污水厂混凝土结构物裂缝问题分析和对策

张金河

（上海市水利工程集团有限公司， 上海 201612）

1 工程分析

本文涉及的污水处理厂位于重庆两江新区的茅溪河河道旁，地下水位较高。茅溪河上游起点为蔡家沟水库，水库出口为溢流型水坝，旱季无水进入箱涵。但在5km后的箱涵出口，有大量黑臭水体进入河道，箱涵日均水量约为1.18～1.32万吨/d之间。全部截留后茅溪河下游河道将发生断流情况，所以必须要在箱涵出口新建水质净化站处理部分污水，用来保证下游的生态基流的水量。本工程生态基础流量取多年平均天然径流量的20%，茅溪河干流生态基流量为0.26万m3/d。水质净化站的规模应满足茅溪河干流生态基流量（0.26万m3/d），将规模定为0.30万m3/d，截留处理唐家沱污水厂C线干管的部分污水。根据现场实际条件及环评要求，茅溪河水质站采用厂站一体形式，在临河边坡开挖后建设污水综合处理池。设计混凝土强度等级C30S6F150，钢筋采用HRB400，综合池底板厚400mm～800mm，外池壁厚300mm～500mm，外池壁外侧每隔5m～6m用扶壁柱加强，柱高7m，柱顶截面350mm*700mm，柱底截面 350mm*1300mm。污水处理池采用补偿收缩混凝土，在池的纵、横向中部各设置一条后浇带，宽度为1.2m。后浇带两侧结构属超长结构。通过对水池不同部位的详细划分,细化混凝土配合比设计，精心组织施工来达到设计的目的，降低造价。

当水厂处理池混凝土竣工投入使用后，池壁出现垂直裂缝，但未发生渗水。根据检测分析，综合处理池东侧外壁全长48m，裂缝间隔1～7m，平均间距4.5m，裂缝宽度0.02～0.5mm，地面以上裂缝高度3.0～7.0 m，综合处理池外壁有多条竖向裂缝，其中含少数斜向裂缝，裂缝间隔1.0～8.0 m，平均间距4.00m～5.00m，裂缝宽度0.10～0.80mm，地面以上裂缝高度3.0～7.0m。上述裂缝共计34条，其中裂缝宽度大于0.20 mm的16条，占裂缝总数的40%。

图1 水池裂变情况

2 混凝土结构裂缝的原因分析

混凝土是一种脆性材料,由粗细骨料、水泥石以及存留在其中的气体和水组成，在温度和湿度变化的条件下，硬化过程中产生体积变形，各种材质变形系数不一样,相互约束产生变形应力,造成在骨料与水泥石结合面或水泥石本身之间出现的裂缝，这种裂縫分布既不规则，也不连贯,但在外力作用或者温差、干缩等情况下,裂缝会扩展或者相互贯通,成为宽度约为0.02～0.2 mm的裂缝。特点是垂直裂縫较多,水平裂縫很少,裂缝寬度在0.03 ～ 0.08mm范围内,裂缝长短不一，多数内外不相贯通，处理困难。

2.1 温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面，或温度差异比较大的地区的混凝土结构中，他的走向没有一个大致的规律。综合污水处理池为露天结构，在自然条件下，长期受到温差变化的影响。出现这种情况大多是由于较大的温差导致。特别注意的是混凝土在凝结和硬化的这个时间，水泥和水分子产生一系列的化学反应，并且释放出水化热，使它的内部温度上升，而混凝土表面的散热较快，使得混凝土的表面和内部温差很大，从而产生很大的温度应力。而混凝土的早期抗拉强度和弹性模量都很低，故而形成表混凝土面裂缝，此种混凝土结构裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

2.2 收缩裂缝

由于混凝土流动性不足或流动性过大，在硬化前未压实或压实不足或不规则都会产生裂缝。这种裂缝在浇筑施工后的1～4h出现，混凝土在塑性阶段，几乎没有抵抗力,受高温风力的影响，混凝土表面失水过快，产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，此时，混凝土的强度不能承受其自身的收缩，因此出现裂缝[1-2]。

