超长大型水池无缝设计

超长大型水池无缝设计

王雨

龙源（北京）太阳能技术有限公司北京100034

摘要：随着社会的发展和人们对环境保护给予越来越多的重视，污水处理厂的建设在不断增加。对于污水处理厂中超长水池设计，为了避免混凝土收缩以及温度变化引起的池体裂缝出现，常规设计中经常采用后浇带和变形缝加橡胶止水的做法，但这种做法有施工相对复杂，工期较长，对结构整体的刚度影响较大，且橡胶止水带易老化，后期渗漏不易修补等不利因素。本文介绍一种超长水池无温度伸缩缝和后浇缝的设计方法，技术思路是：抗放结合，以抗为主的原则。具体方法：一是采用补偿收缩混凝土作为结构材料，使其在硬化过程中产生膨胀作用；二是采用大膨胀混凝土浇筑的膨胀加强带代替后浇带；三是适当提高池壁水平筋的配筋率。这种设计方法在防止池体裂缝的同时，并可有效避免上述常规设计中的缺点，达到工程设计的合理性、经济性和方便管理和维护的多方面优点。通过实际工程设计实例，此设计方法抗裂、防渗效果显著，施工工序简单、速度快，在工程中均取得了良好的经济效益，使工程功效增快，成本降低。

关键词：温度伸缩缝、膨胀加强带、混凝土保护层、配筋率、补偿收缩混凝土

1.前言

随着我国对环保业的重视和持续发展，水处理工程中构筑物超长、超大矩形钢筋混凝土结构也不断出现。而当水池结构长度和宽度较大时，通常宜设置适应混凝土因初凝和收缩引起裂缝的伸缩缝。同时规范规定可以通过设置后浇带的方式适当加大伸缩缝的间距。因此，在实际工程设计中，超长构筑物采用设置后浇带和永久伸缩缝+橡胶止水带以防止结构收缩开裂成为比较常用的措施。然而，这种做法破坏结构的整体性、抗震性差，并给施工带来一定麻烦。后浇带的清理凿毛问题，工期延长，模板周转、降水和施工管理费都增加，永久伸缩缝+橡胶止水带使结构分成若干小块，施工工序繁琐，而且后期橡胶老化产生渗漏现象更是不易修补。若能取消后浇带，并不设置永久伸缩缝，采用无缝设计的方法，这将对工程具有明显的技术经济意义。新型材料混凝土膨胀剂的的出现，它使无缝设计的设想成为可能。

2．产生裂缝的原因分析【1】

混凝土结构中的厚度远小于长、宽方向尺寸时，板在温度收缩变形作用下，会产生水平应力方向上的裂缝，根据实际的工程经验，总结超长水工结构的裂缝产生的原因主要有以下几点：

1）混凝土初凝过程中水化热所产生的温度变化使混凝土“内热外冷”的效应和混凝土收缩的共同作用产生温度应力和收缩应力，极易产生裂缝。

2）混凝土硬化过程中收缩作用也是产生裂缝主要因素，并且在设计配合比中时，混凝土中的用水量和水泥用量越高，该种配合比的混凝土的收缩就越大。

3）水工结构池内介质和池外介质的温度差异，以及季节温差和湿差，会直接产生温度应力作用，使池体产生裂缝。

另外，一些施工因素、材料选用因素也会影响裂缝产生严重程度；还有就是基础沉陷或不均匀沉降产生裂缝，致使混凝土结构产生裂缝。

3.设计方法

根据规范【2】相关规定：大型矩形构筑物的长度、宽度较大时，应设置适应温度变化作用的伸缩缝，下表：

以吉林凯赛生物科技污水处理厂实际工程为例，该工程中UASB池为平面尺寸50mX50m，深10.8m的大型钢筋混凝土现浇水池，如按照规范土基上半露天结构应每隔25米设伸缩缝一道，也就是将该水池分割成4个独立的小池体。但这样的设计确实存在整体性差、后期易漏水、不易修补等弊端，为了克服这些不利因素的影响，实际工程中刚采用了无缝设计的方法，即补偿收缩混凝土代替普通混凝土的方法，并在池体中间水平和垂直两方向各设置一道2米宽的后浇加强带，使池体设计成一个整体结构，采用具体设计方法如下：

1）选用掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土代替普通混凝土【3】

它是利用混凝土膨胀剂的膨胀性能，制作成微膨胀混凝土（也即补偿收缩混凝土），通过掺量的变化，调整膨胀性能，对整体混凝土结构不同部位的收缩进行补偿，即根据工程结构不同部位的收缩情况，采用膨胀加强带的方法将整体结构分成若干块，然后用具有不同膨胀性能的混凝土去填充，施工时可连续操作也可间歇施工，应用灵活方便，并加快了施工速度，确保工程的整体性，创造出可观的经济效益。

