浅析施工中水池裂缝原因及处理方案

吕 俊，汤明燕，尧向群，吴培军，吴 瑶

（1.江西省水利水电开发有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省水务有限责任公司，江西 南昌 330001；3.江西省鄱阳湖水利枢纽建设办公室，江西 南昌 330046）

1 工程概况

江西省某农村安全饮水工程项目中清水池为3 000 m3矩形钢筋混凝土结构，设计选用96S837标准图，该池体平面为正方形，池体长宽均为29.20 m，池内净高4.00 m（如图1、2所示）。施工现场水池基础为强风化粉砂岩，承载力特征值fak=260 kPa，变形模量E0=15 MPa，池体采用C25混凝土浇筑，浇筑时间为2011年9月～12月。2012年5月，施工人员在进行池体粉刷时，发现池壁、顶板及内隔墙多处开裂，内部支柱的柱帽、柱脚及柱身均有裂缝。

2 水池裂缝情况

2.1 池壁裂缝

（1）西侧池壁（1 轴）：①距底板面 0.70～0.50 m 高处有一贯穿裂缝，中间最宽处0.80 mm，池壁内外均可见；②洞口至F轴间分布有20多条明显斜向裂缝，主要集中在D轴附近向两边扩散，基本贯穿整个壁板高度，宽度为 0.25～0.45 mm；③整个池壁分布着大量细小裂缝（宽度小于 0.20 mm），主要集中在 C～E 轴间。

（2）南侧池壁（A 轴）：①距底板 0.30～0.55 m 高处有一水平裂缝，自1轴延伸至5轴附近，宽度0.10～0.25 mm；②2～3轴间有略斜竖向裂缝2条，中间大两头小，较长裂缝最宽处0.50 mm；③3～5轴附近均有1～2条竖向裂缝，最宽处0.15 mm；④1～6轴间分布着一些宽度小于0.10 mm的细微裂缝。

（3）北侧池壁（H 轴）：①距底板约 0.50 m、1.10 m 高处各有一水平裂缝，自1轴延伸至5轴附近，宽度0.10～0.20 mm；②3～4 轴间有两条竖向裂缝，呈中间大两头小，宽度0.15 mm；③1～5轴间分布着一些宽度小于0.10 mm的细微裂缝。

2.2 支柱裂缝

（1）7/G轴柱脚呈西北角斜向开裂，裂缝由角部延伸至杯口根部，宽度0.40 mm。

（2）2/B、2/C、2/D、2/E、2/F、2/G 轴柱均是柱脚东侧杯口处呈楔形开裂，根部脱开8～10 mm，柱帽西侧杯口处楔形开裂，上、下开裂处均伴有少量混凝土破碎；柱身在距柱脚杯口高0.80 m左右东侧有楔形开裂，向西侧延伸并收敛于柱中线附近，缝宽0.30 mm。

（3）3/G、4/G、5/G 轴柱脚南侧、柱帽北侧以及柱身南侧均有开裂，其开裂形式与2轴柱基本相同，柱身最大裂缝宽度 0.25 mm，上、下另有宽约 0.10 mm 裂缝 1～2条。

2.3 顶板裂缝

（1）顶板东北角有3条约45°角裂缝，自6/H处延伸至 F 轴（距 8/F 约 2.9 m），最大宽度 0.80 mm；距该裂缝向西3 m处有1条斜裂缝，缝宽0.40 mm，长5.40 m。

（2）距 1 轴线 1.70～1.90 m，距 A 轴线 0.50 m，均有沿板边通长裂缝，中间最大缝宽0.50 mm，距H轴线1.60 m，由西向北延伸至板中线位置，裂缝宽度 0.10 mm。

