趙舜堯

Analysis of the Design of Semi-Buried Super-Long Pool Structure Without Joints

ZHAO Shun-yao

（Municipal Institute， Shanghai Construction Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200030， China）

【摘? 要】半埋式超長水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計是在我國城市水處理系統(tǒng)逐步發(fā)展下提出的適應(yīng)現(xiàn)今城市發(fā)展的設(shè)計。隨著我國水處理系統(tǒng)的不斷完善，其基礎(chǔ)設(shè)施需要跟上時代發(fā)展的步伐，所以半埋式超長水池混凝土結(jié)構(gòu)越來越多地出現(xiàn)在建設(shè)項目當(dāng)中。論文重點(diǎn)關(guān)注不設(shè)縫水池結(jié)構(gòu)，提出通過采取相應(yīng)的措施實現(xiàn)了半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計，希望有效解決半埋式超長水池結(jié)構(gòu)中的裂縫問題。

【Abstract】The design of semi-buried super-long pool structure is put forward under the gradual development of urban water treatment system in China， which is suitable for today's urban development. With the continuous improvement of water treatment system in China， its infrastructure needs to keep up with the development of the times， so more and more semi-buried super-long pool concrete structures appear in construction projects. This paper focuses on the pool structure without joints， and proposes that the design of semi-buried super-long water pool without joints is realized by taking corresponding measures， hoping to effectively solve the problem of cracks in the semi-buried super-long pool structure.

【關(guān)鍵詞】半埋式;超長水池結(jié)構(gòu);不設(shè)縫設(shè)計;措施;技術(shù)

【Keywords】semi-buried; super-long pool structure; design without joints; measures; technology

【中圖分類號】TU318;TU991.34+3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）05-0184-02

1 半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計概述

相較于全埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計，半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計的應(yīng)用范圍較窄。超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫往往容易開裂，為了滿足使用條件，在進(jìn)行建設(shè)時往往使用補(bǔ)償收縮混凝土。同時，為了防止由于長度過長，而增加結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，在生產(chǎn)工藝中往往運(yùn)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝能夠推進(jìn)項目質(zhì)量的提升，所以這些措施能夠顯著地延長結(jié)構(gòu)的使用年限。但是當(dāng)水池結(jié)構(gòu)長期使用時仍可能導(dǎo)致出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。所以在設(shè)計時，超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的應(yīng)用較少，這是為了防止后期維護(hù)難度增大。但是半埋式超長水池結(jié)構(gòu)中不設(shè)縫設(shè)計擁有著獨(dú)特的優(yōu)勢。一般來說，設(shè)縫后容易造成水池整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，對于大型水池來說，設(shè)置多道伸縮縫會進(jìn)一步復(fù)雜化抗震措施。尤其是在施工過程中，由于施工工藝的不完善，伸縮縫處澆筑存在縫隙，這也就導(dǎo)致伸縮縫處容易漏水，不容易修復(fù)。所以在超長水池結(jié)構(gòu)中不設(shè)縫能夠提高整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，若采取相應(yīng)的措施，如在施工過程中合理地布置后澆帶、加強(qiáng)帶等能夠?qū)崿F(xiàn)半埋式超長水池不設(shè)縫的設(shè)計理念。

2 工程概況

本文以兩種水池不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，首先，將南水北調(diào)工程中的水池作為實例進(jìn)行分析，水池的設(shè)計功能是集水池，在設(shè)計過程中采用常規(guī)的分縫設(shè)計，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面存在多種問題。為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，該水池在設(shè)計時存在多種設(shè)計問題。該水池高度為13～17m，導(dǎo)致水池內(nèi)水位較高。由于采用常規(guī)的分縫設(shè)計，導(dǎo)致水池內(nèi)各部分的剛度中心和質(zhì)量中心有偏差，在該水池的分縫處增加了許多側(cè)向剛度構(gòu)件。一方面，增加了施工的難度，加大了施工的工作量;另一方面，對工藝設(shè)備工作的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定的影響。其次，與之對照的是某保護(hù)區(qū)基地中的室外水池結(jié)構(gòu)，該水池結(jié)構(gòu)采用的是半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計，采用復(fù)合樁基，具有較強(qiáng)的整體穩(wěn)定性。但是在設(shè)計過程中，水池長度超過了100m，達(dá)到120.5m，所以施工難度較大，由于采用半埋式的設(shè)計方案，天然保溫狀況較差，要考慮到溫濕度作用強(qiáng)烈的條件。

