汪 菱張弘強(qiáng) 中石油東北煉化工程公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林132002

在現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域中，隨著污水處理廠、凈水廠及其它相關(guān)的配套設(shè)施的建造，各種形式的鋼筋混凝土水池已成為一種應(yīng)用極為廣泛的構(gòu)筑物。由于變形、沉降等各種原因引起的池體混凝土結(jié)構(gòu)(包括池頂板、池壁板、池底板)裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生也有日趨增多的趨勢(shì)。裂縫的出現(xiàn)不僅僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化、降低材料的耐久性，影響水池的正常使用。因此避免裂縫的發(fā)生及裂縫產(chǎn)生后事故分析與處理也成為設(shè)計(jì)人員經(jīng)常探討研究的新課題，并成為一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難題。

1 工程概況

在某新建污水處理廠工程中，調(diào)節(jié)池的長(zhǎng)、寬、高分別為40.5m、55m、5.65m;池壁厚0.45m，為無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，池外壁豎向筋:Φ20@200，水平筋:Φ14@225;池內(nèi)壁豎向筋:Φ20@200，水平筋:Φ14@225，混凝土為C40，抗凍等級(jí)F200，抗?jié)B等級(jí)S8。按照國(guó)家建筑材料測(cè)試中心所出配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攪拌，地泵運(yùn)輸、吊車配合進(jìn)行澆筑。混凝土澆筑時(shí)間為2011年11月11日至13日，澆筑期間天氣溫度最高為8度，最低為負(fù)14度，從19日開始拆模，25日拆模結(jié)束，施工期間溫度統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 調(diào)節(jié)池施工期間溫度統(tǒng)計(jì)表

按照施工方案，池壁拆模后應(yīng)立即覆蓋苫布，苫布內(nèi)通蒸汽盤管進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，但是由于種種原因，直到2012年1月12日才初步達(dá)到方案中的養(yǎng)護(hù)條件。

拆模后的拆模檢查過(guò)程中沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，在2012年1月8日下午檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)池壁有不同程度、數(shù)量的裂縫出現(xiàn)，開裂方向?yàn)樨Q向裂紋居多，個(gè)別為斜裂紋。裂縫長(zhǎng)度不等，最長(zhǎng)的沿池高度方向貫通，裂紋寬度0.2～0.9mm，形狀不規(guī)則，互不連貫，池內(nèi)外兩側(cè)均存在，裂縫圖片見圖1。

圖1 調(diào)節(jié)池池壁裂縫圖

2 裂縫原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程檢驗(yàn)記錄，經(jīng)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等單位反復(fù)研究分析，確認(rèn)裂縫的形成有下列因素:

(1)混凝土剛澆注完畢，還沒來(lái)得及完成水化，就遭受低溫凍結(jié)導(dǎo)致混凝土初凝受凍;或混凝土初凝后遭遇低溫緩慢受凍。混凝土遭受－4℃以下的初凝溫度就會(huì)引起混凝土凍害。受凍害的混凝土強(qiáng)度顯著降低，一般來(lái)說(shuō)28天抗壓強(qiáng)度降低45%左右，抗拉強(qiáng)度降低70%左右?；炷潦軆龊鬁囟葢?yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，易出現(xiàn)裂縫。

(2)冬季施工拆模時(shí)間對(duì)混凝土抗裂性很重要?；炷恋牟鹉r(shí)間不應(yīng)低于30天，否則混凝土過(guò)早被裸露、風(fēng)吹、日曬從而形成脫水現(xiàn)象。水分過(guò)早的蒸發(fā)會(huì)使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，缺乏足夠的粘結(jié)力，還會(huì)產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂縫。根據(jù)施工記錄，本工程拆模時(shí)間過(guò)早，是導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫的一個(gè)原因。

(3)冬季施工的保溫養(yǎng)護(hù)措施尤其重要，保溫可減小溫差并提高混凝土的抗拉能力，拆模后應(yīng)立即采取保溫措施。溫度應(yīng)力是溫差引起變形造成的。溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大?；炷琉B(yǎng)護(hù)過(guò)程中內(nèi)部的最高溫度可達(dá)60～65℃，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。本工程池壁混凝土在冬季施工過(guò)程中，環(huán)境溫度不穩(wěn)定，晝夜溫差大?；炷翝仓竺刻鞙囟茸兓埠艽?，高、低溫差達(dá)到35℃。拆模后又未及時(shí)采取任何保溫措施，疏于養(yǎng)護(hù)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，溫差應(yīng)力大，混凝土的抗拉強(qiáng)度降低，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫，再與溫度應(yīng)力疊加，使裂縫在池壁上進(jìn)一步發(fā)展，甚至成為貫穿裂縫。

