王曉東

摘 要：從結(jié)構(gòu)的專業(yè)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(shè)定、水池裂縫的成因和防治方法等相關(guān)內(nèi)容，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：水池裂縫；荷載控制；加強(qiáng)帶；添加劑

中圖分類號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)際厚度不應(yīng)小于200 mm。如果池壁太薄，不僅會(huì)增加施工難度，影響工程進(jìn)度，還會(huì)帶來安全隱患，引發(fā)工程事故；如果池壁太厚，則會(huì)影響其溫度應(yīng)力，造成不必要的浪費(fèi)。所以，在確定水池底板的厚度時(shí)，可以按照1.2～1.5倍池壁厚度選取，因?yàn)樗氐装迨浅乇诘那豆潭恕?/p>

2 計(jì)算模型的設(shè)定

池壁恒、活荷載假定模型的計(jì)算狀態(tài)有2種，即水池外沒有土，水池內(nèi)有水；水池外有土，水池內(nèi)沒有水。水池底板與池壁之間存在應(yīng)力與彎矩的傳遞，不能單獨(dú)計(jì)算，應(yīng)該根據(jù)組合彎距分配計(jì)算。另外，如果底板比較厚，對(duì)池壁的影響不大；如果池壁厚，則池壁根部配筋的受力就會(huì)比較大。而內(nèi)力彎矩對(duì)水池池壁水平角隅的影響也是不可忽視的，因?yàn)槌乇诠战翘帟?huì)產(chǎn)生負(fù)彎距，需要加設(shè)水平加強(qiáng)筋。

3 水池一般裂縫的形成原因

構(gòu)筑物水池是用現(xiàn)澆鋼筋混凝土制成的，其特質(zhì)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?；炷了爻霈F(xiàn)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(huì)影響水池結(jié)構(gòu)的整體性，還會(huì)使內(nèi)部鋼筋被銹蝕，加快混凝土的碳化速度，降低混凝土的強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性能，進(jìn)而縮短水池的使用壽命。

3.1 外在荷載造成的裂縫

當(dāng)水池結(jié)構(gòu)受到外部應(yīng)力作用時(shí)，由于受力性能不足，所以，其結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，使得裂縫的形成和發(fā)展具有一定的破壞性。造成這種情況的主要原因是，設(shè)計(jì)前期所收集的基礎(chǔ)資料有誤，或者設(shè)計(jì)過程中考慮不足，計(jì)算模型有誤等。

3.2 材料質(zhì)量差和構(gòu)造不恰當(dāng)造成的裂縫

當(dāng)水池使用的主材質(zhì)量不良，無法滿足應(yīng)力變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。為了使設(shè)計(jì)模型更貼近實(shí)際情況，應(yīng)該采取必要的構(gòu)造措施，避免構(gòu)造不當(dāng)或缺失造成的裂縫。

3.3 混凝土收縮、溫濕度的變化

當(dāng)混凝土被硬化時(shí)，會(huì)釋放巨大的水化熱，在構(gòu)件外表面形成某種拉應(yīng)力，同時(shí)，在其降溫收縮的過程中，由于支座對(duì)其有一定的約束，進(jìn)而形成了拉應(yīng)力。因此，早期構(gòu)件因?yàn)榛炷潦湛s造成的裂縫集中出現(xiàn)在表側(cè)，中期形成的裂縫集中出現(xiàn)在中部。

4 控制裂縫的方法

根據(jù)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50069—2002）的要求，要想有效控制裂縫的出現(xiàn)，就要采取裂縫寬度驗(yàn)算、抗裂度驗(yàn)算和增加構(gòu)造等措施來輔助解決存在的問題。

對(duì)于一些受力構(gòu)件，比如軸心受拉、小偏心受拉構(gòu)件，應(yīng)按照不開裂的情況進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算。受力構(gòu)件的抗裂性能是由混凝土的抗拉強(qiáng)度和構(gòu)件的受拉截面決定的。對(duì)于另外一些受力構(gòu)件，比如受彎、大偏心受拉構(gòu)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(nèi)。

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(xì)計(jì)算、分析池體可能產(chǎn)生最大拉應(yīng)力斷面的情況，使之能夠滿足裂縫寬度的設(shè)計(jì)要求。而要想避免這種裂縫的出現(xiàn)，就要先收集全部的基礎(chǔ)資料，并保證其準(zhǔn)確性。

