淺談鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)中的裂縫控制

1、<p>　　淺談鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)中的裂縫控制</p><p>　　摘 要：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域一個(gè)相當(dāng)普遍的問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題，而在水池的設(shè)計(jì)中，水池的抗?jié)B防裂性能對(duì)其正常使用及運(yùn)轉(zhuǎn)有著至關(guān)重要的作用，因此，必需重視裂縫的控制。水池產(chǎn)生裂縫的原因有很多，包括設(shè)計(jì)、施工、使用過(guò)程中等諸多因素。本文主要探討在水池裂縫形成原因以及在實(shí)際工程中如何加以避免。 </p><p>　　

2、關(guān)鍵詞：裂縫；水池設(shè)計(jì)；控制 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TV543+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　一、水池裂縫的成因 </p><p>　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在受力時(shí)，只有產(chǎn)生一定量的形變，才能發(fā)揮鋼筋的作用?；炷恋氖芾巫兺殡S著裂縫的產(chǎn)生，當(dāng)裂縫寬度控制在不影響結(jié)構(gòu)件的受力性能、使用性和耐久性時(shí)，這些裂縫是正常的結(jié)構(gòu)裂縫，無(wú)須處理；而過(guò)大寬

3、度的裂縫，就會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的安全、適用和耐久性，這種裂縫可稱(chēng)為破壞性裂縫。破壞性裂縫一旦出現(xiàn)，必須進(jìn)行相應(yīng)的處理。針對(duì)水池結(jié)構(gòu)的防滲漏的功能要求，有關(guān)鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)的規(guī)范、規(guī)程的對(duì)裂縫控制有具體的規(guī)定。為了在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中做好裂縫控制工作，有必要先對(duì)水池中易發(fā)生破壞性裂縫的各種情況作一了解。 </p><p>　　混凝土裂縫的表現(xiàn)形態(tài)各式各樣，工程意義也各不相同，按照裂縫的形成原因劃分主要概括為如下兩種，一是荷

4、載作用引起的裂縫，二是混凝土收縮和溫差變形引起的裂縫。 </p><p>　　1、荷載作用引起的裂縫 </p><p>　　當(dāng)結(jié)構(gòu)在外部荷載（各種恒、活載；水、土壓力；地基反力等）作用下，因受力性能不足，產(chǎn)生了過(guò)大變形，使裂縫發(fā)生并發(fā)展為破壞性裂縫。這種由荷載作用造成的裂縫的產(chǎn)生，主要是由于設(shè)計(jì)時(shí)采用的基礎(chǔ)資料有誤或是設(shè)計(jì)中考慮不周、計(jì)算疏忽等失誤造成。 </p><p

5、>　　對(duì)水池結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，荷載偏差一般容易由下列因素造成：水池在各種工況下的水位變化、空滿情況、地質(zhì)資料、水溫及氣溫等各種環(huán)境參數(shù)等的基礎(chǔ)資料有誤或設(shè)計(jì)中遺漏某種極端工況；結(jié)構(gòu)建模有缺陷，造成內(nèi)力計(jì)算值與實(shí)際受力狀況有較大偏差；設(shè)計(jì)中對(duì)一些內(nèi)力和變形控制點(diǎn)、應(yīng)力集中點(diǎn)把握不準(zhǔn)，或忽視次要構(gòu)件對(duì)內(nèi)力分配的影響；計(jì)算不細(xì)致或漏算等。 </p><p>　　2、混凝土收縮和溫濕差變形引起的裂縫 </p>

6、<p>　　混凝土在其硬化期間放出的大量水化熱，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度不斷上升，以致在結(jié)構(gòu)表面引起拉應(yīng)力；在其后期的降溫收縮過(guò)程中，又由于受到支座及周邊混凝土的約束而在混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，水池結(jié)構(gòu)中的混凝土早期收縮裂縫主要出現(xiàn)在裸露表面，混凝土硬化后的收縮裂縫出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)件的中部附近較多。 </p><p>　　由于環(huán)境溫度的變化，會(huì)使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生熱脹冷縮，這種由氣候變化產(chǎn)生的溫差，在水池