(4)本水池為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，以往設(shè)計(jì)這種超長(zhǎng)的水池如采用設(shè)置后澆帶及在混凝土中添加膨脹劑，也出現(xiàn)了不同程度的裂縫，本次設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，目的就是為了有效控制裂縫，避免出現(xiàn)裂縫。但是本項(xiàng)目由于是在冬季施工，池壁混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，短期內(nèi)一直無(wú)法具備預(yù)應(yīng)力筋張拉條件，混凝土抗拉強(qiáng)度小于溫度作用引起的拉應(yīng)力是造成池壁開裂的另一個(gè)原因。

(5)池壁混凝土為現(xiàn)場(chǎng)攪拌，地泵泵送，混凝土攪拌過(guò)程中有水灰比過(guò)大現(xiàn)象，坍落度難以控制，這樣在澆筑后期，失水收縮量較大，對(duì)池壁產(chǎn)生拉應(yīng)力，也會(huì)使池壁開裂。

(6)由于是冬季施工，即使添加了防凍劑，拆模后，室外溫度低，水化反應(yīng)已經(jīng)很慢，混凝土內(nèi)部不可避免會(huì)存在多余游離水，受凍體積增加，對(duì)混凝土表面會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成表面開裂，在其他應(yīng)力的疊加下也會(huì)產(chǎn)生不同長(zhǎng)度裂縫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)貫通裂縫。

3 裂縫性質(zhì)的判定

(1)混凝土在施工時(shí)添加了－10度NZY－AF聚羧酸減水劑(防凍型)，摻量:2%，由于在調(diào)節(jié)池澆筑時(shí)氣溫有所下降，采用了－15度NZYAF聚羧酸減水劑(防凍型)。在池壁澆筑后馬上在池壁上部進(jìn)行了保溫覆蓋，事故池在澆筑后的第12天，即2012年11月17日檢測(cè)了同條件試塊的強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到50%;并且從拆模后的外觀檢查時(shí)也沒有混凝土初期受凍的跡象，所以在提高養(yǎng)護(hù)溫度后，混凝土的強(qiáng)度會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，如果達(dá)到張拉所需強(qiáng)度進(jìn)行張拉后，目前發(fā)現(xiàn)的裂縫不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，為可修復(fù)裂縫。

(2)在強(qiáng)度不受影響的情況下，如不處理，在水壓試驗(yàn)時(shí)，部分裂縫勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生滲漏，會(huì)對(duì)水池的使用功能產(chǎn)生影響，因此需對(duì)裂縫，尤其是0.2 mm以上的裂縫進(jìn)行認(rèn)真修復(fù)，消除對(duì)水池使用功能的影響，保證水池滲漏指標(biāo)達(dá)到規(guī)范規(guī)定。

4 裂縫處理方法

(1)對(duì)裂縫類型、寬度和長(zhǎng)度做好標(biāo)記，觀測(cè)并記錄裂縫發(fā)展情況，同時(shí)加強(qiáng)池壁保溫養(yǎng)護(hù)措施，盡量使溫度應(yīng)力的影響降至最低。

(2)混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后應(yīng)對(duì)池壁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)前應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行檢查，根據(jù)觀測(cè)記錄確認(rèn)裂縫是否有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，如果有發(fā)展趨勢(shì)要重新確認(rèn)一下裂縫成因并預(yù)判斷可能產(chǎn)生的最大裂縫，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修補(bǔ)。裂縫修補(bǔ)分為兩種類型，一種是寬度大于0.3 mm的裂縫，應(yīng)采用化學(xué)灌漿法?；瘜W(xué)灌漿法沿裂縫鑿去薄弱部分，并用水沖洗干凈，注射前應(yīng)用電吹風(fēng)吹干裂縫。灌漿材料可采用環(huán)氧樹脂漿液(以環(huán)氧樹脂為主，加入固化劑、稀釋劑、促凝劑等配制而成)。灌漿壓力初選4～5 Kg/cm2，灌漿壓力由低到高，當(dāng)壓力驟升而停止吸漿時(shí)，即可停止灌漿。另一種是寬度小于0.3 mm的裂縫，如果深度未達(dá)到鋼筋表面，不漏水以及不再發(fā)展的裂縫，裂縫表面清理干凈，用水泥漿刮抹即可。如果裂縫已達(dá)到鋼筋表面或有可能漏水，沿裂縫鑿去薄弱部分，同樣采取前一種方法修補(bǔ)。