在某些實(shí)際工程案例中，應(yīng)該先根據(jù)工藝、電氣等專業(yè)的提資確定初步荷載，估算內(nèi)力，然后分析相關(guān)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步完善整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力體系，盡可能地讓水池的主要受力構(gòu)件受力明確、傳力合理、經(jīng)濟(jì)可靠。與此同時(shí)，還應(yīng)分析、計(jì)算所有受力構(gòu)件的內(nèi)力情況，確定不同工況下的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。在配筋計(jì)算時(shí)，應(yīng)具體考慮各構(gòu)件的裂縫控制驗(yàn)算工作，如果需要進(jìn)行裂縫控制設(shè)計(jì)，則應(yīng)該根據(jù)其具體的受力性質(zhì)進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算或者裂縫寬度驗(yàn)算。要想控制這種裂縫，就要合理調(diào)整構(gòu)件的混凝土等級(jí)、配筋率、鋼筋截面和構(gòu)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(chǎn)生，首先要嚴(yán)格控制混凝土配比和所用主材的規(guī)格、質(zhì)量、級(jí)配，同時(shí)，設(shè)計(jì)方也應(yīng)對(duì)混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)工程提出相應(yīng)的施工要求。在某些大型水池的設(shè)計(jì)中，會(huì)采用增設(shè)伸縮縫、摻和添加劑或者設(shè)置加強(qiáng)帶等措施來控制混凝土硬化收縮時(shí)產(chǎn)生的裂縫。

在水池中設(shè)置伸縮縫時(shí)，應(yīng)在伸縮縫處將水池結(jié)構(gòu)徹底斷開。但是，在具體工程中，因?yàn)樗亟Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時(shí)只能設(shè)置“不完全伸縮縫”。這種形式的“伸縮縫”只實(shí)現(xiàn)了部分功能，并不能發(fā)揮全部作用。在溫度、濕度發(fā)生較大變化時(shí)，混凝土的伸展、收縮同樣也會(huì)使構(gòu)件被局部壓碎。因此，除了要設(shè)置伸縮縫外，其位置的選取也很重要，不建議將其設(shè)置在構(gòu)件的主要受壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。

在設(shè)定伸縮縫時(shí)，還需要采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，它們對(duì)某些特殊節(jié)點(diǎn)的處理、施工工藝和特殊材料的使用等都有相對(duì)較高的要求。有關(guān)規(guī)范規(guī)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(dāng)加大，增設(shè)加強(qiáng)帶也可以減少伸縮縫的設(shè)置。在大型水池工程的設(shè)計(jì)工作中，摻和添加劑、增設(shè)加強(qiáng)帶等措施已被頻繁使用。

在混凝土中摻和添加劑后，它會(huì)變得更加均勻、密實(shí)，能有效防止硬化過程中發(fā)生的收縮變形。當(dāng)混凝土的均勻密實(shí)性提高后，即便混凝土因?yàn)槭芰ψ冃味a(chǎn)生裂縫，也只會(huì)出現(xiàn)細(xì)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(yīng)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(yīng)用它會(huì)加快混凝土的膨脹速度。當(dāng)有外應(yīng)力作用時(shí)，鋼筋內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力；當(dāng)混凝土發(fā)生收縮、變形時(shí)，這種預(yù)應(yīng)力可起到一定的補(bǔ)償作用。②另外一種添加劑的主要成分是高強(qiáng)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(qiáng)纖維上，進(jìn)而增強(qiáng)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(shí)，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求，避免影響混凝土的抗裂性能。

4.3 材質(zhì)差、構(gòu)造不當(dāng)形成的裂縫控制

澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)使用有合格標(biāo)牌的水泥，并將其存放在干燥的環(huán)境中。如果使用結(jié)塊或變質(zhì)的水泥，會(huì)導(dǎo)致其在反應(yīng)過程中因?yàn)樗煌耆绊懟炷恋目節(jié)B性，進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度。

灰水比越小，混凝土中多余的、未能參加反應(yīng)的水分就越多，在受熱蒸發(fā)后形成的微細(xì)孔洞就會(huì)越多，這些孔洞就是混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因。所以，要嚴(yán)格控制灰水比，選擇粒徑均勻、級(jí)配良好的粗、細(xì)骨料，以增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度、和易性，有效控制裂縫的形成。

除了要保證材料的質(zhì)量外，還需要論證結(jié)構(gòu)中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中部位的構(gòu)造措施的合理性和可靠性，構(gòu)造措施對(duì)控制裂縫的形成起著非常重要的作用。在工程設(shè)計(jì)初期，要先采取合理的構(gòu)造措施使設(shè)計(jì)模型更加接近工程的實(shí)際受力情況，然后針對(duì)各構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的特性，按照其在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中所起的作用落實(shí)有針對(duì)性的構(gòu)造做法，以達(dá)到控制裂縫的目的。如果發(fā)現(xiàn)存在影響整個(gè)結(jié)構(gòu)體系安全的問題，必須在制訂結(jié)構(gòu)方案初期就考慮采取哪些有針對(duì)性的構(gòu)造措施。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)模型不僅要有較高的可靠性，還要具備良好的構(gòu)造要求，當(dāng)遇到無法現(xiàn)場實(shí)施或?qū)嵤╇y度較大的構(gòu)造措施時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體問題作出相應(yīng)的調(diào)整。

5 結(jié)束語

在相關(guān)的工程建設(shè)中，水池類水工構(gòu)建筑物的設(shè)計(jì)和施工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要嚴(yán)格按照規(guī)范完成，而且各部門還要配合作業(yè)。在工作過程中，設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方和業(yè)主方等應(yīng)相互協(xié)調(diào)，重視質(zhì)量控制，杜絕任何安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院.GB 50069—2002 給排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

〔編輯：白潔〕