较大直径圆型水池结构设计方法浅谈

　　摘 要： 目前圆型水池结构设计没有统一明确的设计规范标准，本文通过对某污水处理厂的二沉

　　池结构设计分析，对较大直径圆型水池进行了粗浅的论述与探讨，为其今后的完善和发

　　展提供一些参考。

　　关键词： 钢筋混凝土水池;裂缝控制;混凝土膨胀剂;无粘结预应力

　　Abstract: The current round pool structure design is no unified and clear design standards, this article through the structural design of the secondary settling tank in a sewage treatment plant, put out the shallow discourse and discussion on the larger diameter circular pool for future improvement and development to provide some reference.

　　Key words: reinforced concrete pool; crack control; concrete expansive agent; unbonded prestressed

　　中图分类号：TU991.34+3 文献标识码：A 文章编号：

　　引言

　　随着我国建设事业的发展以及基础设施建设的不断扩大，在市政污水、工业废水等处理工程中，钢筋混凝土水池是普遍的一种构筑物。在实际工程设计中，钢筋混凝土水池主要是靠混凝土自身的密实性来增强其防水、抗渗性能，它不再另设防水层，因此规范对池体裂缝做出了严格限制，所以裂缝控制则是钢筋混凝土水池设计和施工关键环节。

　　引起水池裂缝的因素很多，在设计过程中，部分设计者往往忽略了温度、湿度变化作用对钢筋混凝土水池池壁内应力的影响。我国《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002和《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138：2002中均给出规定，当钢筋混凝土现浇水池长度、宽度较大时，应设置适当温度变化作用的伸缩缝，伸缩缝间距一般在15m~30m之间，构筑物的伸缩缝应做成贯通式，在同一剖面上连同基础或底板同时断开。这种缝的构造相对复杂，施工较为困难，设计及施工都必须仔细认真，否则就容易造成缝的渗漏现象，其渗漏成因主要是：首先它的橡胶止水带接缝处，施工时稍微不慎就将出现漏水现象。再有就是橡胶止水带老化引起的漏水及止水带处节点复杂不易浇注密实，对于大面积结构，倘若底板漏水，会造成地基沉陷，使底板产生变形破坏，且底板修复相当困难。况且其底板漏水不易察觉，直到底板发生破坏，漏水量剧增时，才会被发现。这将给今后的生产管理带来很大麻烦。如今先进的国家已经取消了伸缩缝设计取而代之为整体结构设计。

　　就钢筋混凝土结构设计而言，结构设计与工艺及与施工间应有密切配合。在水池设计过程中，结构设计人员首先要了解工艺设计要求，例如较大水池壁与壁之间、壁板与底板之间的构造加腋(八字角)要求是否会对工艺造成影响，如果工艺要求不允许加腋，结构设计人员就要在满足工艺要求的前提下，采用其它措施来满足结构的要求。设计人员应以设计规范为依据，各专业之间互相配合，对一些构造措施应区别情况灵活掌握使用。

　　同时结构设计与施工息息相关。结构设计在计算中已考虑施工诸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土养护天数、后浇带间隔天数等等，这些设计条件必须向施工单位详细说明，做好相关的技术交底，并要求施工单位逐一落实。而要做好这些又要求设计人员要了解施工，了解施工中新材料、新技术、新方法，了解施工顺序，施工对设计的要求，使设计切合施工、方便施工。例如水池施工为便于支模及浇筑混凝土，一般在离池底及加腋以上300～500mm处留置施工缝，设计人员应考虑施工要求，在此范围避免设计有预留洞口、预埋管道、悬挑梁板等。

　　在水池设计中，一方面设计人员应结合具体情况，以较少的工程造价建设优质工程，另一方面设计人员对施工未按规范进行施工等施工失误所产生的渗漏裂缝处理，也应有所了解、准备，对当前常用处理裂缝及堵漏方法、所用材料应有所了解，以便更好地完成设计的后期服务。

　　1 工程概况：

　　公主岭市某污水处理厂是由多座钢筋混凝土池体组成，其中两个直径为48m，地上高度2.7m，地下高度2.0m的圆形二沉池较大，为了解决温度应力问题按目前规范，原设计将被分为7块，每块之间用30mm宽伸缩缝完全隔离开来。