7、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中稱(chēng)為中面季節(jié)溫差。而混凝土結(jié)構(gòu)溫度分布不均，也會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。影響混凝土結(jié)構(gòu)溫度分布的外部因素包括接觸媒介的溫度、風(fēng)速和結(jié)構(gòu)方位朝向。內(nèi)部因素主要有混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)、水化熱、結(jié)構(gòu)形狀、是否有鋪裝層、結(jié)構(gòu)表面顏色等。此類(lèi)造成混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的原因，在水池設(shè)計(jì)中一般表現(xiàn)為壁面溫（濕）差，這種壁面溫（濕）差應(yīng)作為一種荷載作用，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)裂縫驗(yàn)算。 </p><p>　　二、水池設(shè)計(jì)

8、中的裂縫控制 </p><p>　　1、荷載作用裂縫的控制 </p><p>　　荷載作用裂縫的控制，就是要求在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)池體各部位可能產(chǎn)生最大拉應(yīng)力的截面進(jìn)行計(jì)算分析，使之滿足裂縫控制的要求。要避免此類(lèi)裂縫，首先應(yīng)在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料的收集使用中做到完整、準(zhǔn)確。這是因?yàn)椋旱叵滤缓屯翆忧闆r的不同，會(huì)使埋地式水池的設(shè)計(jì)水土壓力產(chǎn)生很大變化；基礎(chǔ)持力層的不同可能直接影響基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式和池體沉

9、降變形情況；水池在試水、調(diào)試、運(yùn)行、檢修等各種狀態(tài)下的荷載作用，則關(guān)系到內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)確性；氣象資料及池內(nèi)水溫情況，決定了溫（濕）度應(yīng)力計(jì)算的可靠性。 </p><p>　　在掌握了全面可靠的荷載作用基礎(chǔ)資料后，就需要對(duì)池體結(jié)構(gòu)建立正確的計(jì)算模型和選擇合理的荷載組合，以確保其內(nèi)力及變形的計(jì)算值與水池的實(shí)際工作情況一致。一般而言，此設(shè)計(jì)階段的主要問(wèn)題如下： </p><p>　　（1）基礎(chǔ)梁、

10、板計(jì)算時(shí)采用的地基假定是否合理。目前計(jì)算水池地基反力的三種假定[ 4]（地基反力直線分布假定、文克爾假定、半無(wú)限彈性體假定）的計(jì)算結(jié)果出入較大，所以應(yīng)根據(jù)各假定的適用條件，采用與實(shí)際情況最為接近的理論進(jìn)行計(jì)算。 </p><p>　?。?）支座假定是否合理。池體頂板、壁板、底板連接部位的支承條件決定了各構(gòu)件的支座假定，采用合理的支座假定才能據(jù)此計(jì)算出正確的內(nèi)力分布。 </p><p>　　

11、（3）荷載最不利組合是否選擇正確。一般比較容易疏漏的是施工、試水、檢修階段的荷載組合。 </p><p>　?。?）極端溫（濕）差出現(xiàn)的部位及取值是否有誤等。 </p><p>　　具體設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)首先根據(jù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行初步的荷載和內(nèi)力計(jì)算。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析來(lái)進(jìn)一步調(diào)整結(jié)構(gòu)受力體系，盡量使池體結(jié)構(gòu)的各部位都能做到結(jié)構(gòu)合理、受力明確、經(jīng)濟(jì)可靠。然后對(duì)整體結(jié)構(gòu)所有結(jié)構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)計(jì)算，

12、得到在各個(gè)起控制作用的工況下各控制斷面的內(nèi)力設(shè)計(jì)控制值。在接下來(lái)的截面配筋設(shè)計(jì)中，應(yīng)區(qū)分各構(gòu)件是否需進(jìn)行裂縫控制設(shè)計(jì)，若需進(jìn)行裂縫控制設(shè)計(jì)，則應(yīng)根據(jù)其受力性質(zhì)分別進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算或裂縫開(kāi)展寬度驗(yàn)算。通過(guò)調(diào)整配筋率、鋼筋規(guī)格、混凝土標(biāo)號(hào)或構(gòu)件截面尺寸，來(lái)達(dá)到裂縫控制。另外，在設(shè)計(jì)中應(yīng)包含溫（濕）差應(yīng)力的內(nèi)容[3]。壁面溫（濕）差應(yīng)力的計(jì)算較為簡(jiǎn)單，應(yīng)在內(nèi)力計(jì)算時(shí)將其加入可變荷載作用組合。中面季節(jié)溫差應(yīng)力一般通過(guò)設(shè)伸縮縫等構(gòu)造措施解決，在滿足

