鋼筋混凝土水池平面尺寸超長時的影響及解決方法

寇立業 李立明 李艷東

(航天長征化學工程股份有限公司，北京 101111)

1 概述

化工或市政工程中裝置的生產能力需求越來越大，其用于貯水和水處理的水池，如污水池、生化池、循環水池等平面尺寸也越來越大。水池在設計上需進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態驗算，從而保證結構滿足規范中強度、變形、抗滲、抗裂等規定的要求。當水池平面尺寸較大時，溫度應力的影響應引起足夠的重視。

建、構筑物處于自然環境中，受自然界溫度的變化及周圍環境的影響，其溫度場的確立非常復雜，同時混凝土自身的收縮變形也受到多種因素的影響。目前，關于溫度對結構影響定量的分析手段還不是很完備，工程實踐中一般采用概念設計的方法將溫度的影響控制在一定的范圍內。

本文針對現澆鋼筋混凝土水池平面尺寸超長時溫度對結構的影響問題，從溫度裂縫產生的原因著手進行分析，結合各類規定，給出處理此問題的方法要點。

2 平面尺寸超長的影響

當建、構筑物平面尺寸超長時自身材料的收縮、外界溫度變化的影響都會在結構中產生裂縫。裂縫的出現可能影響結構的安全和正常使用。對裂縫的控制，特別是水池這種對裂縫敏感的構筑物來說尤為重要。

混凝土的溫度裂縫有兩種：第一，混凝土在澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱，混凝土內部和外表面形成溫差。溫差使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫。即混凝土早期的溫度裂縫。第二，當混凝土硬化后，結構在使用階段由于外界溫度變化，導致混凝土結構膨脹或收縮，當變形受到結構約束時，就會在混凝土構件中產生裂縫。即混凝土使用階段的溫度裂縫。

規范中為控制水池溫度裂縫的產生，綜合設計經驗、工程實踐等因素采用限制水池長度，即規定其伸縮縫最大間距，來防止水池內應力積聚過大，從而達到控制裂縫的目的。另外，結構的變形及所引起的內應力的大小還與結構的形式、施工的控制、材料的選用、體形尺寸有密切的關系。建構筑物都會與大氣產生接觸，外界溫度的變化也對結構體產生應力。所以對于溫度引起變形的控制應綜合考慮各種因素，采用綜合的手段予以解決。不能單一的強調某一個控制條件，就確定超長結構方案一定不可行。也不能認為采用了單一的控制手段就可以保證結構萬無一失。

3 規范中相關規定

設計規范中對水池伸縮縫間距的要求，按采用混凝土種類、結構類別、地基類別、工作條件的不同進行劃分。整體來看，裝配整體式間距大于現澆式，保溫措施好的間距大于露天，土質地基的間距大于巖質地基。設計中需結合具體構筑物特征進行分析確定，若超過規范規定伸縮縫間距，則應采取相應措施。

對比《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》和《石油化工鋼筋混凝土水池結構設計規范》發現，普通鋼筋混凝土現澆水池伸縮縫最大間距的規定二者基本一致。在工程實踐中已有不少實例突破了規范的規定。綜合工程經驗可以得到一定的規律：

1)季節溫差和晝夜溫差較小，雨量多濕度大的地區及沿海地區的水池，伸縮縫的間距可加長。

2)設置后澆帶的水池，伸縮縫的間距可根據工程經驗適當加長。

3)建造在少雨、蒸發量大、溫(濕)差大的干旱地區的水池，應嚴格按規定設置伸縮縫，且應采取相關措施。

4)對摻膨脹劑的補償收縮混凝土水池伸縮縫最大間距的規定，是通過溫度應力計算，工程實例及參考有關資料制定的。

4 設置伸縮縫及后澆帶，解決平面尺寸超長的方法

鋼筋混凝土水池平面尺寸超過規范規定的限值時，設伸縮縫可以有效的降低溫度裂縫產生。設縫時應注意，結合結構的整體特點選定伸縮縫的位置。縫寬一般情況下，可取20 mm～30 mm，伸縮縫應做成貫通式。伸縮縫的防水構造由止水帶、填縫板和嵌縫材料組成。止水帶與構件混凝土表面的距離不宜小于止水帶埋入混凝土內的長度。當構件厚度較小時，宜在縫的端部局部加厚。其材料的選用，構造層次的做法應結合具體使用環境、防水等級要求綜合確定。

