钢筋混凝土水池平面尺寸超长时的影响及解决方法

2018-12-27寇立业李立明李艳东

山西建筑 2018年34期

寇立业李立明李艳东

(航天长征化学工程股份有限公司，北京 101111)

1 概述

化工或市政工程中装置的生产能力需求越来越大，其用于贮水和水处理的水池，如污水池、生化池、循环水池等平面尺寸也越来越大。水池在设计上需进行承载能力极限状态和正常使用极限状态验算，从而保证结构满足规范中强度、变形、抗渗、抗裂等规定的要求。当水池平面尺寸较大时，温度应力的影响应引起足够的重视。

建、构筑物处于自然环境中，受自然界温度的变化及周围环境的影响，其温度场的确立非常复杂，同时混凝土自身的收缩变形也受到多种因素的影响。目前，关于温度对结构影响定量的分析手段还不是很完备，工程实践中一般采用概念设计的方法将温度的影响控制在一定的范围内。

本文针对现浇钢筋混凝土水池平面尺寸超长时温度对结构的影响问题，从温度裂缝产生的原因着手进行分析，结合各类规定，给出处理此问题的方法要点。

2 平面尺寸超长的影响

当建、构筑物平面尺寸超长时自身材料的收缩、外界温度变化的影响都会在结构中产生裂缝。裂缝的出现可能影响结构的安全和正常使用。对裂缝的控制，特别是水池这种对裂缝敏感的构筑物来说尤为重要。

混凝土的温度裂缝有两种：第一，混凝土在浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，混凝土内部和外表面形成温差。温差使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。即混凝土早期的温度裂缝。第二，当混凝土硬化后，结构在使用阶段由于外界温度变化，导致混凝土结构膨胀或收缩，当变形受到结构约束时，就会在混凝土构件中产生裂缝。即混凝土使用阶段的温度裂缝。

规范中为控制水池温度裂缝的产生，综合设计经验、工程实践等因素采用限制水池长度，即规定其伸缩缝最大间距，来防止水池内应力积聚过大，从而达到控制裂缝的目的。另外，结构的变形及所引起的内应力的大小还与结构的形式、施工的控制、材料的选用、体形尺寸有密切的关系。建构筑物都会与大气产生接触，外界温度的变化也对结构体产生应力。所以对于温度引起变形的控制应综合考虑各种因素，采用综合的手段予以解决。不能单一的强调某一个控制条件，就确定超长结构方案一定不可行。也不能认为采用了单一的控制手段就可以保证结构万无一失。

3 规范中相关规定

设计规范中对水池伸缩缝间距的要求，按采用混凝土种类、结构类别、地基类别、工作条件的不同进行划分。整体来看，装配整体式间距大于现浇式，保温措施好的间距大于露天，土质地基的间距大于岩质地基。设计中需结合具体构筑物特征进行分析确定，若超过规范规定伸缩缝间距，则应采取相应措施。

对比《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》和《石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范》发现，普通钢筋混凝土现浇水池伸缩缝最大间距的规定二者基本一致。在工程实践中已有不少实例突破了规范的规定。综合工程经验可以得到一定的规律：

1)季节温差和昼夜温差较小，雨量多湿度大的地区及沿海地区的水池，伸缩缝的间距可加长。

2)设置后浇带的水池，伸缩缝的间距可根据工程经验适当加长。

3)建造在少雨、蒸发量大、温(湿)差大的干旱地区的水池，应严格按规定设置伸缩缝，且应采取相关措施。

4)对掺膨胀剂的补偿收缩混凝土水池伸缩缝最大间距的规定，是通过温度应力计算，工程实例及参考有关资料制定的。

4 设置伸缩缝及后浇带，解决平面尺寸超长的方法

钢筋混凝土水池平面尺寸超过规范规定的限值时，设伸缩缝可以有效的降低温度裂缝产生。设缝时应注意，结合结构的整体特点选定伸缩缝的位置。缝宽一般情况下，可取20 mm～30 mm，伸缩缝应做成贯通式。伸缩缝的防水构造由止水带、填缝板和嵌缝材料组成。止水带与构件混凝土表面的距离不宜小于止水带埋入混凝土内的长度。当构件厚度较小时，宜在缝的端部局部加厚。其材料的选用，构造层次的做法应结合具体使用环境、防水等级要求综合确定。

