给排水设计中对水池结构的裂缝控制

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　　摘要：水池结构产生裂缝的原因多种多样。针对水池结构设计，需要从完整收集基础资料到采用合理结构体系、准确分析计算，直至可靠的截面设计与构造措施以及对施工养护的技术要求，最终实现设计全过程的裂缝控制。本文主要论述设计中控制裂缝的方法。
　　关键词：水池裂缝；裂缝控制；水池设计
　　
　　1引言
　　给排水工程中，钢筋混凝土水池的设计较为常见。考虑水池的抗渗防裂对正常使用有至关重要的作用，水池结构设计必须重视裂缝控制。水池产生裂缝的原因多种多样，本文主要探讨水池结构设计中如何有针对性地避免破坏性裂缝的产生。
　　2水池设计中的裂缝控制
　　钢筋混凝土结构出现裂缝是一种普遍现象，对钢筋混凝土结构要求完全避免裂缝是不现实也完全没必要的。混凝土裂缝在不影响结构受力性、使用性和耐久性的情况下属于正常结构裂缝，无须处理；而过大的裂缝，会影响到结构安全、使用和耐久性的裂缝称为破坏性裂缝。对于水池结构，根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069–2002)要求，裂缝控制通过抗裂度验算、裂缝开展宽度验算和构造措施来实现。
　　轴心受拉或小偏心受拉构件，应按不出现裂缝控制进行抗裂验算。这类构件的抗裂性能主要由混凝土抗拉强度和构件受拉截面决定。对受弯或大偏心受拉（压）构件，应按限制裂缝宽度控制，在水池设计中以此类工况最多。
　　设计时一般先根据强度计算初步确定配筋，然后进行裂缝宽度验算。对水池结构，根据水池的盛水性质（清、污水）及其使用功能，最大裂缝宽度一般控制在0.2mm或0.25mm。
　　下面，根据裂缝成因来探讨在设计中如何采取恰当的措施控制裂缝的发生和发展。
　　2.1荷载作用裂缝的控制
　　荷载作用裂缝的控制，是要求在设计时对池体各部位可能产生最大拉应力的截面进行计算分析，使之满足裂缝控制的要求。要避免此类裂缝，先应在基础资料的收集使用中做到完整、准确。这是因为地下水位和土层情况的不同，会使埋地式水池的设计水土压力产生很大变化；基础持力层的不同可能直接影响基础结构形式和池体沉降变形情况；水池在试水、调试、运行、检修等各种状态下的荷载作用，则关系到内力计算的准确性；气象资料及池内水温情况，决定了温（湿）度应力计算的可靠性。
　　在掌握全面可靠的基础资料后，就需对池体结构建立正确的计算模型和选择合理的荷载组合，以确保其内力及变形的计算与水池的实际工作情况一致。该设计阶段的主要问题如下：
　　（1）基础梁、板计算时采用的地基假定是否合理。目前计算水池地基反力的三种假定（地基反力直线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定）的计算结果出入较大，所以应根据各假定的适用条件，采用与实际情况最为接近的理论进行计算。
　　（2）支座假定是否合理。池体顶板、壁板、底板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，采用合理的支座假定才能据此计算出正确的内力分布。
　　（3）荷载最不利组合是否选择正确。其中较容易疏漏的是施工、试水、检修阶段的荷载组合。
　　（4）极端温（湿）差出现的部位及取值是否有误等。
　　具体设计时，应先根据结构方案进行初步的荷载和内力计算。通过对计算结果的分析调整结构受力体系，尽量使池体结构的各部位都能做到结构合理、受力明确、经济可靠。然后对所有结构件进行详细的力学计算，得到在各个起控制作用的工况下各控制断面的内力设计控制值。在截面配筋设计中，应区分各构件是否需进行裂缝控制设计。对需要裂缝控制的构件，应根据其受力性质分别进行抗裂度验算或裂缝开展宽度验算。通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号或构件截面尺寸达到裂缝控制。
　　此外，还要注意一些次要构件对内力分配的影响。如水池中常用的一些隔墙、导流墙。若采用砌体墙，一般可作为荷载作用于池体结构上。若采用现浇混凝土壁板，则应考虑其对池体结构的支点作用，因为这会改变主体结构内力的分配和传递。还有，池体变形缝的设置和类型的不同也会改变变形缝周边构件的受力情况。因此，在设计中对次要部位的调整，要考虑对主体结构的影响，以免产生破坏性裂缝。
　　2.2混凝土收缩和温湿差造成裂缝的控制
　　此类裂缝的控制首先应根据规范规定，严格掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，同时对混凝土灌筑和养护提出设计要求。另外，对大型水池可采取设伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。
　　对于大型水池的裂缝控制，现浇钢筋混凝土水池在基底为土基时，应每隔20m或30m设一道伸缩缝；为岩基时，减为15m和20m。水池为装配整体式时可加长5~10m。按此构造，一般能解除中面季节温差产生的温度应力并消减混凝土收缩的影响。
　　伸缩缝的设置将水池结构完全切断。在具体设计中，有时会由于池形及池内分隔复杂而难以做到，从而采用完全或不完全收缩缝来替代。这样做实现了伸缩缝的部分功能，在实际应用中一般也是有效的，但对于混凝土在温度作用下的伸展问题并未解决，而这有可能造成混凝土局部压碎的现象。因此，采用收缩缝除了在构造上应将表面开槽嵌填密封胶外，更重要的是设缝位置应尽量避开构件的主要受压区和应力集中区。
　　由于变形缝的设置需要采取严密的构造措施来保证，对节点处理、施工及材料等都有相当高的要求，其中任何一个环节的问题，都会造成严重的后果。规范规定，当有经验时，可在混凝土中施加可靠的外加剂或设后浇带，减少其收缩变形，从而放宽伸缩缝的最大间距限制。在一些大型水池的设计中，已开始越来越多地采用掺加添加剂、增设加强带、后浇带的方法，以减少或取消伸缩缝。
　　掺加添加剂是为了增强混凝土的均匀密实性并消减混凝土自身结硬过程中的收缩变形。当混凝土的均匀密实性提高后，一旦混凝土因受力变形而开裂时，出现的裂缝较为细密，由此起到控制裂缝宽度的目的。目前被普遍采用的添加剂主要有两类：第一类是以膨胀剂和防水剂为主要成份的抗裂防水剂,它通过使混凝土膨胀，从而在钢筋内产生一定的预压应力，当混凝土收缩时起到补偿作用，同时其产生的晶体堵塞和切断毛细通道使混凝土密实。第二类是在混凝土中添加高强合成纤维，制成纤维混凝土，使混凝土的收缩能量被分散至大量高强钎维上，增强了混凝土的韧性，抑制了裂缝的发生和发展。