13、構(gòu)造要求后不加入荷載組合。 </p><p>　　2混凝土收縮和溫濕差造成裂縫的控制 </p><p>　　此類(lèi)裂縫的控制首先應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定，嚴(yán)格掌握混凝土配比及其用料的品種規(guī)格和級(jí)配，同時(shí)對(duì)混凝土灌筑和養(yǎng)護(hù)提出設(shè)計(jì)要求。另外，對(duì)大型水池可采取設(shè)伸縮縫、摻添加劑和設(shè)加強(qiáng)帶、后澆帶等措施。 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池在基底為土基時(shí)，應(yīng)每

14、隔20m(地面式)或30m（地下式或有保溫措施）設(shè)一道伸縮縫，當(dāng)為巖基時(shí)減為15m和20m，當(dāng)為裝配整體式時(shí)可加長(zhǎng)5~10m。按此構(gòu)造，一般能解除中面季節(jié)溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力并消減混凝土收縮的影響。 </p><p>　　伸縮縫的設(shè)置將水池結(jié)構(gòu)完全切斷，然而在具體設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)由于池形及池內(nèi)分隔復(fù)雜而難以做到，從而采用完全或不完全收縮縫來(lái)替代。這樣做實(shí)現(xiàn)了伸縮縫的部分功能，在實(shí)際應(yīng)用中一般也是有效的，但對(duì)于混凝土在

15、溫度作用下的伸展問(wèn)題并未解決，而這有可能造成混凝土局部壓碎的現(xiàn)象。因此，采用收縮縫除了在構(gòu)造上應(yīng)將表面開(kāi)槽嵌填密封膠外，更重要的是設(shè)縫位置應(yīng)盡量避開(kāi)構(gòu)件的主要受壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。 </p><p>　　很多水池在設(shè)計(jì)中采用了后澆帶，規(guī)范也允許在設(shè)置后澆帶后加大伸縮縫最大間距。實(shí)際上，純粹從后澆帶的意義上理解，其作用是相當(dāng)有限的，因?yàn)楹鬂矌е荒芙鉀Q混凝土初期收縮的應(yīng)力和變形問(wèn)題，而無(wú)法解決混凝土后期收縮應(yīng)力和中面季

16、節(jié)溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。但是,后澆帶兩側(cè)為貫通池體的施工縫，且其中設(shè)有止水帶，實(shí)際上也可看作是設(shè)了兩條構(gòu)造不完整的不完全收縮縫。因此，即使經(jīng)驗(yàn)證明后澆帶能取代伸縮縫，也不說(shuō)明是因?yàn)楹鬂矌鸬淖饔茫且蚝鬂矌У脑O(shè)置而形成了收縮縫。后澆帶更適用于替代沉降縫，對(duì)于伸縮縫或引發(fā)縫（完全或不完全收縮縫），設(shè)計(jì)可直接設(shè)一條縫即可，不必設(shè)成兩條。 </p><p><b>　　三、結(jié)論 </b></

17、p><p>　　水池設(shè)計(jì)中的裂縫控制貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，從基礎(chǔ)資料的收集，到結(jié)構(gòu)受力體系的選取、準(zhǔn)確細(xì)致的分析計(jì)算、全面可靠的結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施，直至最后的復(fù)核出圖，對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)全過(guò)程的裂縫控制都非常重要。同時(shí)，設(shè)計(jì)中也要對(duì)材料的使用和水池的施工養(yǎng)護(hù)提出明確要求，以避免由此引發(fā)裂縫。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡可能多地考慮到裂縫可能產(chǎn)生的因素，并通過(guò)各種措施消除隱患，才能最大限度地避免水池產(chǎn)生破壞性的裂縫。保證水池結(jié)構(gòu)的安全性和耐