超長儲水構筑物溫度裂縫控制方法研究

曹 玥，甄 曦

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

1 概述

近年來，隨著城市的發展，污水處理廠的規模日漸擴大，水廠內的鋼筋混凝土矩形儲水構筑物的尺寸也相應加大。結構尺寸的增加極易使混凝土表面由于溫度的變化產生溫度裂縫，造成水池滲漏。為了避免這種情況，在設計過程中必須采取溫度裂縫控制措施。

目前常規的控制溫度裂縫措施有以下3種：伸縮縫、后澆帶、加強帶。

（1）伸縮縫

伸縮縫是指為防止建/構筑物構件由于氣候溫度變化（熱漲、冷縮），使結構產生裂縫或破壞而沿單體長度方向適當部位豎向設置的一條構造縫。伸縮縫是將基礎以上的建筑構件等分成兩個獨立部分，使建筑物沿長方向可做水平伸縮。

《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB 50069-2002）中6.2.1條規定，當大型矩形構筑物的長度、寬度較大時，設計時應設置適應溫度變化作用的伸縮縫。伸縮縫的間距要求詳見表1。

表1 矩形構筑物的伸縮縫最大間距（單位：m）

（2）后澆帶

后澆帶是在建筑施工中為防止現澆鋼筋混凝土結構由于溫度、收縮不均可能產生的有害裂縫。按照設計或施工規范要求，在基礎底板、墻、梁相應位置留設臨時施工縫，將結構暫時劃分為若干部分，經過構件內部收縮，在若干時間后再澆搗該施工縫混凝土，將結構連成整體。

《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB 50069-2002）6.2.1條注2中規定：對于地下式或有保溫措施的構筑物，應考慮施工條件及溫度、濕度環境等因素，外露時間較長時，應按露天條件設置伸縮縫；當有經驗時，例如在混凝土中施加可靠的外加劑或澆筑混凝土時設置后澆帶，減少其收縮變形。

因此，在混凝土中添加適當的外加劑后，可以采用后澆帶替代伸縮縫來達到同樣的效果。

（3）加強帶

加強帶是一種近些年開始逐漸被廣泛應用的溫度裂縫控制方法，它采用比澆筑混凝土高一等級的混凝土,設置在建筑物混凝土收縮應力發生的最大部位,來增加混凝土的密實度,提高連續澆筑混凝土的強度及抗裂、防滲性能，是一種用于替代后澆帶的連續澆筑無縫施工技術。

《地下工程防水技術規范》（GB 50108-2008）中5.2.4條的條文說明中有明確指出，采用補償收縮混凝土時，底板后澆帶的最大間距可延長至60m；超過60 m時，可用膨脹加強帶代替后澆帶。《補償收縮混凝土應用技術規程》（JGJ/T 178-2009）中4.0.3條規定，大體積、大面積及超長混凝土結構的后澆帶可采用膨脹加強帶的措施。根據加強帶部位混凝土的澆筑方式，分為連續式、間歇式和后澆式。

以上介紹的伸縮縫、后澆帶和加強帶這3種控制裂縫措施都在實際工程中得到了廣泛的應用，在給水排水工程設計過程中，應根據構筑物的特點，從工藝要求、結構形式以及是否便于施工等方面進行綜合比較，根據現場情況，選擇最合適的溫度裂縫控制方法。

2 工程實例

山東省即墨市城區北部污水廠內主要儲水構筑物MSBR生物反應池長56.65 m，寬35.5 m，高6.7 m，其中地上部分高3.5 m，地下部分高3.2 m，屬半地下式露天現澆鋼筋混凝土矩形水池。根據廠區巖土工程勘察報告，該水池坐落于粉質粘土層，持力層地基承載力特征值為180 kPa，抗震設防烈度為7度（0.1 g），設計抗浮水位為地面下1.6m，抗浮形式采用自重抗浮。

該水池工藝流程設計復雜，相應部分的結構構件布置也較為復雜。水池平面圖詳見圖1，其中斜線陰影部分為水池上部附屬變配電間。

圖1 MSBR生物反應池平面布置圖（單位：mm）

設計時，根據水池的特點，在長寬兩個方向分別選擇合適的溫度裂縫控制措施。

由于水池沿長度方向布置較為簡單，在水池的中間位置根據規范要求設置一道伸縮縫后，水池兩部分長度分別為28.25 m和28.40 m，滿足規范的要求。同時，設置伸縮縫后，對水池的主受力構件影響不大，且被伸縮縫分割成兩部分后，經計算，池體的局部抗浮計算也能滿足設計要求。

