钢筋混凝土水池裂缝的预防及控制设计

钢筋混凝土水池裂缝的预防及控制设计

[摘要]本文结合某新建工程，分析了钢筋混凝土水池由于多种原因的变形、沉降所引起的池体结构裂缝，阐述在设计及施工中预防和控制池壁、池底抗裂、限制裂缝宽度方面采取的措施。

[关键词]钢筋混凝土水池；伸缩缝；后浇缝

一、概述

钢筋混凝土水池在炼油化工建设中是一种应用极为广泛的构筑物，大量用于储存水、油污水等介质，在炼油厂给排水最常见的如：清水池、蓄水池、隔油池、中和池、曝气池、沉淀池、反应池以及消防水池等。池体的结构形式一般为矩形、圆形，根据施工条件，在设计时也可分为预制装配式及整体现浇式，但无论是矩形、圆形，预制还是现浇的池体结构，由于多种原因的变形、沉降所引起的池体结构裂缝（包括池顶板、池壁板、池底板）是不可避免的。也就是说，在一般情况下，裂缝的产生也是难免的，但是要使池体结构裂缝严格控制在规范所允许范围内（二、三级水池裂缝允许范围是0.2mm），这要求每一个设计与施工人员必须做一定的努力才能达到。

某新建污水处理场合碱污水处理装置，大型钢筋混凝土矩形平底水处理曝气池及沉淀池，由于池壁外露装置设计地面部分比较高（高度约5米），同时池内所存介质的温度、介质腐蚀池体的程度不同（池内存的含碱、含油污水），另外，根据工艺、设备的布置及流程的需要，整个水池槽、沟纵横交叉且错综复杂，开洞埋件种类繁多，因此在预防和控制池壁、池底裂缝方面给设计及施工带来许多困难和不利因素。如：曝气池、沉淀池为例，长度64m，宽26m，根据工艺流程及操作要求，中间又分为4格，即曝气池为16×16m见方的矩形平底池，沉淀池为16×16m见方的矩形平底池，整个水池通过沟槽及管线交叉贯通，内外池壁均采用扶壁式现浇钢筋混凝土结构，根据工艺及生产的需要及水池的复杂情况，在设计结构的抗裂、限制裂缝宽度方面采取了一系列措施。

二、水池伸缩缝、后浇缝的设置

含碱污水处理池由于采用矩形平底的布置形式，所以对地基的不均匀沉降反映比较敏感，同时在温差和湿差的作用下，经常产生显著的附加应力，早期干缩效应也很明显，由于出现裂缝，因此，必须严格限制变形缝的间距；另外由于钢筋混凝土的伸缩影响，水池的池壁长度和宽度均受到限制，在超过一定限度时就需要设缝。含碱污水处理池按实际平面尺寸划分为四个均匀的单元。在二单元之间设置伸缩缝，每个单元长度为26m，宽度为25m。这样长（宽）度均控制在30m以内，二单元钢筋混凝土池壁中间采用预留伸缩缝宽70mm，从池顶到底板全部断开（垫层没有断）。池壁中间采用沥青麻刀预制块砌筑，切实保证整个水池在钢筋混凝土伸缩过程中有变形的余地。

对于二单元之间的沟、槽采用1.5mm紫铜片，做成“V”字型状，使其同样达到自由伸缩的效果。

“后浇缝”的设置，考虑到混凝土在施工过程中释放水化热产生较大的温度变化和伸缩作用，有可能由于温度变化和伸缩作用而导致出现水池底板和壁板的裂缝从而影响水池的抗裂、抗渗性及耐久性，所以在施工中采用设置“后浇缝”的办法加以弥补可能产生的裂缝。

在现浇整体式钢筋混凝土结构中，在施工期间保留的临时性温度伸缩变形缝，称为“后浇缝”。根据具体条件保留一定的时间后，再进行填充封闭，后浇成连接整体的无伸缩结构。这种缝只在施工期间存在，所以也是一种特殊的施工缝。

“后浇缝”是一种扩大伸缩缝间距，甚至取消伸缩缝的有效措施。现在一些工程中采用“后浇缝”的做法来取消伸缩缝。这样做即对结构抗震、防渗有利，同时方便施工。

“后浇缝”的设置原则：根据温度和收缩的变化规律，一般混凝土结构承受的温差有：气候温差、水化热温差以及构筑物投用后生产时散发的热温差。混凝土入摸后，经24～30小时可达到最高温度，最高水化热引起的温度比入摸温度高约30～350C，以后根据不同散热条件，按不同速度降温（主要看养护措施），经10～15天后，基本上同周围气温相同。在这段时间内，若进行“正常”的养护，混凝土收缩约占总收缩量的15%左右。此时结构在这段时间，可能出现裂缝，这就是“早期活动期（裂缝）”。此后的3～6个月，混凝土收缩完成约为60～80%，可能出现“中期裂缝”。到一年左右即完成收缩95%，可能出现“后期裂缝”。一般裂缝的出现工程，基本上可分为三个活动期。施工一年以后，外界若无特殊情况，一般的结构则处于“稳定期”。当然，遇外界自然条件恶劣，温湿度急剧变化如狂风吹、烈日晒、寒潮袭击等不利因素，也随时有引起结构裂缝的可能。