（3）西南角（1-3/A-E轴区间）有大量明显的裂缝，部分裂缝延伸至4轴线附近，以D轴线左右最为集中，裂缝宽度大部分在 0.20～0.60 mm。

图1 水池平面图

图2 水池剖面图

2.4 其他

在底板勘探钻孔处，用手探测发现底板与垫层间存在明显的间隙。

3 水池裂缝原因分析

通过现场对施工过程了解得知，该工程自2011年12月完成池体混凝土浇筑后，外围基坑仅东北角处有少量回填，其余部位均未回填。2012年5月粉刷前，正逢汛期，有数场暴雨，致使池外基坑积水深度达1.80～2.00 m，由现状裂缝情况可知，池体裂缝也主要集中在西侧基坑未回填位置。通过对水池进行抗浮验算和裂缝宽度计算，分析裂缝产生的原因。

3.1 水池抗浮验算

根据 《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）5.4.3 条规定，对水池进行抗浮验算。

其中：KW—抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05；

GK—水池自重及压重（kN）；

NWK—浮力作用值（kN）。

经计算得出，水池自重15 415 kN，根据施工过程情况，按池外最大积水水深2.00 m计算得水浮力作用值17 761 kN，进而得出水池抗浮稳定安全系数KW为0.87，小于规范要求，说明当池外基坑最大积水深为2.00 m时，水池已不满足安全稳定要求，产生了上浮。

3.2 裂缝宽度计算

根据 《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）附录A规定，最大裂缝宽度计算公式转换后如下：

其中：ωmax—最大裂缝宽度（mm）；

αcr—与构件截面应力状态有关的系数，受弯构件取 2.1；

ψ—裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数，当＜0.4时，取 0.4；当 ＞1.0 时，取 1.0；

σsK—钢筋应力（N/mm2）；

Es—钢筋的弹性模量（N/mm2）；

c—最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区边缘的距离（mm），取 35；

d—纵向受拉钢筋直径（mm），根据设计图纸，取14；

ρte—按有效受拉砼截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，ρte＜0.01 时，取ρte=0.01。

经计算，最大裂缝宽度为0.27，而现状水池的裂缝宽度在 0.10～0.80 mm 之间，超过允许的裂缝宽度值，说明水池存在安全隐患。

3.3 水池裂缝原因分析

水池施工中产生裂缝的原因很多，其中主要包括混凝土内外温差、混凝土塑性和缩水收缩（干缩）、结构地基或回填土未压实或浸水以及施工的不规范操作以及施工工艺的不合理运用等。根据本工程裂缝情况和上述计算结果，结合施工过程中池外基坑积水情况，通过水池抗浮验算，得出池外基坑积水产生的浮托力超过了水池自重，在水池空载、排水不畅的情况下，致使池体不均匀上浮，造成池壁、顶板及支柱产生裂缝，并使得底板与垫层脱离，整体向东倾斜，在积水退去后，泥沙积留在底板与垫层之间，导致底板不能完全复位，池体产生倾斜变形。另外，水池底和顶的设计均为板式结构，无框架梁连接，当池壁及支柱受力产生变化，基础承重分布不均匀时，会造成池体倾斜、变形。由裂缝宽度计算可知，池壁、柱体及顶板产生的裂缝已超过允许最大裂缝宽度值，需对池体进行鉴定。

4 水池质量鉴定

通过专业检测机构复核现状水池顶高程，并对池体混凝土质量进行检测，鉴定水池变形情况及工程质量，以便为后续处理提供依据。

4.1 池顶高程复核

现场对池顶16个位置高程进行了测量，各测点为原测量标注位置，池顶现浇完成后原始高程为34.60 m。经重新测量复核，发现池顶标高与施工完成时施工单位所测标高相比，最大升高了202 mm，其中西北侧抬升较为明显，东南侧存在些许沉降，池体高低处最大高差为215 mm，整个池体由西向东倾斜。可见整个池体已发生了严重的倾斜变形。

