水池常見裂縫的形成與防治

王曉東

摘 要：從結構的專業性方面入手，簡要介紹了水池池壁和水池底板厚度的確定、池壁荷載組合和模型的設定、水池裂縫的成因和防治方法等相關內容，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：水池裂縫；荷載控制；加強帶；添加劑

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.142

1 水池池壁和底板厚度的確定

通常情況下，懸臂板水池池壁的厚度是按照1/15H～1/10H（H為水池高度）估算取值的，但是，其實際厚度不應小于200 mm。如果池壁太薄，不僅會增加施工難度，影響工程進度，還會帶來安全隱患，引發工程事故；如果池壁太厚，則會影響其溫度應力，造成不必要的浪費。所以，在確定水池底板的厚度時，可以按照1.2～1.5倍池壁厚度選取，因為水池底板是池壁的嵌固端。

2 計算模型的設定

池壁恒、活荷載假定模型的計算狀態有2種，即水池外沒有土，水池內有水；水池外有土，水池內沒有水。水池底板與池壁之間存在應力與彎矩的傳遞，不能單獨計算，應該根據組合彎距分配計算。另外，如果底板比較厚，對池壁的影響不大；如果池壁厚，則池壁根部配筋的受力就會比較大。而內力彎矩對水池池壁水平角隅的影響也是不可忽視的，因為池壁拐角處會產生負彎距，需要加設水平加強筋。

3 水池一般裂縫的形成原因

構筑物水池是用現澆鋼筋混凝土制成的，其特質決定了裂縫的存在，而水池的用途又決定了裂縫是很難解決的問題之一。混凝土水池出現裂縫的原因有很多，比如溫差，混凝土的收縮、膨脹、不均勻沉降等。裂縫不僅會影響水池結構的整體性，還會使內部鋼筋被銹蝕，加快混凝土的碳化速度，降低混凝土的強度、耐久性和抗滲性能，進而縮短水池的使用壽命。

3.1 外在荷載造成的裂縫

當水池結構受到外部應力作用時，由于受力性能不足，所以，其結構發生了很大的變化，使得裂縫的形成和發展具有一定的破壞性。造成這種情況的主要原因是，設計前期所收集的基礎資料有誤，或者設計過程中考慮不足，計算模型有誤等。

3.2 材料質量差和構造不恰當造成的裂縫

當水池使用的主材質量不良，無法滿足應力變化時，就會產生裂縫。為了使設計模型更貼近實際情況，應該采取必要的構造措施，避免構造不當或缺失造成的裂縫。

3.3 混凝土收縮、溫濕度的變化

當混凝土被硬化時，會釋放巨大的水化熱，在構件外表面形成某種拉應力，同時，在其降溫收縮的過程中，由于支座對其有一定的約束，進而形成了拉應力。因此，早期構件因為混凝土收縮造成的裂縫集中出現在表側，中期形成的裂縫集中出現在中部。

4 控制裂縫的方法

根據《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB 50069—2002）的要求，要想有效控制裂縫的出現，就要采取裂縫寬度驗算、抗裂度驗算和增加構造等措施來輔助解決存在的問題。

對于一些受力構件，比如軸心受拉、小偏心受拉構件，應按照不開裂的情況進行抗裂度驗算。受力構件的抗裂性能是由混凝土的抗拉強度和構件的受拉截面決定的。對于另外一些受力構件，比如受彎、大偏心受拉構件，通常是由裂縫寬度控制的。在此，裂縫寬度需控制在0.2 mm以內。

4.1 恒、活荷載作用下形成的裂縫控制

要想控制這種裂縫，就要詳細計算、分析池體可能產生最大拉應力斷面的情況，使之能夠滿足裂縫寬度的設計要求。而要想避免這種裂縫的出現，就要先收集全部的基礎資料，并保證其準確性。

在某些實際工程案例中，應該先根據工藝、電氣等專業的提資確定初步荷載，估算內力，然后分析相關計算結果，進一步完善整個結構的受力體系，盡可能地讓水池的主要受力構件受力明確、傳力合理、經濟可靠。與此同時，還應分析、計算所有受力構件的內力情況，確定不同工況下的內力設計值。在配筋計算時，應具體考慮各構件的裂縫控制驗算工作，如果需要進行裂縫控制設計，則應該根據其具體的受力性質進行抗裂度驗算或者裂縫寬度驗算。要想控制這種裂縫，就要合理調整構件的混凝土等級、配筋率、鋼筋截面和構件截面面積等。