从以上分析情况看，一般地下、半地下结构遭受的最大温度差是在施工期间，一些现浇混凝土结构出现裂缝大多在“早期中初期”。如水池一般在工程尚未投入使用或刚刚投入使用时，有可能出现裂缝、漏水的现象。投用一段时间后，有些微小的裂缝会慢慢自己闭合。

所以结构长度是影响温度应力的因素之一，若将结构分成许多段，每段的程度尽量短一些，可有效地减少温度收缩应力。在施工后期，把这些段浇成整体，使前后两部分的温度差和收缩应力叠加应小于混凝土的设计抗拉强度，这就是利用“后浇缝”的办法来控制裂缝，并在一般工程中可达到不设置永久伸缩缝的目的。

后浇缝的间距：正常施工条件下约20～30m。

后浇缝的保留时间：从理论上讲，越长越好，一年左右，但实际工程不允许拖这么长时间，所以不少于40天为界，二个月左右更好，这样混凝土收缩约完成30%左右。

后浇缝的宽度：理想宽度为1cm左右，但为便于施工，一般宽度取60～100cm，钢筋不断，形式有企口式和直口式两种。

后浇缝的填充材料浇筑微膨胀混凝土（普通水泥掺加膨胀剂）或提高混凝土标号，经15天的潮湿养护，这样能有效地减少温度收缩应力。

三、构造措施

矩形水池实际上是空间结构，其自身的约束和外界条件的约束影响都十分复杂，因此在具体设计计算过程中，除根据具体条件作应力计算外，同时必须采用一系列综合性构造措施。1、对于较大的水池采用扶壁式池壁形式，扶壁和垂直壁板之连接处，应配置水平钢箍，采用封闭式其直径φ8～φ10，间距不宜大于30～40cm。扶壁和底板连接处，应设置加强腋角，以增大转角处刚到，分散池角应力。

2、为了防止池壁产生贯穿性裂缝和减少表面裂缝，钢筋应对称设置，沿板上、下两层，沿墙左右两层，钢筋应尽可能细、密些。但若完全采用细钢筋，则施工刚度不足，可以采用粗细搭配，含钢率控制在0.3～0.4%范围以内（水平筋）。

3、池壁顶部设置圈梁。

4、对于池壁孔洞大于300mm者，均在洞口配置加强钢筋。

5、由于在转角处有水平弯矩，因此必须增加水平钢筋，各伸过相邻池壁长度不应小于1m。

6、在水池纵横断面的四角以及施工缝设置“暗梁”予以加强。这样处理后，易裂的薄弱部位含筋率增大，混凝土的极限拉伸提高、结构抗裂性得到增强。

7、采取合理的结构布置和维护措施以减少温（湿）度对结构的影响。除加强整体刚度外，还应保温防寒。

8、控制应力集中裂缝，孔洞和变截面的转角处，由于温度的收缩作用，也会引起应力集中，导致裂缝的产生。应采取作构造筋加强、配置斜向钢筋或网片进行处理。

以上是从设计角度考虑的构造措施，目的是加强水池的整体刚度和抗裂度。

四、施工中采取措施控制裂缝产生

为确保水池在施工期间严格控制由于施工因素而造成的裂缝，除严格按设计要求外，施工人员应注意以下几点：

1、施工缝的预留。一般来讲，施工缝预留在池壁和池底壁交接处支模方便，但从池壁受力分析这个部位受力最大，容易造成水池渗漏，所以施工缝留在底板腋角以上200～300mm处为宜，施工缝形式可采用：凸、凹以及止水板等。

2、对面积较大的水池，一次浇筑混凝土量近400mm3以上，应要求施工过程中在混凝土内掺入缓凝剂等，以促使混凝土延长早期凝固时间，另外为了满足混凝土的塌落度，单纯的增加单位水泥用量，不仅多用了水泥，加剧混凝土的干燥收缩，同时会增大水化热，因此施工中除了调整混凝土的级配外，还必要增加水泥用量20%的减水剂。

3、保持适宜的温度和湿度条件，保温的目的，一是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面湿度的梯度，防止混凝土表面裂缝的产生，二是延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使平均总温度对混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿性裂缝。潮湿养护作用：刚浇灌不久的混凝土尚处于凝固硬化阶段，水化的速度快，潮湿条件可防止由于混凝土表面的脱水而产生的干缩裂缝。

4、严格控制水灰比，一般在0.5左右，每立方米混凝土水泥用量在320公斤左右，据测定1立方米混凝土每增减10公斤水泥，温度亦相应升降10C。砂石含泥量不超过3%。

5、延长养护时间，提高养护质量。水池竣工后及时回填土或加强临时性维护措施。施工质量的好坏，对混凝土水池的预防和控制有直接的关系，同样会影响整个工程的进度与质量，影响装置的正常生产。

五、结束语

对于大型水池，特别是池壁外露地面比较高、大的构筑物，必须充分认识到温度伸缩对池壁、池底的抗裂性能的影响，合理的结构布置，必要的构造措施，切实的施工方案是确保工程质量的重要保证。一般池壁较薄，对于混凝土施工过程中释放的水化热影响而产生的水池壁温度变化和收缩作用不能轻视。

对于大体积混凝土，或高达的混凝土构筑物，利用“后浇缝”的方法来扩大伸缩间距，是行之有效的办法。并且在一些重点工程施工中已得到广泛应用，效果良好，利于抗震。对水池类结构，“后浇缝”对防渗防水均有所改善。