在水池的寬度方向，水池的平面布置較為復雜，水池上部還建有附屬變配電間。為了滿足水池設置變形縫后局部抗浮的要求，應在寬度方向的中間位置設置伸縮縫，但是寬度中間位置設置的隔墻較多，剖面圖見圖2。

圖2 水池剖面圖（單位：mm）

設計時對幾種不同的處理措施進行比較：

（1）如采用設置伸縮縫，應盡可能將池體分為對稱兩部分，以確保設置伸縮縫后的兩部分池體的沉降均勻。但是，這種情況下，一部分受力構件被沉降縫由一個整體構件分割成兩個獨立的構件，構件的計算長度、受力形式、支撐條件均發生變化。根據該水池的具體情況對相關構件進行復核，結果顯示其配筋將會加大。由于伸縮縫的設置應從上至下貫穿結構，因此水池上部附屬的變配電間也必須同步設置伸縮縫，給施工增加難度。

（2）如采用后澆帶，施工完成后，水池在該方向仍為一個整體，但是后澆帶的養護期長，水池施工時正處于雨季，將會給施工帶來很大困難。

（3）如采用加強帶的形式，不會破壞結構的整體性，不會改變原有結構的受力特性，對工藝也沒有任何影響。加強帶部位的混凝土與池體混凝土同時澆筑，可以節省時間，但是施工時必須對加強帶部位混凝土中添加劑配比的質量和施工過程進行控制。

因此，結合水池結構的墻體布置特點、工藝要求和工期等因素，最終選擇在水池寬度方向設置加強帶。

（1）伸縮縫技術要求

根據《給水排水工程混凝土構筑變形縫設計規程》（CECS 117：2000）中的要求，變形縫內設置 8mm厚300 mm寬橡膠止水帶，采用聚苯乙烯發泡板作為填縫板。由于水池的池壁和底板均設置變形縫，根據位置不同，采用雙組份聚硫密封膠或遇水膨脹膠條作為嵌縫密封料。底板及池壁變形縫具體做法見圖3～圖6：

圖3 水池底板伸縮縫配筋圖（單位：mm）

圖4 水池底板伸縮縫構造詳圖（單位：mm）

圖5 水池池壁伸縮縫配筋圖（單位：mm）

圖6 水池池壁伸縮縫構造詳圖（單位；mm）

（2）膨脹加強帶技術要求

根據《補償收縮混凝土應用技術規程》（JGJ/T 178-2009）中的有關規定，在采用膨脹加強帶時，要符合相應的要求。根據該規范中4.0.3條中規定，該工程采用連續式膨脹加強帶，其位置設置在MSBR生物反應池的寬度方向的中心位置。膨脹加強帶寬度取2 000 mm，并應在其兩側用密孔鋼（板）絲網將帶內混凝土與帶外混凝土分開。根據《地下工程防水技術規范》（GB 50108-2008）中規定：膨脹加強帶外用限制膨脹率大于0.015%的補償收縮混凝土澆筑，帶內用限制膨脹率大于0.03%、強度等級提高5 MPa的膨脹混凝土澆筑。混凝土內摻加的添加劑應滿足《混凝土外加劑應用技術規范》（GB50119-2003）要求。膨脹加強帶具體做法詳見圖7，其中加強帶內膨脹劑產量由膨脹劑廠家現場通過實驗確定。

圖7 加強帶詳圖（單位：mm）

3 結論

該工程土建施工完成后，通過試水試驗觀察，水池在伸縮縫及膨脹加強帶處均無漏水現象發生。

通過以上分析及工程實例，在污水處理廠超長儲水構筑物設計時，應從技術要求、施工難易程度及工期等角度出發，選擇合理的混凝土裂縫控制方法，以保證工程質量，提高結構的耐久性。

[1]徐有鄰，顧祥林.混凝土結構工程裂縫的判斷與處理 [M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]姚燕.高性能混凝土的體積變化及裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.