　　为了克服传统水池的缺点，在水池设计中我们查找大量有关无缝设计资料最后水池

　　侧壁采用了后张法无粘结预应力技术，取消了7个块体结构，水池底板采用5条后浇加强带将水池设计为一个整体结构，没有设置任何伸缩缝。

　　2 工程设想及防裂施工措施

　　设计主要采取三种措施有： 设置混凝土后浇带或加强带和使用混凝土外加剂及预应力技术。其具体做法是：

　　2.1 防止大体积现浇钢筋混凝土的收缩裂缝出现，在抗渗混凝土内掺入HEA高效防水剂

　　2.2 在工程施工过程中，采用一些技术措施进一步保证现浇钢筋混凝土水池的抗渗性能。

　　2.3 优化混凝土配合比。

　　2.3.1 为防止混凝土自身渗漏，采用抗渗混凝土，抗渗等级S8.

　　2.3.2 由于大体积现浇钢筋混凝土易出现收缩裂缝，为提高水池底板混凝土的抗裂性能，在抗渗混凝土内掺入适量的HEA混凝土膨胀剂。

　　2.3.2.1 HEA微膨胀防水的理论分析

　　HEA　高效防水剂会使混凝土产生适度膨胀在钢筋部位的约束下产生0.2-0.8Mpa的预应力，能有效的补偿混凝土的干缩和冷缩，同时由于HEA水化形成的大量钙矾石晶体，具有填充细孔缝作用，使混凝土中孔径下降，总空隙减少，大大改善了混凝土中孔结构的分布，使混凝土更加密实，显著提高混凝土的抗渗抗裂性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力，防止钢筋锈蚀。

　　HEA防水剂具有缓凝作用，能够延长混凝土凝结时间，且凝结时间可根据工作需要进行调整，对于大面积施工水池非常有利。

　　HEA混凝土的早期强度及28天强度较基准混凝土提高10%以上，特别是早期强度的提高，对提高工程结构的安全性及防止混凝土早期膨胀能的损失都是有利的，因为混凝土收缩大部分发生的在早期，故HEA混凝土抗裂性能相对提高。

　　HEA的抗渗性能良好是因为HEA混凝土的膨胀与强度发展协调，使膨胀能得以充分发挥，另外由于HEA的优良减水效果，使混凝土孔隙率减小。密实度进一步提高。

　　3.3.2.2 HEA施工控制点。

　　3.3.2.2.1、HEA的活性较大，称量误差大会影响混凝土的强度及坍落度，且不易控制，所以混凝土拌和时严格控制称量误差，称量误差在±1%。

　　3.3.2.2.2、由于HEA具有与自身相容性的高效减水成份，搅拌时间控制应比普通混凝土延长30~60秒。

　　3.3.2.2.3、保湿养护至关重要，水池底板混凝土初凝后即开始浇水和盖麻袋养护，养护期不少于14天，要始终保持表面湿润状态，以不见白为原则。

　　3.3.2.2.4、振捣必须密实，不能过振或漏振，采用专人专区负责制，以混凝土开始泛浆和不冒泡为原则。对于大直径套管底部混凝土密实度，在施工过程中通过敲击模板听音的方法检查。

　　3 工程设计

　　无论后浇带和加强带都只能解决施工期间混凝土的收缩问题，并不能解决季节温差(湿差)所产生的温度应力问题。虽然有些超长水池没有出现裂缝，那是因为池底板为平面，或地基对水池的摩擦力较小，或池体水平配筋较大，而并不是后浇带，加强带或外加剂起了主要作用。所以，底板设计采用混凝土后浇带、加强带和使用混凝土外加剂技术，池壁采用后张法无粘结预应力技术。

　　掺加混凝土膨胀剂的目的就是在混凝土中产生膨胀应力。其产生的膨胀应力值是有限的，也就是说超过一定的界限就起不到应有的作用。而且，若从工程耐久性方面考虑，水池结构不宜使用含有钙矾石类的膨胀剂。因为有些膨胀剂中存在延迟钙矾石生成现象，所谓延迟膨胀就是当混凝土硬化一段时间以后，混凝土中的钙矾石再开始膨胀，即混凝土中的钙矾石与混凝土本身的硬化不同步，因此我们对于延迟钙矾石生成的潜在危险性应有充分的认识。

