寒冷地区水池施工中裂缝分析及处理

汪 菱张弘强 中石油东北炼化工程公司吉林设计院 吉林132002

在现代工业与民用建筑领域中，随着污水处理厂、净水厂及其它相关的配套设施的建造，各种形式的钢筋混凝土水池已成为一种应用极为广泛的构筑物。由于变形、沉降等各种原因引起的池体混凝土结构(包括池顶板、池壁板、池底板)裂缝现象的产生也有日趋增多的趋势。裂缝的出现不仅仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化、降低材料的耐久性，影响水池的正常使用。因此避免裂缝的发生及裂缝产生后事故分析与处理也成为设计人员经常探讨研究的新课题，并成为一个迫切需要解决的技术难题。

1 工程概况

在某新建污水处理厂工程中，调节池的长、宽、高分别为40.5m、55m、5.65m;池壁厚0.45m，为无粘结预应力混凝土结构，池外壁竖向筋:Φ20@200，水平筋:Φ14@225;池内壁竖向筋:Φ20@200，水平筋:Φ14@225，混凝土为C40，抗冻等级F200，抗渗等级S8。按照国家建筑材料测试中心所出配合比进行现场搅拌，地泵运输、吊车配合进行浇筑。混凝土浇筑时间为2011年11月11日至13日，浇筑期间天气温度最高为8度，最低为负14度，从19日开始拆模，25日拆模结束，施工期间温度统计见表1。

表1 调节池施工期间温度统计表

按照施工方案，池壁拆模后应立即覆盖苫布，苫布内通蒸汽盘管进行养护，但是由于种种原因，直到2012年1月12日才初步达到方案中的养护条件。

拆模后的拆模检查过程中没有发现裂缝，在2012年1月8日下午检查过程中发现池壁有不同程度、数量的裂缝出现，开裂方向为竖向裂纹居多，个别为斜裂纹。裂缝长度不等，最长的沿池高度方向贯通，裂纹宽度0.2～0.9mm，形状不规则，互不连贯，池内外两侧均存在，裂缝图片见图1。

图1 调节池池壁裂缝图

2 裂缝原因分析

根据现场施工过程检验记录，经设计、施工、监理等单位反复研究分析，确认裂缝的形成有下列因素:

(1)混凝土刚浇注完毕，还没来得及完成水化，就遭受低温冻结导致混凝土初凝受冻;或混凝土初凝后遭遇低温缓慢受冻。混凝土遭受－4℃以下的初凝温度就会引起混凝土冻害。受冻害的混凝土强度显著降低，一般来说28天抗压强度降低45%左右，抗拉强度降低70%左右。混凝土受冻后温度应力大于混凝土的抗拉强度，易出现裂缝。

(2)冬季施工拆模时间对混凝土抗裂性很重要。混凝土的拆模时间不应低于30天，否则混凝土过早被裸露、风吹、日晒从而形成脱水现象。水分过早的蒸发会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，不能转化为稳定的结晶，缺乏足够的粘结力，还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂缝。根据施工记录，本工程拆模时间过早，是导致混凝土表面产生收缩裂缝的一个原因。

(3)冬季施工的保温养护措施尤其重要，保温可减小温差并提高混凝土的抗拉能力，拆模后应立即采取保温措施。温度应力是温差引起变形造成的。温差愈大，温度应力也愈大。混凝土养护过程中内部的最高温度可达60～65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。本工程池壁混凝土在冬季施工过程中，环境温度不稳定，昼夜温差大。混凝土浇筑后每天温度变化也很大，高、低温差达到35℃。拆模后又未及时采取任何保温措施，疏于养护，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，温差应力大，混凝土的抗拉强度降低，导致混凝土表面产生收缩裂缝，再与温度应力叠加，使裂缝在池壁上进一步发展，甚至成为贯穿裂缝。

(4)本水池为超长结构，以往设计这种超长的水池如采用设置后浇带及在混凝土中添加膨胀剂，也出现了不同程度的裂缝，本次设计采用预应力结构，目的就是为了有效控制裂缝，避免出现裂缝。但是本项目由于是在冬季施工，池壁混凝土强度增长缓慢，短期内一直无法具备预应力筋张拉条件，混凝土抗拉强度小于温度作用引起的拉应力是造成池壁开裂的另一个原因。

(5)池壁混凝土为现场搅拌，地泵泵送，混凝土搅拌过程中有水灰比过大现象，坍落度难以控制，这样在浇筑后期，失水收缩量较大，对池壁产生拉应力，也会使池壁开裂。

(6)由于是冬季施工，即使添加了防冻剂，拆模后，室外温度低，水化反应已经很慢，混凝土内部不可避免会存在多余游离水，受冻体积增加，对混凝土表面会产生拉应力，造成表面开裂，在其他应力的叠加下也会产生不同长度裂缝，严重时会出现贯通裂缝。

