浅谈贮水和水处理构筑物的裂缝控制

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈贮水和水处理构筑物的裂缝控制范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】本文通过分析贮水及水处理构筑物裂缝产生的主要原因，提出设计、施工等方面进行裂缝控制的综合技术措施，以引起各方面对各储水及水处理构筑物裂缝控制的重视，使结构设计更完善，施工及使用更合理，提高工程整体质量水平。

【关键词】构筑物；裂缝；变形缝；补偿收缩混凝；构造措施

1 前言

各构筑物上的作用是指使结构产生效应的各种因素的总称。其中包括直接作用在结构上的力集（包括集中力和分布力），以及由温度变化、材料的收缩和徐变、地基变形等现象作用于结构使结构产生相应效应。本文所述贮水和水处理构筑物的裂缝主要考虑由温度变化、材料的收缩和徐变、地基变形等作用引起的裂缝。

2 工程实例

2.1 简介

某污水处理厂生物反应池，池总长57.5m，宽34.6m， 高6.4m， 埋深4m。池体由两组28.7×34.6m 的反应池组成，每个反应池中部设纵向4 道导流墙，横向2 道导流墙，导流墙厚度200mm，池体混凝土强度C30，采用补偿收缩混凝土，限制膨胀力为2.5×10-4 ～ 3×10-4，自应力值0.2 ～ 0.3Mpa。抗渗等级S6，抗冻标号F200，池壁厚度500mm，地基承载力特征值Fak=120Kpa，设计沿长方向设两道后浇带，短向中部设一道后浇带。

2.2 裂缝形成情况

自2008 年11 月中旬开始浇筑混凝土，第四天晚上浇筑完毕，浇筑完第五日开始拆除外墙模板，在涂刷保水剂的过程中发现不均匀裂缝七道，同时检查内墙，可能有两道裂缝内外贯通，从底向上呈贯通趋势，其它裂缝始于距池底0.5m 左右，终于距池底2m 左右，缝宽均不超过0.5mm，经检验混凝土强度均达到设计要求。

2.3 结果分析

测试裂缝混凝土强度达到设计要求，裂缝并非强度不足的原因。由于本工程为冬季施工，昼夜温差较大，养护环境更显重要，规范要求，冬季施工墙体带模养护不应小于7d，该工程带模养护不足5d，覆盖、防寒措施不利。由于该池设计为浅池，水平向钢筋按构造配置，间距为200mm，抗温度应力构造钢筋设置不合理，配筋量相对偏小。另外池壁厚度为500mm，池壁偏厚，会由于水化热沿壁厚不均匀降温和不均匀收缩引起显著的自约束应力，从而导致池壁表面开裂。

3 贮水及水处理构筑物的特性及裂缝产生的原因

3.1 贮水及水处理构筑物的特性

随着建设工程规模的增大，贮水及水处理构筑物平面尺寸远大于构筑物伸缩缝最大间距的限值；其次，贮水及水处理构筑物以露天结构为主，露天结构对温度收缩作用敏感；另外，贮水及水处理构筑物壁薄而底板相对较厚，结构形式常采用超静定结构，约束作用较大，温差和收缩变化复杂。还有，贮水及水处理构筑物截面尺寸偏大是其另一特点，根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002规定，钢筋混凝土贮水及水处理构筑物壁板及底板尺寸均不宜小于200mm；《地下工程防水技术规范》GB50108-2001 规定，防水混凝土结构厚度不应小于250mm。通常根据工艺设计构筑物壁厚在200-350mm 左右， 个别有500mm 者；底板厚度：考虑底板视为池壁的固定支承时，底板厚度取为1.2-1.5 倍池壁厚度，则底板厚度一般为300-600mm。若仅按几何尺寸考虑，贮水及水处理构筑物不属于大体积混凝土，但从温度收缩裂缝控制角度考虑，贮水及水处理构筑物仍体现大体积混凝土的诸多特性。

3.2 贮水及水处理构筑物裂缝产生的主要原因

贮水及水处理构筑物一般为地下或半地下结构，截面尺寸在满足工艺和构造的要求下，一般均能满足承载力要求，各贮水及水处理构筑物中裂缝大部分是由于变形作用引起，包括水化热、外界气温的变化、混凝土表面的干缩、混凝土徐变以及地基的变形等。裂缝与约束主拉应力垂直，常呈现垂直于结构较长方向。即由于长向被约束较强，而长向配筋常习惯按构造配置，忽视补偿收缩的温度筋。拿矩形水池为例，构筑物长向在受构筑物底板的强约束的同时，受短向侧壁的约束，当构筑物长向承受生物反应池裂缝示意降温和收缩作用时，必然受到底板及短向侧壁的约束，在长向壁板内引起拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时，便引起壁板开裂，发生垂直于长向的裂缝。因此，掌握和防治由变形变化（温度、收缩、地基不均匀沉降）引起的裂缝尤为重要。