在設(shè)計過程中，集水池的常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計分縫處的側(cè)向剛度構(gòu)件較多，且施工難度較大，對整體的穩(wěn)定性也存在負(fù)面的影響，相較于生物反應(yīng)池的半埋式超長水池不設(shè)縫設(shè)計，在工藝上沒有精簡，同時，穩(wěn)定性較差。根據(jù)兩者的比較，半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計，在應(yīng)用過程中有著更加廣闊的前景，對水池整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有著良好的基礎(chǔ)性作用，同時，有著更深刻的研究價值。

3 水池混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

水池混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可以歸結(jié)為兩個方面：第一個方面就是結(jié)構(gòu)性裂縫問題。結(jié)構(gòu)性裂縫主要是由于載荷作用產(chǎn)生的，由于水土壓力以及自重等原因造成的受拉應(yīng)力裂縫。第二個方面就是非結(jié)構(gòu)性裂縫，大部分是變形因素導(dǎo)致。在水池產(chǎn)生裂縫問題上，非結(jié)構(gòu)性裂縫占據(jù)了較大的比例。針對兩種不同的裂縫原因，具體情況如表1所示。

3.1 常規(guī)設(shè)縫水池產(chǎn)生裂縫的原因

常規(guī)設(shè)縫水池結(jié)構(gòu)往往是由于結(jié)構(gòu)性設(shè)計產(chǎn)生裂縫，一般是因為結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理而引起的裂縫，截面突變產(chǎn)生的應(yīng)力過于集中而導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，或者由于鋼筋配置不合理而引起的裂縫。結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生往往是由于施工誤差或者設(shè)計誤差而引起問題的出現(xiàn)，在出現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)性裂縫時，可以推斷該水池的施工質(zhì)量較低。

3.2 超長水池不設(shè)縫結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因

超長水池不設(shè)縫結(jié)構(gòu)的裂縫絕大部分是由于溫度變化以及變形引起，如表1所示，由于變形而產(chǎn)生的裂縫是非結(jié)構(gòu)性裂縫的主要產(chǎn)生原因。由于收縮變形而產(chǎn)生的裂縫原因較多，如水池表面產(chǎn)生的裂縫呈現(xiàn)花紋狀，同時裂縫較淺，這是由于碳化收縮造成的裂縫，周圍環(huán)境中的酸性物質(zhì)與水泥石中堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，引起混凝土表面體積收縮。裂縫垂直于施工縫，且間距均勻，長度較短。這是由于施工間隔過長，造成先澆筑的混凝土完成收縮，在后澆筑的混凝土收縮過程中產(chǎn)生裂縫。

膨脹變形往往是由于混凝土與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)造成開裂，堿骨料反應(yīng)裂縫發(fā)生在混凝土凝固數(shù)年后，由于活性礦物與堿性溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致體積膨脹造成混凝土開裂，水池整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度下降，環(huán)境中的侵蝕性物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)后，會造成混凝土腐蝕，逐步地腐蝕鋼筋造成整體結(jié)構(gòu)失效。若出現(xiàn)這種高強(qiáng)度的變形，水池難以修復(fù)，到達(dá)生命期限。