(3)使池壁混凝土強(qiáng)度盡快達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以便進(jìn)行張拉，控制裂紋的發(fā)展。預(yù)應(yīng)力鋼筋可改善鋼筋混凝土水池在混凝土收縮、承壓及溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫，效果非常明顯。

(4)在以上工作均結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行注水試驗(yàn)。注水試驗(yàn)期間應(yīng)密切觀察裂縫是否有滲水現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象應(yīng)做好記錄，排水后重新進(jìn)行裂縫處理。

5 效果驗(yàn)證

采用上述措施施工后，經(jīng)建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等單位共同驗(yàn)收，調(diào)節(jié)池未發(fā)現(xiàn)滲漏與裂縫，處理效果良好。

6 設(shè)計(jì)和施工中注意事項(xiàng)

裂縫控制是鋼筋混凝土水池建造過(guò)程中較為敏感的問(wèn)題，尤其是寒冷地區(qū)的水池，在施工與使用過(guò)程中普遍存在溫差大、冬季溫度偏低等現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中應(yīng)采取適當(dāng)措施避免裂縫產(chǎn)生。

6.1 設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采取的控制裂縫的措施。

(1)水池設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)最大作用水頭與池壁(或底板)厚度的比值，確定水池混凝土抗?jié)B等級(jí)。另外水池計(jì)算時(shí)應(yīng)進(jìn)行裂縫控制驗(yàn)算。對(duì)于內(nèi)部介質(zhì)無(wú)腐蝕性的水池，裂縫應(yīng)控制在0.2 mm，對(duì)于內(nèi)部介質(zhì)有腐蝕性的水池，根據(jù)腐蝕性等級(jí)裂縫應(yīng)分別控制在0.15～0.2 mm。

(2)在配筋構(gòu)造上應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距的鋼筋。針對(duì)寒冷地區(qū)水池配筋時(shí)水平鋼筋間距不應(yīng)超過(guò)100 mm。建于寒冷地區(qū)的地面式、架空式或半地下式水池的池壁及頂板宜設(shè)置外保溫措施。平均氣溫低于－5℃時(shí)，尚應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁卮_定混凝土抗凍等級(jí)。

(3)水池宜在池壁頂、池壁轉(zhuǎn)角及池壁與底板相交處設(shè)置暗梁或暗柱，并在池壁與底板相交處、池壁轉(zhuǎn)角處設(shè)置加腋角，以增大轉(zhuǎn)角剛度，分散池角應(yīng)力，防止出現(xiàn)邊緣效應(yīng)引起的裂縫。

(4)為減少水化熱，混凝土中應(yīng)適當(dāng)摻入粉煤灰。體型較大的水池應(yīng)在混凝土中適當(dāng)加入外加劑以控制混凝土的線性膨脹率?；炷恋淖畲笏冶炔粦?yīng)大于0.5。

6.2 施工

在施工過(guò)程中應(yīng)采取的控制裂縫的措施:

(1)一般情況，水池的壁板、隔板、中間柱允許留水平向施工縫，下部宜留在底板以上200 mm處或腋角頂部，上部宜留在現(xiàn)澆板底底面以下200 mm處或柱帽下部，壁板下部施工縫處應(yīng)設(shè)止水帶等。

(2)盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等;水泥用量盡量控制在450 kg/m3以下;改善骨料級(jí)配，在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。

(3)加強(qiáng)混凝土的振搗，尤其是池壁轉(zhuǎn)角、池壁與底板相交處，提高密實(shí)度。

(4)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)覆蓋并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土表面保持適宜的溫、濕度條件。在寒冷季節(jié)，混凝土表面尚應(yīng)加強(qiáng)設(shè)置保溫措施，以防止混凝土凍脹開裂。

7 結(jié)語(yǔ)

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低水池的抗?jié)B能力，影響水池的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕。通過(guò)對(duì)本工程水池裂縫的處理，可知出現(xiàn)裂縫時(shí)可采取一定的設(shè)計(jì)和施工措施來(lái)克服和控制，這是每一個(gè)施工工程都應(yīng)該加強(qiáng)研究和及時(shí)預(yù)防的。因此，嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理，是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ)。在施工管理過(guò)程中，加強(qiáng)施工管理，防止裂縫的出現(xiàn)，確保工程質(zhì)量。

1 GB 50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

2 CECS 138:2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 ［S］.

3 GB 50069－2002，給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

4 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

5 沈世杰等.給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.