李遠建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，全社會對環(huán)境的保護意識日益加強，污水處理廠的建設要求也逐步提高。由于建設用地緊張，現(xiàn)在污水處理工藝正逐步將原來分開的單體組合成一個整體，以節(jié)約用地。組合式污水處理池的出現(xiàn)大大增加了單體平面長度。根據(jù)《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）、《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構設計規(guī)程》（CECS 138—2002）等設計規(guī)范對伸縮縫設置的規(guī)定，已遠遠不能滿足要求。這將對結(jié)構設計帶來新的難題和要求，現(xiàn)在出現(xiàn)超長鋼筋混凝土水池是一種趨勢。同時，污水處理水池對裂縫控制也非常嚴格，因此有必要對超長鋼筋混凝土水池的結(jié)構設計做一總結(jié)，以滿足日益復雜的污水處理池的需要。

1 工程概況

該工程根本工程為常熟市城西污水處理廠二期擴建工程，其中二級處理采用多點進水倒置式A2/O工藝，三級處理采用混凝沉淀過濾工藝，出水采用二氧化氯消毒。該工程已建規(guī)模3.0萬m3/d，此次擴建規(guī)模3.0萬m3/d，總規(guī)模9.0萬m3/d，變化系數(shù)為1.34，主體構筑物分兩組設計，每組1.5萬m3/d。根據(jù)場地實際情況，工藝設計了組合式C-A2O平面布置及功能分區(qū)。平面總尺寸為70 m×93 m；總高度6.80 m，地面以上5.0 m，地下1.8 m（底板頂面高度）。該組合池基本應按地上構筑物要求設置伸縮縫。按《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》（GB 50010—2010）、《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構設計規(guī)程》（CECS 138—2002）的要求，外露結(jié)構鋼筋混凝土伸縮縫最大距離為20 m。這將給整個工藝流程和防水措施等帶來較大的不利影響。經(jīng)過對平面布置的分析和工藝專業(yè)的協(xié)商，結(jié)合以往的設計經(jīng)驗，最終結(jié)構采取在長度方向設置兩條永久伸縮縫將整個組合生化池分為三部分：A區(qū)24 m×70 m；B區(qū)27 m×70 m；C區(qū)42 m×70 m；寬度70 m方向設置兩道后澆帶（見圖1）。其中，C區(qū)池頂部因工藝需要為鋼筋混凝土板頂蓋。該工程結(jié)構設計時重點對C區(qū)的鋼筋混凝土池體，頂部梁、板等整體結(jié)構溫度應力進行計算。

圖1 伸縮縫、后澆帶布置圖（單位：mm）

在C區(qū)結(jié)構設計中采用PMSAP軟件對原結(jié)構在考慮溫度變化和混凝土收縮工況下的結(jié)構影響進行計算復核，計算參數(shù)采用如下：混凝土彈性模量E=3.0×104MPa，線膨脹系數(shù)1.0×10-5；構件剛度的折減系數(shù)0.85（未考慮裂縫對剛度的影響）；計算溫差取升溫30℃，降溫30℃；收縮當量溫差31℃；松弛系數(shù)0.3；溫度分項系數(shù)1.2；組合系數(shù)0.8；樓板定義為彈性膜。定性對相關部位采取加強措施。如在溫差作用下，變形不動點在框架的中點，不動點左右兩側(cè)的內(nèi)力、變形基本對稱，墻體交接處溫度應力集中等。

2 結(jié)構設計措施

根據(jù)工程實際情況，結(jié)合結(jié)構形式，并分析了計算結(jié)果，采取“抗放結(jié)合”的裂縫控制原則。具體如下：

（1）通過設置兩道1 m寬后澆帶，每個單元劃分成三個施工區(qū)，后澆帶C35比原標號高一級，為UEA膨脹混凝土。膨脹混凝土的限制膨脹率（14 d）應在1.5×10-4～3.0×10-4，應在澆筑地點進行收縮率檢測。為了提高混凝土的抗裂性能，施工中對外墻體摻一定比例的抗裂纖維。同時要求施工單位制定詳細的大體積施工技術措施，并應嚴格執(zhí)行。后澆帶寬1 m，最大間距約為37 m。后澆帶施工應在主體結(jié)構混凝土澆筑兩個月后方可進行。后澆帶范圍內(nèi)墻體、框架梁的鋼筋不切斷，次梁和板的鋼筋斷開搭接。

（2）鋼筋混凝土池體、鋼筋混凝土框架梁柱、池頂鋼筋混凝土等均根據(jù)溫度應力計算結(jié)果進行加強抗拉構造鋼筋配置，對長度方向次梁、池頂鋼筋混凝土板及鋼筋混凝土池壁水平筋也加強配置了一定的縱向受拉鋼筋。采用小直徑、小間距的原則。該工程不大于150 mm。配筋要求：長度方向框架梁四角的主筋及全部腰筋采用焊接接頭連接，并應符合規(guī)范要求；次梁四角主筋及樓板縱向上下鋼筋采用綁扎的搭接接頭，也應符合規(guī)范要求。

