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1、结合工程实例对超长水池结构裂缝成因及其控制的探讨第28卷第1期2011年2月Feb.2011结合工程实例对超长水池结构裂缝成因及其控制的探讨纪政国赵晓飞(天津市市政工程设计研究院300051)(Ti删inMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,300051)摘要本文分析了大型混凝土蓄水构筑物裂缝产生的原因,从设计,施工及后期养护三个方面探讨了超长水池裂缝的防治和控制方法,为类似工程的设计和施工提供参考.关键词超长结构裂缝成因控制ABSTRACT:Theanalysisofthereasonsofcrackappearanceespecial
2、lyonlarge-sizeconcretestructurewascarriedoninthispaper.Preventionandcontrolmethodswerediscussedforthecracksonextream-longwaterpoolconcreteintermsofdesignphase,constructionimplementationandregularmaintenance.hmayofferrelatedreferencetosimilarprojects.KEYWORDS:Extream-longstructureCrackCauseControl引言随
3、着给水排水工程的发展以及各种给水厂和污水厂规模的扩大,混凝土蓄水构筑物的平面尺寸也越来越大.这些构筑物经常会在混凝土浇筑成型过程中及运转交付使用初期出现不同程度的开裂.对混凝土结构的裂缝控制是关系到结构能否满足正常使用的重要因素,而对这些裂缝,如果在设计,施工及养护中采取相应的控制措施,则是可以在一定程度上进行控制的.1工程实例1.1简介天津市某污水处理厂有氧化沟2座,单池长86.1m,宽51m,高5m,埋深1.91m,池体由内沟,中沟及外沟组成.池壁截面厚度为外壁400ram,内壁300ram,池体混凝土强度等级C30,抗渗等级S6,抗冻标号F150,钢筋等级采用HRB335级,地基承载力特
4、征值为120kPa.伸缩缝设计为长度方向3道,宽度方向1道.氧化沟平面见图1.1.2裂缝形成情况该氧化沟施工采用商品混凝土,施工季节一座为78月份,另一座为1011月份,昆凝土浇筑完毕后养护时间为7d.2个月后开始试水.试一54一水时发现每座氧化沟的4个90.圆弧段外池壁均有3,4处起白茧的竖向水印,从池壁顶开始至设计地面附近.根据后续运行总结的规律显示:一旦抽空水池检修后再放水,即池壁内侧从干到湿后外侧就会出现水印,随后发展为肉眼可见的裂缝,但大部分都不影响正常运行.只有1处裂缝发生渗水现象,经专业公司采用压力灌浆法处理后满足使用要求.该池直线段池壁的配筋与圆弧段相同,一直没有发生裂缝和渗水
5、现象.圆弧段池壁裂缝情况见图2和图3.外沟,覆中沟一,变形缝内沟一,0fJ/0ff内沟一4lCO中沟一,变形缝,变缝/l/外沟一/LOj!Q!J!图1氧化沟平面示意(nun)2水池产生裂缝的原因分析混凝土构筑物产生裂缝有多种原因,其中一些因素甚至相互影响.通常可分为荷载因素和非荷载因素.阻嗽UI删髑No.1掀1No.12011纪政国等:结合工程实例对超长水池结构裂缝成因及其控制的探讨2.1外荷载引起的裂缝分析在荷载作用分析时,设计方考虑了内有水外无土和内无水外有土两种工况.由于该池在长向有3道缝,宽向1道,使得直线段池壁在荷载作用下为单向板构件,圆弧段池壁两端设缝没有互相约束作用,池壁环向截面