在设计膨胀剂种类选用时应避免选用高碱高掺型及市场淘汰类产品，可参照当地市场使用情况选用成熟稳定产品（如高效改进UEA、HEA、SY-G等）。膨胀剂的掺入量此部位为胶凝材料重量比的8%左右，具体掺量应以实验结果为准。该部位混凝土水中养护14天限制膨胀率宜为0.015~0.025%之间。

2）设置后浇加强带

本工程在池体中部两个方向均设一个带宽2米的后浇加强带，此部位膨胀剂的掺入量为胶凝材料重量比的12%左右，具体掺量应以实验结果为准。膨胀加强带及后浇加强带部位砼宜为0.025~0.035%之间。

膨胀加强带一般设在后浇带的位置上，在加强带的两侧架设密孔钢丝网将带内混凝土与带外混凝土分开，网孔5mm，以防止带外混凝土流入加强带，带内增加水平构造钢筋8@100，钢筋规格同原设计的配筋，加强带混凝土强度等级比两侧混凝土提高一级，膨胀加强带连续浇筑。

3）适当提高池壁水平钢筋配筋率

因池壁温度裂缝通常是在水平方向产生，设计仅在水平方向设置温度应力的构造钢筋。有关资料表明当配筋率达到0.5%（内外层之和）时，则钢筋所能承受的拉应力为0.8N/mm2。因此建议将墙体水平构造钢筋的配筋率提高到0.5％左右，从构造上提高钢筋混凝土的抗拉强度，使之与补偿收缩混凝土共同发挥作用，有效避免裂缝的产生。

采用这种设计，在造价方面，经对比可比采用伸缩缝的设计方案节约15%左右。同时工程整体施工周期缩短约20天。

该工程顺利通过试水验收后，又经过三年的运行期间的季节温度变化和池内外介质温差的考验，没有发现任何问题。

4.施工要点

超长混凝土结构无缝施工是一项先进的施工技术，最终成功实现，还要靠施工完成。施工须准备好浇筑前的各项工作，充分考虑浇筑过程中可能出现的问题，做好混凝土浇筑完成后的养护工作。

1）施工前做好技术交底，做好施工组织设计。

2）原材料控制

水泥宜优先选用普通硅酸盐水池，不得采用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和高铝水泥。水泥用量不得小于320Kg/M，石子：5～31.5mm连续级配，含泥量＜1.0%；砂：中砂，含泥量＜2.0%。

3）浇注和振捣

施工中，先浇一侧带外混凝土，再浇加强带区域，然后浇注另一侧带外混凝土。混凝土浇筑要求连续，并避免出现冷缝。振捣必须密实，不能漏振、欠振，也不能过振。

4）养护

在混凝土浇注完成后，能上人时即铺上麻袋片或草席，用水浇湿保养，混凝土硬化3～4小时后，底板与顶板均筑堰蓄水3～5厘米进行养护，墙板采取不间断淋水保温，采用这些养护方法不得少于14天，墙板侧模的拆除也不少于7天。以上养护措施的实施对超长无缝结构的成功起到了非常重要的作用。

5.结论和建议

工程设计师和施工者一般认为无接缝的混凝土结构整体性好，而且缩短了建设周期、减少了工程造价，并希望从混凝土研究者那里得到不裂缝的保证。但到目前为止，补偿收缩混凝土用于超长结构的设计和施工技术还没有形成完善的理论计算体系，是一门实验科学，不是计算科学，所以超长结构的设计和施工应该根据工程的具体情况确定伸缩缝、后浇带间距。应用情况表明，补偿收缩混凝土在水工结构工程中应用比较成功。后浇带间距以30m~40左右为宜,连续浇注长度控制在60m为宜。实践证明，补偿收缩混凝土结全后浇加强带可以有效地释放收缩应力，在混凝土结构应力集中的部位设置后加强浇带，可以避免这些部位出现裂缝。科学合理地运用补偿收缩混凝土和后浇带技术，对混凝土中的收缩应力采取“抗放结合”的防治措施，可以有效地避免或减少超长的大型钢筋混凝土结构产生裂缝。

总之，混凝土超长结构无缝设计是以补偿收缩混凝土为结构材料，以加强带取代后浇带连续浇筑超长钢筋混凝土结构的一种新技术。在理论上是可靠的。并通过大量工程的应用，施工上是可行的。并取得了预期的效果。其优点是在保证了结构整体性和良好的抗震性能的基础上，对结构的耐久性有一定的提高，并简化施工程序、加快模板周转、缩短工期。通过大量工程总结，可在造价上节约7%~20%。因此这种设计方法有广泛地应用参考价值。

参考文献：

【1】张永存，混凝土裂缝分析及其防治措施研究.《混凝土》,2010(12):137-140

【2】《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）

【3】《工程结构裂缝控制》王铁梦，中国建筑工业出版社