4 贮水及水处理构筑物防裂措施

4.1 变形缝的应用

针对混凝土贮水和水处理构筑物裂缝产生的主要原因，《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002 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。伸缩缝最大间距见附表一。另外，位于岩基地基上的构筑物，其底板与地基间应设置可滑动层构造，减少岩基对底板的约束，进而减少底板对壁板的约束。滑动层可选用在垫层上表层和底板下表面贴一毡一油或设置砂砾加塑料薄膜。

实践证明，设置伸缩缝来适应混凝土温度变化的作用，是一种可行的措施。但是否采取上述设置伸缩缝的构筑物，就可以完全避免裂缝的产生？并非如此，设置伸缩缝的构筑物并非绝对不裂，没设缝的超长构筑物也并非都裂。裂缝的控制同时受到施工期材料的配合比、水泥品种的选用、拆模时间、养护条件、施工季节等诸多因素的影响，因此，设计中应明确材料的选择，材料的强度，水灰比，水泥品种，以及对施工的要求，施工养护规定等。

4.2 补偿收缩混凝土在贮水及水处理构筑物中的应用

补偿收缩混凝土是一种在普遍混凝土中掺入适量膨胀剂后形成的，膨胀剂推荐掺入量（替代水泥率）不宜小于6%，对于填充用膨胀混凝土，膨胀剂推荐掺入量（替代水泥率）10%-15%。普通混凝土掺入膨胀剂后，由于混凝土的微膨胀，在钢筋和邻位的约束下，在混凝土结构中建立一定的预压应力，这一预压应力大致可以抵消混凝土在硬化过程中产生的干缩拉应力，补偿部分水化热引起的温度应力，与此同时，混凝土抗拉强度获得较大增长，增长到足以抵消后期气温变化等引起的收缩应力，从而有效防止和减少收缩裂缝的出现。采用膨胀剂拌制补偿收缩混凝土，混凝土的配合比设计应经试验确定，当同时采用其它混凝土外加剂时，应符合《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003，进行外加 剂兼容试验。用于有抗渗要求的补偿收缩混凝土的水泥用量控制在300-320kg/m3，限制膨胀率大于1.5×10-4，一般为2.5×10-4~3×10-4，限制干缩率小于等于3×10-4，抗压强度大于等于25kpa。掺膨胀剂的混凝土要特别加强养护，膨胀剂与水泥形成大量的膨胀结晶体钙矾（C3A・3CaSO4・32H2O）， 其反应需大量水，水化反应大部分在7d-14d 完成，因此，补偿收缩混凝土浇筑后1d-14d，需湿养护，（这样才能发挥膨胀剂的补偿收缩作用），对于混凝土壁板拆模时间不宜小于3d，冬季施工时，带模养护不应小于7d，对底板宜采用蓄水养护，壁板应从顶部用水管浇淋，拆模后继续养护至14d，并且，混凝土表面应覆盖，防止日晒，寒潮及风沙袭击。

4.3 改善后期温差收缩裂缝的构造措施

膨胀剂主要解决混凝土早期的干缩裂缝和中期水化热引起的温度收缩裂缝，对于后期天气变化产生的温差收缩是难以解决的，只能通过配筋和构造措施加以控制。构造（温度）钢筋的设置，可以改善混凝土收缩应力集中，有效利用混凝土膨胀能，因此，需根据构筑物不同部位，合理配筋。混凝土的配筋对其收缩值起一定作用，可适当配构造筋以有效提高混凝土的抗裂性能。壁板配筋原则：各构筑物壁板受力钢筋满足变形构造要求的，不再增设构造钢筋；否则另行设置构造钢筋。配筋应尽量采用小直径、小间距，采用直径8-14mm 的钢筋和100-150mm 间距较合理, 配筋率宜在0.4%~0.6% 间。增加构造钢筋，提高混凝土的抗裂性能：由于壁板易出现竖向收缩裂缝，其水平构造筋的配筋率宜大于0.4%，水平筋间距宜小于150mm， 壁板的中部或顶端300-400mm 范围内水平筋间距宜为50-100mm，另外，敞口式贮水构筑物壁板顶端配不小于6Φ16 的粗钢筋加强，以增加边缘混凝土的极限抗拉强度，防止边缘效应产生裂缝。由于相邻壁板的约束作用，在距池壁转角部位1m 左右宜出现竖向收缩裂缝，因此钢筋混凝土壁板的拐角处，宜设置腋角，并应附加构造钢筋，不小于壁板截面受力钢筋的50%，锚入相邻壁板内（1/3 壁板短向长度），同时不小于Lm。钢筋混凝土壁板与顶、底板的交接处，宜设置腋角，并应附加构造钢筋，一般按顶、底板截面内受力钢筋的50% 采用。

总之，贮水及水处理构筑物防裂是一个系统工程，只有精心设计、规范施工及合理使用，才能有效避免有害裂缝的产生和发展。

参考文献：

[1]王铁梦. 工程结构裂缝控制. 中国建工出版社，1997-08.

[2]给水排水工程结构设计手册. 中国建工出版社，1984-07.

[3]给水排水工程构筑物结构设计规范.GB50069-2002.

[4]地下工程防水技术规范.GB50108-2001.