3 結(jié)構施工措施

該工程設計中根據(jù)相關參考資料對施工經(jīng)驗的總結(jié)及以往工程的經(jīng)驗，對施工措施提出了以下幾點要求：

（1）混凝土的配置。砂應采用良好級配的細度模數(shù)在2.3～3.0的中河砂，石子應采用5～31.5 mm連續(xù)級配碎石?？刂剖雍蜕暗暮嗔糠謩e不超過1%和3%，砂云母含量不大于1%，否則將降低混凝土強度，還會增加拌和水量，加大混凝土的干縮以及降低抗?jié)B性和抗凍性[1]。

（2）應加強混凝土的振搗及養(yǎng)護，在設計說明中應特別強調(diào)混凝土養(yǎng)護應嚴格按照混凝土施工規(guī)范進行。在混凝土終凝后及時加膜覆蓋和澆水養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤[1]。

（3）該工程應采用滿足《混凝土膨脹劑》（GB/T 23439—2009）中Ⅰ型要求的限制膨脹率大于2.5×10-4、質(zhì)量穩(wěn)定的膨脹劑。膨脹劑應符合《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》（GB 50119—2013）的要求。減水劑應滿足《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）的要求[1]。為了進一步降低混凝土的收縮，該工程應采用收縮率低的新一代聚羧酸系高性能減水劑[2]?！堆a償收縮混凝土應用技術規(guī)程》（JGJ/T 178—2009）中規(guī)定平板結(jié)構補償收縮混凝土限制膨脹率不小于5×10-4，梁墻體結(jié)構不小于2.0×10-4；根據(jù)實際工程情況，為保證工程質(zhì)量及開裂風險最小化，梁板施工區(qū)各部位限制膨脹率不小于2.0×10-4；基于設計原則、強度等級、混凝土限制膨脹率及環(huán)境條件，要求混凝土配合比方案中后澆帶使用的填充用微膨脹混凝土的設計強度等級應比兩側(cè)混凝土提高一個強度等級。水膠比應控制在0.55以下。

（4）摻合料。粉煤灰摻量不宜大于20%。礦粉摻量不宜超過膠凝材料用量的50%。同時粉煤灰和礦渣粉摻合料總量不宜超過膠凝材料用量的50%。

（5）運至澆筑地點的混凝土塌落度應盡量采用較小的混凝土塌落度（在滿足施工要求的條件下）?；炷翗嫾玫幕炷了涠纫诵∮?20 mm。

（6）用水量不大于170 kg/m3。

4 超長混凝土結(jié)構施工質(zhì)量保證措施

（1）超長結(jié)構設計關鍵在施工技術措施上，要求該混凝土配合比準確、攪拌均勻。

（2）混凝土澆筑時,后澆帶的兩側(cè)需用密孔鐵絲網(wǎng)攔隔，以防非收縮混凝土混入后澆帶，以免影響設置效果；同時嚴禁混凝土散落在尚未澆筑的部位，以免形成潛在的冷縫或薄弱點。另外在混凝土澆筑、振搗過程中應掌握時間，在接近混凝土臨界振搗時間前進行二次振搗、二次壓抹，使混凝土中的成分重新組合，排除混凝土中的孔隙和多余水分，使混凝土更加密實，以達到減少混凝土收縮裂縫的目的[2]。

（3）后澆帶澆筑前，應將先期澆筑的混凝土表面按施工縫的要求清理干凈、充分濕潤，尤其是外貼式橡膠止水帶表面必須清理干凈。

（4）混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升不宜大于50℃，混凝土的里表溫差不宜大于25℃，養(yǎng)護時間不應少于14 d，拆模時澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。夏季炎熱時，混凝土入模溫度宜控制在30℃以下；冬季嚴寒天氣時，混凝土入模溫度宜控制在5℃以上。

5 結(jié) 語

（1）混凝土的結(jié)構裂縫在最冷季節(jié)和最熱季節(jié)施工時最容易出現(xiàn)，因此合理安排施工周期非常關鍵，特別是后澆帶的閉合時間應盡量符合設計要求。

（2）改善施工措施，重視養(yǎng)護，嚴格控制混凝土的內(nèi)外溫差，改善混凝土性能，配置溫度鋼筋提高混凝土的抗裂性。建議外池壁中增加一定比例的抗裂纖維。

（3）“計算溫度應力＋設置后澆帶”的做法具有以下優(yōu)點：增強了混凝土結(jié)構的整體性；有效提高了混凝土的抗裂性。

（4）外露的池壁及池頂梁板等建議采取措施保溫砂漿粉刷。減小結(jié)構構件受外部溫度變化的影響。

（5）溫度應力的計算目前是一個較難定量的問題，設計中的溫度應力計算結(jié)果與工程實際有較大差距的主要原因如下：

a.應力松弛系數(shù)的取值與實際不符。

b.計算溫度應力時需將樓板定義為彈性膜，未考慮樓板與梁整體作用。

c.未考慮后澆帶影響等，這是今后需要研究的方向。

d.對超長方向邊框架梁及池壁、板等構件加強抗拉鋼筋配置。

通過“計算溫度應力+設置后澆帶”及制定嚴格的施工技術措施等，適當超過規(guī)范設置伸縮縫是可能的。目前常熟城西污水處理廠改擴建工程——組合式C-A2O污水池單體已投入使用四年多，未發(fā)現(xiàn)明顯問題。