6、并未处于轴心受拉或小偏心受拉状态,不呈现裂缝控制配筋.直线段及圆弧段竖向内侧按限制裂缝开展宽度0.2mm配筋,因此池壁裂缝不应呈现竖向.排除了由荷载作用引发的裂缝.一一图2外璧竖向水印图8外壁竖向裂缝2.2非荷载引起的裂缝分析1.温度和湿度的变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩的性质,其硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力.在后期的降温过程中,由于受到基础及内部混凝土等约束,又会在混凝土内部出现拉应力.气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝.长期处于水中养护的混凝土几乎不存在,对于有抗渗要求的混凝土,给水排水构筑物施工及
7、验收规范要求养护不少于14d,如养护不到位,时干时湿的表面干缩变形受到内部混凝土的约束,也往往会导致混凝土开裂.水池结构底板通常比较厚,且只有上表面和侧面外露,混凝土内部水分不容易散失;池壁板较薄,外露面积大,水分容易散失,经常会发生养护不到位的情况.本工程中该池养护时间仅为7d,长时间外露受温度变化及混凝土干缩变形极易产生裂缝.2.对超长结构处理不当引起的裂缝大型矩形构筑物的尺寸较大时,为了减少和避免裂缝的发生,给水排水工程构筑物结构设计规范规定伸缩缝的最大问距露天为20m,有保温措施或地下式构筑物为30m.补充说明中规定:当有经验时,在混凝土中掺人适量可靠的外加剂或设置后浇带后,其最大伸缩
8、缝间距可不受该条文限制.氧化沟圆弧段外池壁半径为25.5m,90.的圆弧段弧长为40m左右,为减小圆弧段超长带来的影响,设计文件中注明:底板池壁混凝土中必须内掺高效抗裂防水剂(复合型),同时具有减水,泵送,抗渗,抗裂和微膨胀补偿收缩功能,具体技术要求为:(1)14d水养限制膨胀率不小于0.03%;(2)细度<10%(0.08mm方孑L筛);(3)减水率不小于18%,应有保水,增塑性能;(4)除上述技术要求外,尚应同时满足JC4741999(砂浆,混凝土防水剂和JC4762001(混凝土膨胀剂标准要求.掺入比例由厂家试验确定.施工所用添加剂中有膨胀收缩补偿的功能,根据大量的工程实践表明,防
9、水工程的底板混凝土的限制膨胀率为0.015%0.025%,池壁的限制膨胀率为0.03%0.035%,后浇带的限制膨胀率为0.035%0.045%.因此不同的结构部位的抗裂要求不同,膨胀剂掺量也不同.本工程采用的是商品混凝土,施工单位对于混凝土外加剂的选择和掺量全权委托混凝土搅拌站处理.如果搅拌站疏于管理,有意无意少掺膨胀剂,使用没有膨胀性限制或者质量低劣的防水剂都有可能造成补偿收缩性能不足,也有可能造成混凝土开裂.3.施工过早脱模养护不当引起的裂缝由于模板周转原因,该氧化沟混凝土浇筑完毕2d后即开始拆除模板,并派专人用自来水管向池壁上洒水养护.由于池壁混凝土厚度较薄,浇筑完毕2d后抗拉强度还较
10、低,昼夜的温差变化易导致混凝土开裂,同时因为池壁混凝土表面垂直于地面,脱模后混凝土双表面很难蓄住水分而造成混凝土失水,人工浇水养护很难达到24h不间断和养护水分均匀地覆盖混凝土表面.因此养护作用也很有限,在晴天时混凝土表面很快就干了,这样的养护不当也很可能是产生裂缝的原因.一55特种结构2011年第1期3裂缝形成结论1.经过对设计计算的复核,计算模型合理,结构受力假设与实际情况相符,荷载取值正确,配筋满足要求,排除设计配筋不足的因素.2.池体产生的裂缝大部分为非贯通性裂缝,根据施工单位提供的满水试验阶段的8处水池沉降观测记录,各沉降观测点的高程,沉降量累计值和平均沉降量比较均匀,以及地基开挖时