　　该工程水池底板尺寸超过国家规范规定的要求，采取不设温度伸缩缝，而设置1m左右宽的后浇带和加强带的做法。后浇带混凝土待其两侧混凝土浇筑完毕后2个月左右再进行浇注，而加强带处钢筋和混凝土膨胀剂掺量都要适当增加，(粉剂)一般掺量8%~14%，最佳掺量：普通混凝土掺8%~10%，加强带掺10%~14%。如下图 用无粘结预应力钢绞线来解决温度应力问题。当池体长度和宽度都较长时，不设温度伸缩缝，而在池壁水平方向均施加预应力来解决温度应力问题。这是从根本上解决水池裂缝问题的方法。而且，混凝土被施加预应力以后，混凝土本身受压，该水池使用预应力混凝土强度等级C40，其它混凝土强度等级C30，抗渗等级为S8、F200。钢筋采用为HPB235级及HRB335级普通钢筋，预应力钢筋采用抗拉强度标准值为1860Mpa的低松弛钢绞线，公称直径为15.24 mm，预应力钢绞线采购标准要符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003和《预应力混凝土用钢丝》GB/T5223-2003标准的天津预应力钢丝一厂产品或江阴法尔胜钢铁制品有限公司等大型国营企业的产品，该产品必须得到设计和监理工程师认可。锚具采用上海建研所的HVM类锚具产品或北京建研院的B&S I类锚固体系。

　　为保证水池侧壁有效的施加预应力，我们在池壁沿60°设置肋板柱，在两个方向上施加预应力，池壁厚度为350mm，池壁混凝土浇筑要求：1)首先底板杯口清理干净，杯口底抹16mm后水泥砂浆，为提高壁板下端构造质量，保证计算边界条件，杯口做法见壁板与底板联接构造示意图。2)水池侧壁在浇筑前钢筋要求绑扎牢固，池壁上下端环筋与竖向筋焊接，按设计要求布置无粘结预应力钢筋，混凝土要分层连续浇筑，不得留有施工缝，分层振捣密实，每层浇捣高度400mm左右，上下两层之间混凝土结合间歇时间控制在混凝土初凝前，隔层混凝土连续施工直到池顶。3)固定模板的钢筋必须设置止水板以免渗漏，拆模后打掉钢筋周围的混凝土保护层，截断支模钢筋，用石棉水泥填平打实。同时施工时，应严格控制杯口标高及底板坡度，底板上应有1：2水泥砂浆20mm。为保证工艺设备正常运转中避免过大振动冲击，在设计中要求池体结构尺寸的允许偏差不大于下列数值：

　　序号项目允许偏差(mm)

　　1池壁板垂直度±10

　　2池壁半径尺寸±20

　　3中心支筒与壁顶相对高差±10

　　4池底板坡度<20

　　该钢筋筋混凝土水池裂缝设计控制在0~0.1mm之间。我国现行规范规定钢筋混凝土现浇水池裂缝一般控制在0.2mm左右，如果采用普通钢筋虽然也可控制在0.1mm，但其用钢量将会成倍增加。因此，采用预应力无缝整体水池设计，建造出来的水池不仅结构耐性更强，且较少的工程造价。结构设计部分节点详图如下。

　　结束语

　　通过对大型现浇钢筋混凝土水池池壁抗渗措施的研究、探讨、实施，工程的整体质量取得了显著的效果，所有大型现浇钢筋混凝土水池经盛水实验检测均无渗漏，一次性通过验收，达到了较好的水平，减少了应修补带来的工期拖延和人力物力的浪费，并且积累了较丰富和全面的经验，对于今后同类型结构的构筑物施工质量提供了有效的保证。

　　参考文献：

　　1,《无粘结预应力混凝土结构技术规程》 JGJ/T 92-2004;

　　2,《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2002;

　　3，《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002;

　　4，《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138：2002;

　　5,《部分预应力混凝土》 杜拱辰，中国建筑工业出版社;

　　6,《预应力混凝土结构设计》(第三版)林同炎著;

　　7,《后张预应力混凝土设计手册》中国建筑科学研究院， 陶学康主编;

　　8,《工程结构裂缝控制》 王铁梦，中国建筑工业出版社。