降所引起的池體結構裂縫（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，裂縫的產生也是難免的，但是要使池體結構裂縫嚴格控制在規范所允許范圍內（二、三級水池裂縫允許范圍是0.2mm），這要求每一個設計與施工人員必須做一定的努力才能達到。

某新建污水處理場合堿污水處理裝置，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計地面部分比較高（高度約5米），同時池內所存介質的溫度、介質腐蝕池體的程度不同（池內存的含堿、含油污水），另外，根據工藝、設備的布置及流程的需要，整個水池槽、溝縱橫交叉且錯綜復雜，開洞埋件種類繁多，因此在預防和控制池壁、池底裂縫方面給設計及施工帶來許多困難和不利因素。如：曝氣池、沉淀池為例，長度64m，寬26m，根據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，整個水池通過溝槽及管線交叉貫通，內外池壁均采用扶壁式現澆鋼筋混凝土結構，根據工藝及生產的需要及水池的復雜情況，在設計結構的抗裂、限制裂縫寬度方面采取了一系列措施。

二、水池伸縮縫、后澆縫的設置

含堿污水處理池由于采用矩形平底的布置形式，所以對地基的不均勻沉降反映比較敏感，同時在溫差和濕差的作用下，經常產生顯著的附加應力，早期干縮效應也很明顯，由于出現裂縫，因此，必須嚴格限制變形縫的間距；另外由于鋼筋混凝土的伸縮影響，水池的池壁長度和寬度均受到限制，在超過一定限度時就需要設縫。含堿污水處理池按實際平面尺寸劃分為四個均勻的單元。在二單元之間設置伸縮縫，每個單元長度為26m，寬度為25m。這樣長（寬）度均控制在30m以內，二單元鋼筋混凝土池壁中間采用預留伸縮縫寬70mm，從池頂到底板全部斷開（墊層沒有斷）。池壁中間采用瀝青麻刀預制塊砌筑，切實保證整個水池在鋼筋混凝土伸縮過程中有變形的余地。

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

“后澆縫”的設置，考慮到混凝土在施工過程中釋放水化熱產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致出現水池底板和壁板的裂縫從而影響水池的抗裂、抗滲性及耐久性，所以在施工中采用設置“后澆縫”的辦法加以彌補可能產生的裂縫。

在現澆整體式鋼筋混凝土結構中，在施工期間保留的臨時性溫度伸縮變形縫，稱為“后澆縫”。根據具體條件保留一定的時間后，再進行填充封閉，后澆成連接整體的無伸縮結構。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”是一種擴大伸縮縫間距，甚至取消伸縮縫的有效措施?，F在一些工程中采用“后澆縫”的做法來取消伸縮縫。這樣做即對結構抗震、防滲有利，同時方便施工。

“后澆縫”的設置原則：根據溫度和收縮的變化規律，一般混凝土結構承受的溫差有：氣候溫差、水化熱溫差以及構筑物投用后生產時散發的熱溫差?；炷寥朊?，經24～30小時可達到最高溫度，最高水化熱引起的溫度比入摸溫度高約30～350C，以后根據不同散熱條件，按不同速度降溫（主要看養護措施），經10～15天后，基本上同周圍氣溫相同。在這段時間內，若進行“正?！钡酿B護，混凝土收縮約占總收縮量的15%左右。此時結構在這段時間，可能出現裂縫，這就是“早期活動期（裂縫）”。此后的3～6個月，混凝土收縮完成約為60～80%，可能出現“中期裂縫”。到一年左右即完成收縮95%，可能出現“后期裂縫”。一般裂縫的出現工程，基本上可分為三個活動期。施工一年以后，外界若無特殊情況，一般的結構則處于“穩定期”。當然，遇外界自然條件惡劣，溫濕度急劇變化如狂風吹、烈日曬、寒潮襲擊等不利因素，也隨時有引起結構裂縫的可能。

從以上分析情況看，一般地下、半地下結構遭受的最大溫度差是在施工期間，一些現澆混凝土結構出現裂縫大多在“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，有可能出現裂縫、漏水的現象。投用一段時間后，有些微小的裂縫會慢慢自己閉合。

所以結構長度是影響溫度應力的因素之一，若將結構分成許多段，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力疊加應小于混凝土的設計抗拉強度，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到不設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。

后澆縫的保留時間：從理論上講，越長越好，一年左右，但實際工程不允許拖這么長時間，所以不少于40天為界，二個月左右更好，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）或提高混凝土標號，經15天的潮濕養護，這樣能有效地減少溫度收縮應力。

三、構造措施

矩形水池實際上是空間結構，其自身的約束和外界條件的約束影響都十分復雜，因此在具體設計計算過程中，除根據具體條件作應力計算外，同時必須采用一系列綜合性構造措施。

1、對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，應設置加強腋角，以增大轉角處剛到，分散池角應力。

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

3、池壁頂部設置圈梁。

4、對于池壁孔洞大于300mm者，均在洞口配置加強鋼筋。

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

6、在水池縱橫斷面的四角以及施工縫設置“暗梁”予以加強。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、結構抗裂性得到增強。

7、采取合理的結構布置和維護措施以減少溫（濕）度對結構的影響。除加強整體剛度外，還應保溫防寒。

8、控制應力集中裂縫，孔洞和變截面的轉角處，由于溫度的收縮作用，也會引起應力集中，導致裂縫的產生。應采取作構造筋加強、配置斜向鋼筋或網片進行處理。

以上是從設計角度考慮的構造措施，目的是加強水池的整體剛度和抗裂度。

四、施工中采取措施控制裂縫產生

為確保水池在施工期間嚴格控制由于施工因素而造成的裂縫，除嚴格按設計要求外，施工人員應注意以下幾點：

1、施工縫的預留。一般來講，施工縫預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、對面積較大的水池，一次澆筑混凝土量近400mm³以上，應要求施工過程中在混凝土內摻入緩凝劑等，以促使混凝土延長早期凝固時間，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，同時會增大水化熱，因此施工中除了調整混凝土的級配外，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散，減少混凝土表面濕度的梯度，防止混凝土表面裂縫的產生，二是延長散熱時間，充分發揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫度對混凝土產生的拉應力小于混凝土的抗拉強度，防止產生貫穿性裂縫。潮濕養護作用：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生的干縮裂縫。

4、嚴格控制水灰比，一般在0.5左右，每立方米混凝土水泥用量在320公斤左右，據測定1立方米混凝土每增減10公斤水泥，溫度亦相應升降10C。砂石含泥量不超過3%。

5、延長養護時間，提高養護質量。水池竣工后及時回填土或加強臨時性維護措施。施工質量的好壞，對混凝土水池的預防和控制有直接的關系，同樣會影響整個工程的進度與質量，影響裝置的正常生產。

五、結束語

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

對于大體積混凝土，或高達的混凝土構筑物，利用“后澆縫”的方法來擴大伸縮間距，是行之有效的辦法。并且在一些重點工程施工中已得到廣泛應用，效果良好，利于抗震。對水池類結構，“后澆縫”對防滲防水均有所改善。