11、的地质条件与勘察报告相符,可以排除不均匀沉降造成池体开裂的可能.3.根据回弹测试,裂缝附近的混凝土强度达到C30强度等级要求,排除了混凝土强度不足的因素.4.根据施工单位介绍,池体混凝土浇筑完毕2d后即脱模,养护7d后即停止养护,不符合给水排水构筑物施工及验收规范和混凝土结构工程施工质量验收规范规定的:对有抗渗要求的混凝土浇水养护时间不得少于14d和池壁脱模时间宜在5d后的要求,因此过早脱模和养护不够导致了裂缝的出现.5.水池施工完毕后应尽快按照给水排水构筑物施工及验收规范要求进行水池满水试验,然后进行基坑回填.在等待设备安装期间有条件的宜继续采取防止暴晒或保温养护,在构筑物内装水等措施,避免
12、温差过大产生裂缝.而施工单位在水池施工完毕2个月后才进行试水,长期不使用,其间又有越冬过程,季节温差较大,受温度变化及混凝土干缩而产生了裂缝,这是最容易忽略的问题.4控制混凝土开裂的措施大型混凝土结构出现裂缝是非常普遍的问题,产生裂缝的原因比较复杂,要避免和控制结构裂缝,就要从结构计算,构造要求,施工组织设计等方面采取综合措施,密切配合,混凝土开裂现象是可以避免的.4.1结构计算控制结构内力分析均应按照弹性体系计算,不考虑由非弹性变形所产生的塑性内力重分布;对构一56一件截面处于轴心受拉或小偏心受拉状态时应按照不出现裂缝控制,对构件界面处于受弯或大偏心受压,大偏心受拉状态时应按照限制裂缝宽度控
13、制.4.2构造要求控制混凝土的配筋对收缩值起一定作用,在构造上,钢筋布置细而密的原则可有效地分散混凝土内部的收缩应力,提高混凝土抗裂性能.设计时可把分布钢筋放在竖向钢筋的外侧,满足钢筋净保护层最小厚度的规定.配置的钢筋宜用变形钢筋,间距100150ram,全截面最小配筋率不宜小于0.4%.对超长结构应设置适应温度变化的伸缩缝;对敞口结构顶端设置加强筋.4.3施工控制施工单位应从以下六个方面做好工作,避免裂缝的产生.1.材料配置给水排水构筑物混凝土的水泥,严禁使用过期或受潮结块的水泥,同一构筑物应使用同品种同标号的水泥.粗骨料级配良好,其最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4,并不得大于40m
14、m,其含泥量不应大于1%,吸水率不应大于1.5%;细骨料应采用级配良好的粗砂,其含泥量不应大于3%;拌制混凝土所用的水应采用不含有害物质的洁净水.2.水泥用量及水灰比在保证混凝土强度和抗渗性能的情况下,尽量减少水泥用量,一般给排水构筑物的水泥用量不得小于300kg/m3,不宜大于380kg/m3.水灰比不应大于0.50,以减小混凝土硬化收缩.3.施工季节本工程的2座氧化沟分别在8月份和l1月份施工,夏季施工时应尽量避免高温天气,宜在气温较低或晚间浇筑混凝土,冬季施工时,混凝土浇筑后应立即用塑料薄膜和保温材料覆盖.4.混凝土的振捣在施工中应加强振捣管理,避免漏振和过振.每一振点的振捣连续时间,(下转第6o页)特种结构2011年第1期裂缝两边500mm宽范围内的墙体粉刷层敲掉,并清理干净,吹除缝内灰尘,使裂缝通道贯通无堵塞.用含有促凝剂的1:2水泥砂浆嵌缝,以避免灌浆时浆体外漏.再采用压力灌浆法对墙体灌浆,灌浆材料为纯水泥砂浆,灌浆加固后在该范围内挂150的双向钢筋网,再用600穿墙钢筋将墙两侧钢筋网连接牢固,最后对修补墙体粉刷30ram厚M10水泥砂浆.一图l1L6搁置靖墙体图12修补后综合楼墙面誊开并填泡沫板本工程墙面裂缝经上述方案处理后,效果较好,相关各方较为满意,事后一年内多次检查,原有裂缝未重复出现.5结论和建议1.裂缝控制需要建设主管,设计人员,材料供