4.2 混凝土硬化形成的裂縫控制

要想控制這種裂縫的產生，首先要嚴格控制混凝土配比和所用主材的規格、質量、級配，同時，設計方也應對混凝土的澆筑、養護工程提出相應的施工要求。在某些大型水池的設計中，會采用增設伸縮縫、摻和添加劑或者設置加強帶等措施來控制混凝土硬化收縮時產生的裂縫。

在水池中設置伸縮縫時，應在伸縮縫處將水池結構徹底斷開。但是，在具體工程中，因為水池結構復雜，有時只能設置“不完全伸縮縫”。這種形式的“伸縮縫”只實現了部分功能，并不能發揮全部作用。在溫度、濕度發生較大變化時，混凝土的伸展、收縮同樣也會使構件被局部壓碎。因此，除了要設置伸縮縫外，其位置的選取也很重要，不建議將其設置在構件的主要受壓區和應力集中區。

在設定伸縮縫時，還需要采取相應的構造措施，它們對某些特殊節點的處理、施工工藝和特殊材料的使用等都有相對較高的要求。有關規范規定，可在混凝土中添加合理的外加劑，有效減小混凝土的收縮變形，而且伸縮縫的最大間距也可適當加大，增設加強帶也可以減少伸縮縫的設置。在大型水池工程的設計工作中，摻和添加劑、增設加強帶等措施已被頻繁使用。

在混凝土中摻和添加劑后，它會變得更加均勻、密實，能有效防止硬化過程中發生的收縮變形。當混凝土的均勻密實性提高后，即便混凝土因為受力變形而產生裂縫，也只會出現細微的裂縫。由此可見，摻和添加劑可以控制裂縫的形成。目前，應用比較廣泛的添加劑有2種：①抗裂防水劑。它的主要成分是防水劑和膨脹劑，應用它會加快混凝土的膨脹速度。當有外應力作用時，鋼筋內部會產生預應力；當混凝土發生收縮、變形時，這種預應力可起到一定的補償作用。②另外一種添加劑的主要成分是高強合成纖維，將其添加在混凝土中可以制成纖維混凝土，使混凝土的收縮能量被分散到高強纖維上，進而增強混凝土的韌性，有效抑制已形成裂縫的開裂速度。在使用添加劑時，應遵循相關規范、規定的要求，避免影響混凝土的抗裂性能。

4.3 材質差、構造不當形成的裂縫控制

澆筑混凝土時，應使用有合格標牌的水泥，并將其存放在干燥的環境中。如果使用結塊或變質的水泥，會導致其在反應過程中因為水化不完全影響混凝土的抗滲性，進而影響混凝土的強度。

灰水比越小，混凝土中多余的、未能參加反應的水分就越多，在受熱蒸發后形成的微細孔洞就會越多，這些孔洞就是混凝土出現裂縫的主要原因。所以，要嚴格控制灰水比，選擇粒徑均勻、級配良好的粗、細骨料，以增強混凝土的密實度、和易性，有效控制裂縫的形成。

除了要保證材料的質量外，還需要論證結構中容易產生應力集中部位的構造措施的合理性和可靠性，構造措施對控制裂縫的形成起著非常重要的作用。在工程設計初期，要先采取合理的構造措施使設計模型更加接近工程的實際受力情況，然后針對各構件、節點的特性，按照其在整個結構體系中所起的作用落實有針對性的構造做法，以達到控制裂縫的目的。如果發現存在影響整個結構體系安全的問題，必須在制訂結構方案初期就考慮采取哪些有針對性的構造措施。優秀的設計模型不僅要有較高的可靠性，還要具備良好的構造要求，當遇到無法現場實施或實施難度較大的構造措施時，應針對具體問題作出相應的調整。

5 結束語

在相關的工程建設中，水池類水工構建筑物的設計和施工是一項系統工程，需要嚴格按照規范完成，而且各部門還要配合作業。在工作過程中，設計方、施工方、監理方和業主方等應相互協調，重視質量控制，杜絕任何安全隱患。

參考文獻

[1]北京市市政工程設計研究總院.GB 50069—2002 給排水工程結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

〔編輯：白潔〕