2.3 腐蚀裂缝

腐蚀裂缝在实际工程中常被忽视。其出现的原因是氯离子的渗入或混凝土的炭化，使混凝土脱离引起深度腐蚀，进而引发其他类型的裂缝，使水池的阻力降低和损坏。对于污水处理池，这种腐蚀性流体的来源可能是待处理的污水，也可能是地下土壤或地下水。根据地质资料显示，该目的地的污水和地下土壤具有很强的腐蚀性，详见表去。在设计期间，污水池结构的耐久性将是一个非常大的考验。

表1 地下水的腐蚀性分析

3 混凝土裂缝防治技术及措施

3.1 避免高温季施工

根据自然气候条件,合理安排作业时间,避免温差带来的不利因素浇筑混凝土前应将模板浇水湿透，避免吸收混凝土中水分。根据上年本市的气象资料，6-9月间平均气温20°C～34°C，而11月一2月期间平均气温为7°C～15°C，因此安排在11月至次年2月份施工是合适的，这个时间段施工池壁比高温季节施工将减少气温差13°C～19°C，能有效的减少温差导致的变形，这对于池壁砼施工时满足内表温差≤25°C的温控指标所起到的作用是很大的。尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，最大限度降低温凝土的入模温度。混凝土浇筑后，应及时保温覆盖,认真养护,防止干风吹袭,烈日曝晒,控制和延长养护期，确保混凝土表面温度缓慢冷却。

图2 年平均高温与低温

3.2 裂缝处理

池壁原设计结构自密封，池壁外部回填粘土压实。裂缝是结构防水的薄弱环节。通过裂缝处理，现场混凝土达到设计防水等级S6的要求。裂缝宽且内外贯穿其结构的强度降低，耐久性、完整性降低。 对裂峰进行处理，弥补强度损失，提高耐久性[3-5]。对池壁上大于0.1mm的裂缝，采用压力灌浆处理。灌浆材料可采用水泥砂浆(3 mm以上裂缝)和水泥浆(3 mm以下裂缝)。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填止水材料，以达到封闭裂缝的目的。工艺流程:裂缝部位开槽、清理松动部分，开槽见施工见图3，将裂缝处混凝土表面打毛、清刷干净，浇水湿润。灌浆嘴沿裂缝向每隔500mm左右布置，其埋入墙体深度稍＞50mm，以“V”字槽嵌缝不堵塞孔口为宜。灌浆嘴的嵌塞工作先使嘴子与墙体固结，再进行封闭、填满“V"槽，表面抹光表面。

图3 基层处理及灌浆嘴埋设示意围(mm)

灌浆压力为0.3～0.5Mpa，自下而上连续灌浆，内外同时进行灌浆施工。每个孔口分两阶段制作，第一阶段使用0.3 MPa的压力填充大空洞和孔腺填满，第二阶段使用0.5MPa的压力来填充空隙，需要连续进行两个阶段，以避免灌浆固化并造成堵塞。当灌浆嘴溢桨时，用木塞堵住，然后灌浆嘴保持0.5MPa的恒压约5分钟。这一点完成后转下一个关节孔进行。同一裂缝的接缝工作必须连续进行。为提高此处结构的整体性和耐久性，待灌浆结束7个工作日后在裂縫处挂网涂刷。裂缝处理完成后，继续对池壁第二施工层和顶盖的钢筋混凝土进行施工、经蓄水试验和池壁结构裂缝观察，除池壁小面积有水痕外，裂继处无渗漏现象，说明裂缝发展已趋稳定，同时也说明裂缝处理方案是可行的。

4 结束语

污水处理厂的水池作为该厂的核心结构，应具有高强度、防水防渗性、以及能够在长期使用中保持耐久的水密性、抗腐性和抗冻性。在污水处理池的结构设计时，需要对所有相关条件因素进行深入研究，因地制宜采取相应的设计方案，以满足大型污水处理厂的用水需求。