伸缩缝的设置虽然可以解决混凝土的温度应力，但是水池的整体性遭到破坏，应注意加强伸缩缝处的构造处理。伸缩缝的典型构造如图1所示。

当水池平面尺寸超过规范要求且设缝有困难时，可设置后浇带来避免施工时产生的收缩裂缝。后浇带是在建筑施工中为防止现浇混凝土结构由于自身收缩不均产生的有害裂缝，按照设计或施工规范要求设置的临时施工缝。后浇带的方式属于“放”的措施。水池的后浇带应上下贯通设置，宽度一般为800 mm～1 000 mm。后浇带处钢筋不切断，且应配置加强钢筋。待两侧浇筑完毕后一定时间，采用高一等级的微膨胀混凝土浇筑。设后浇带并不意味着可以任意加大伸缩缝间距。当工程平面尺寸超规较多时，仅设后浇带这一项措施而不设伸缩缝，是不合适的。虽然设后浇带可以避免对水池整体性的破坏，并可解决混凝土的收缩应力，但存在施工周期长，后浇带处易渗漏的问题。后浇带的典型构造如图2所示。

5 补偿收缩混凝土为主材并设置膨胀加强带的方法

补偿收缩混凝土水池设置膨胀加强带时，规范规定的伸缩缝间距可按工程经验确定，不受规范要求的限制。采用此种设计方法可以在保持水池整体性的前提下，解决平面尺寸超长水池温度裂缝的问题。设计时应参考成熟的工程经验，不应无依无据的进行。

补偿收缩混凝土是指在混凝土中掺入适量膨胀剂或膨胀水泥配制的混凝土。其自应力为0.2 MPa～1.0 MPa。补偿收缩混凝土用于补偿因混凝土收缩产生的拉应力，从而提高混凝土的抗渗性能和力学性能。其重要设计指标就是限制膨胀率。补偿收缩混凝土在水中养护14 d的限制膨胀率为0.015%，在水中养护14 d转空气中养护28 d的限制膨胀率为-0.030%。设计中应对此问题提出相关要求。通过改善配筋方式，分散配筋可以充分发挥混凝土的膨胀性能，提高混凝土的抗裂能力，在一些薄弱部位增设附加钢筋，能够发挥混凝土的补偿收缩效果，抵御有害裂缝的产生。补偿收缩混凝土水池结构中一般采用双排双向配筋，钢筋间距一般在150 mm～200 mm之间。并在凹凸等处设置必要的加强钢筋。

膨胀加强带是一种旨在提高混凝土结构抗裂性能的技术措施。施工中通过在结构预设后浇带的部位浇筑补偿收缩混凝土，减少或取消后浇带和伸缩缝、延长构件连续浇筑长度的一种技术措施。膨胀加强带是一种“抗”的措施，可分为连续式、间歇式和后

浇式三种。其中连续式膨胀加强带可与主体混凝土同时浇筑，工期可缩短。平面尺寸超长水池可采用此种方法。水池主体和膨胀加强带均采用补偿收缩混凝土，但膨胀加强带的混凝土设计强度等级比两侧混凝土提高一级，用于膨胀加强带的补偿收缩混凝土在水中养护14 d的限制膨胀率为0.025%，在水中养护14 d转空气中养护28 d的限制膨胀率为-0.020%。膨胀加强带宽度宜为2 000 mm，并应在其两侧用密孔钢(板)丝网将带内混凝土与带外混凝土分开。膨胀加强带之间的间距宜为30 m～60 m。其典型示意图如图3所示。