4 半埋式超長水池結(jié)構(gòu)裂縫的控制方法

4.1 后澆帶、加強(qiáng)帶的設(shè)計

半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計，一般來說超過標(biāo)準(zhǔn)長度，所以在進(jìn)行水池混凝土架構(gòu)時要以分塊的方式進(jìn)行作業(yè)。為了防止混凝土后期開裂，可以在施工過程中等待各區(qū)塊混凝土施工形狀固定，同時，在混凝土區(qū)塊中設(shè)立加強(qiáng)帶，提升混凝土的壓應(yīng)力，減少混凝土因為收縮變形而導(dǎo)致其整體結(jié)構(gòu)改變。后澆帶采用C40收縮補(bǔ)償混凝土，由于后澆帶存在止水面，所以在進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)用止水鋼板進(jìn)行固定。而加強(qiáng)帶是穩(wěn)定池壁結(jié)構(gòu)、防止變形的設(shè)計，縱向面上需用結(jié)構(gòu)主筋固定加強(qiáng)。在設(shè)計時可以采用橫向后澆帶與加強(qiáng)帶相互交錯型，為了提升水池整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，在縱向方向上設(shè)計加強(qiáng)帶，通過對后澆帶和加強(qiáng)帶的合理劃分，減少施工過程中由于變形產(chǎn)生的應(yīng)力，推進(jìn)半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計成型。

4.2 鋼筋配比時考慮溫濕度的影響

混凝土保護(hù)層開裂，會造成鋼筋的腐蝕速度加快?；炷林車h(huán)境的溫濕度會對鋼筋腐蝕速度產(chǎn)生一定的影響。在本文提及的南水北調(diào)的水池以及生物反應(yīng)池中，其環(huán)境條件較為特殊，通常情況下濕度較高，而半埋式超長水池結(jié)構(gòu)會造成內(nèi)外溫度的差異性較大。所以在進(jìn)行鋼筋配比時必須考慮到溫度和濕度對水池裂縫產(chǎn)生的影響。由于溫度和濕度的變化幅度較大，更容易造成鋼筋的腐蝕速度加快，水池結(jié)構(gòu)功能的特殊性會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)孔隙中留存自由水，當(dāng)濕度下降，溫度升高時，氧氣容易到達(dá)鋼筋表層，從而導(dǎo)致腐蝕速率加快。所以在進(jìn)行鋼筋配比時要充分考慮到水池使用過程中的內(nèi)外溫差，在施工過程中對混凝土材料的膨脹系數(shù)進(jìn)行考慮，根據(jù)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成配筋計算工作，并且嚴(yán)格執(zhí)行。

4.3 加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)

在施工過程中以及施工完成后要定期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。為防止混凝土變形開裂，在施工過程中采用鎂質(zhì)高性能抗裂劑進(jìn)行配置的補(bǔ)償收縮混凝土在養(yǎng)護(hù)過程中需要注意進(jìn)行濕養(yǎng)14天，相較于普通的膨脹劑，鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑具有持續(xù)膨脹的特性。在兩側(cè)池壁混凝土澆筑完成42天之后，后澆帶才可以進(jìn)行施工，且養(yǎng)護(hù)時間要大于28天。加強(qiáng)帶在膨脹澆筑時要避免冷縫的產(chǎn)生。除此之外，在混凝土后期監(jiān)測過程中要注意混凝土內(nèi)部溫度的變化，限制混凝土應(yīng)變。

5 結(jié)語

半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計具有較好的整體性，通過以上措施，在設(shè)計完成之后，混凝土結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)較為顯著的裂縫。在使用過程中，水池受地基變形、地震影響等作用較小，但是整體施工質(zhì)量要求較高，采取以上措施有利于施工質(zhì)量的提升。

【參考文獻(xiàn)】

【1】火明譞.半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計分析[J].價值工程，2020，39（9）：174-175.

【2】劉一杰.半埋式超長水池結(jié)構(gòu)不設(shè)縫設(shè)計經(jīng)驗[J].中國市政工程，2019（4）：47-49+116.