伸縮縫的設置雖然可以解決混凝土的溫度應力，但是水池的整體性遭到破壞，應注意加強伸縮縫處的構造處理。伸縮縫的典型構造如圖1所示。

當水池平面尺寸超過規范要求且設縫有困難時，可設置后澆帶來避免施工時產生的收縮裂縫。后澆帶是在建筑施工中為防止現澆混凝土結構由于自身收縮不均產生的有害裂縫，按照設計或施工規范要求設置的臨時施工縫。后澆帶的方式屬于“放”的措施。水池的后澆帶應上下貫通設置，寬度一般為800 mm～1 000 mm。后澆帶處鋼筋不切斷，且應配置加強鋼筋。待兩側澆筑完畢后一定時間，采用高一等級的微膨脹混凝土澆筑。設后澆帶并不意味著可以任意加大伸縮縫間距。當工程平面尺寸超規較多時，僅設后澆帶這一項措施而不設伸縮縫，是不合適的。雖然設后澆帶可以避免對水池整體性的破壞，并可解決混凝土的收縮應力，但存在施工周期長，后澆帶處易滲漏的問題。后澆帶的典型構造如圖2所示。

5 補償收縮混凝土為主材并設置膨脹加強帶的方法

補償收縮混凝土水池設置膨脹加強帶時，規范規定的伸縮縫間距可按工程經驗確定，不受規范要求的限制。采用此種設計方法可以在保持水池整體性的前提下，解決平面尺寸超長水池溫度裂縫的問題。設計時應參考成熟的工程經驗，不應無依無據的進行。

補償收縮混凝土是指在混凝土中摻入適量膨脹劑或膨脹水泥配制的混凝土。其自應力為0.2 MPa～1.0 MPa。補償收縮混凝土用于補償因混凝土收縮產生的拉應力，從而提高混凝土的抗滲性能和力學性能。其重要設計指標就是限制膨脹率。補償收縮混凝土在水中養護14 d的限制膨脹率為0.015%，在水中養護14 d轉空氣中養護28 d的限制膨脹率為-0.030%。設計中應對此問題提出相關要求。通過改善配筋方式，分散配筋可以充分發揮混凝土的膨脹性能，提高混凝土的抗裂能力，在一些薄弱部位增設附加鋼筋，能夠發揮混凝土的補償收縮效果，抵御有害裂縫的產生。補償收縮混凝土水池結構中一般采用雙排雙向配筋，鋼筋間距一般在150 mm～200 mm之間。并在凹凸等處設置必要的加強鋼筋。

膨脹加強帶是一種旨在提高混凝土結構抗裂性能的技術措施。施工中通過在結構預設后澆帶的部位澆筑補償收縮混凝土，減少或取消后澆帶和伸縮縫、延長構件連續澆筑長度的一種技術措施。膨脹加強帶是一種“抗”的措施，可分為連續式、間歇式和后

澆式三種。其中連續式膨脹加強帶可與主體混凝土同時澆筑，工期可縮短。平面尺寸超長水池可采用此種方法。水池主體和膨脹加強帶均采用補償收縮混凝土，但膨脹加強帶的混凝土設計強度等級比兩側混凝土提高一級，用于膨脹加強帶的補償收縮混凝土在水中養護14 d的限制膨脹率為0.025%，在水中養護14 d轉空氣中養護28 d的限制膨脹率為-0.020%。膨脹加強帶寬度宜為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。膨脹加強帶之間的間距宜為30 m～60 m。其典型示意圖如圖3所示。

混凝土中膨脹劑的選用要通過供應商的配合比試驗確定，混凝土工廠根據供應商提供的數據進行試配制，從而確定膨脹劑摻量。為確保混凝土品質，需要選擇技術水平、生產管理水平高的預拌混凝土工廠。

6 結語

1)平面尺寸超長的鋼筋混凝土水池溫度裂縫的控制尤為重要，須采取可靠技術手段解決此問題。

2)通過設置伸縮縫及后澆帶的方法，可解決鋼筋混凝土水池平面尺寸超長的問題，但必須結合工程經驗，不能認為通過此種方案就可以任意加大水池的平面尺寸。

3)采用補償收縮混凝土為主材并設置膨脹加強帶的方法可以較好的解決鋼筋混凝土水池平面尺寸超長的問題。限制膨脹率、膨脹劑的選用、膨脹加強帶的構造處理、施工環節的控制應嚴格按規范進行，并應參考成熟工程經驗進行設計。