4.2 池体混凝土质量检测

现场采用混凝土回弹仪对四侧池壁、七根有明显裂缝的支柱进行了检测，结果见表1。

由检测结果可知，所抽检混凝土构件强度均达到C25强度等级以上，池体现龄期混凝土强度推定值在31.4～44.7 MPa 之间，满足设计要求。

4.3 质量鉴定结论

（1）由池顶高程复核可知，池体周边基坑积水使得池体产生了不均匀上浮，水池主体结构出现严重倾斜变形，并导致了池体裂缝的产生。

（2）由混凝土质量检测可知，该水池混凝土强度满足设计要求，说明水池裂缝与混凝土浇筑质量无关。

（3）由现场观测，池体出现大量贯穿性裂缝，最大裂缝宽度达 0.60～0.80 mm，超出《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）要求的限值，不符合要求，无法正常投入使用，需要对池体裂缝进行处理。

表1 池体混凝土强度检测结果

5 水池裂缝处理方案

5.1 水池裂缝加固

根据鉴定结论，混凝土强度已达到或超过设计值，对安全无影响，但池体产生了一定变形，裂缝较多，并超过规范值，影响使用功能。因此，需对池体变形及裂缝情况进行加固，防止水池运行时池体水通过裂缝锈蚀钢筋，影响结构安全。采取的具体措施如下：

（1）底板与垫层空隙处采用低压自流式排水灌浆处理，使池底与垫层较好结合；

（2）水池内部和水池外侧壁全部采用无收缩修复砂浆（挂钢丝网），砂浆厚度20 mm；

（3）顶板采用无收缩高强混凝土整浇，厚度40～60 mm，布双向Φ8＠150钢筋；

（4）柱子裂缝采用高强环氧砂浆处理。

此加固处理方案经运行验收合格，说明此加固方案是有效的。

5.2 地下水浮力的设防水位

为避免水池在以后的运行管理中因地下水的浮托力对池体造成破坏，根据 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011） 3.0.4 条要求，需计算水池地下水浮力的设防水位，以保证水池的安全运行。地下水浮力的设防水位计算按公式（1），计算当水池空载工况下抗浮稳定安全系数达到临界值 （Kf=1.05）时相对应的地下水深，由公式（1）得出：

其中：ρ—水密度（kg/m3）；

h—地下水深（m）；

A—水池底面积（m2）。

通过计算得出h=1.65 m，即在水池运行管理中，应使地下水位低于1.65 m，以满足水池的稳定安全要求。

6 结语

当前，在农村饮水及各种水处理工程中，钢筋混凝土水池得到了广泛应用，而施工过程中的各种不确定因素导致水池产生裂缝，只有规范和严谨施工过程中的各个环节，确保施工质量，才能有效杜绝水池裂缝事故的产生。通过本工程可知，应在施工中充分做好以下几方面工作：首先，施工前应认真做好设计交底工作，充分了解工程基础、周边地形以及池体的重要部位，以便在施工中加以防范；其次，在施工过程中，应做好基础降、排水工作，确保基础施工环境的干燥，避免产生不均匀沉降；最后，在施工完成后应及时回填覆盖，避免基坑因降雨产生积水，软化基础，影响池体结构及安全。另外，对于地下水位较高或易产生积水地段，在设计中可在池底和顶板加设框架梁连接，增强水池的整体性，避免池体受力不均匀导致池体产生裂缝。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范 ［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011，5.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012，3.

［3］中华人民共和国建设部.给水排水工程构筑物结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2003，2.

［4］刘声远，孙 颖.钢筋混凝土水池裂缝的分析与处理 ［J］.辽宁工程技术大学学报，2007，26（2）：228-231.

［5］何益斌，肖阿林.某工程水池池壁开裂原因分析及防治措施［J］.四川建筑科学研究，2009，35（1）：108-110.

［6］宋少刚，程义军.水池裂缝产生的原因及控制处理方法 ［J］.山西建筑，2010，36（12）：156-158.

［7］路绳岩.浅谈钢筋混凝土水池裂缝的成因与控制 ［J］.河南建材，2012（6）：181-183.