3 裂缝性质的判定

(1)混凝土在施工时添加了－10度NZY－AF聚羧酸减水剂(防冻型)，掺量:2%，由于在调节池浇筑时气温有所下降，采用了－15度NZYAF聚羧酸减水剂(防冻型)。在池壁浇筑后马上在池壁上部进行了保温覆盖，事故池在浇筑后的第12天，即2012年11月17日检测了同条件试块的强度已经达到50%;并且从拆模后的外观检查时也没有混凝土初期受冻的迹象，所以在提高养护温度后，混凝土的强度会继续增长，如果达到张拉所需强度进行张拉后，目前发现的裂缝不会对结构强度产生影响，为可修复裂缝。

(2)在强度不受影响的情况下，如不处理，在水压试验时，部分裂缝势必会产生渗漏，会对水池的使用功能产生影响，因此需对裂缝，尤其是0.2 mm以上的裂缝进行认真修复，消除对水池使用功能的影响，保证水池渗漏指标达到规范规定。

4 裂缝处理方法

(1)对裂缝类型、宽度和长度做好标记，观测并记录裂缝发展情况，同时加强池壁保温养护措施，尽量使温度应力的影响降至最低。

(2)混凝土养护结束后应对池壁裂缝进行修补。修补前应对裂缝进行检查，根据观测记录确认裂缝是否有进一步发展的趋势，如果有发展趋势要重新确认一下裂缝成因并预判断可能产生的最大裂缝，再根据实际情况进行修补。裂缝修补分为两种类型，一种是宽度大于0.3 mm的裂缝，应采用化学灌浆法。化学灌浆法沿裂缝凿去薄弱部分，并用水冲洗干净，注射前应用电吹风吹干裂缝。灌浆材料可采用环氧树脂浆液(以环氧树脂为主，加入固化剂、稀释剂、促凝剂等配制而成)。灌浆压力初选4～5 Kg/cm2，灌浆压力由低到高，当压力骤升而停止吸浆时，即可停止灌浆。另一种是宽度小于0.3 mm的裂缝，如果深度未达到钢筋表面，不漏水以及不再发展的裂缝，裂缝表面清理干净，用水泥浆刮抹即可。如果裂缝已达到钢筋表面或有可能漏水，沿裂缝凿去薄弱部分，同样采取前一种方法修补。

(3)使池壁混凝土强度尽快达到设计要求，以便进行张拉，控制裂纹的发展。预应力钢筋可改善钢筋混凝土水池在混凝土收缩、承压及温度应力作用下产生的裂缝，效果非常明显。

(4)在以上工作均结束后应进行注水试验。注水试验期间应密切观察裂缝是否有渗水现象，如发现有渗水现象应做好记录，排水后重新进行裂缝处理。

5 效果验证

采用上述措施施工后，经建设、监理、设计等单位共同验收，调节池未发现渗漏与裂缝，处理效果良好。

6 设计和施工中注意事项

裂缝控制是钢筋混凝土水池建造过程中较为敏感的问题，尤其是寒冷地区的水池，在施工与使用过程中普遍存在温差大、冬季温度偏低等现象，在设计与施工过程中应采取适当措施避免裂缝产生。

6.1 设计

在设计过程中应采取的控制裂缝的措施。

(1)水池设计时应根据最大作用水头与池壁(或底板)厚度的比值，确定水池混凝土抗渗等级。另外水池计算时应进行裂缝控制验算。对于内部介质无腐蚀性的水池，裂缝应控制在0.2 mm，对于内部介质有腐蚀性的水池，根据腐蚀性等级裂缝应分别控制在0.15～0.2 mm。

(2)在配筋构造上应尽可能采用小直径、小间距的钢筋。针对寒冷地区水池配筋时水平钢筋间距不应超过100 mm。建于寒冷地区的地面式、架空式或半地下式水池的池壁及顶板宜设置外保温措施。平均气温低于－5℃时，尚应根据当地气温确定混凝土抗冻等级。

(3)水池宜在池壁顶、池壁转角及池壁与底板相交处设置暗梁或暗柱，并在池壁与底板相交处、池壁转角处设置加腋角，以增大转角刚度，分散池角应力，防止出现边缘效应引起的裂缝。

(4)为减少水化热，混凝土中应适当掺入粉煤灰。体型较大的水池应在混凝土中适当加入外加剂以控制混凝土的线性膨胀率。混凝土的最大水灰比不应大于0.5。

6.2 施工

在施工过程中应采取的控制裂缝的措施:

(1)一般情况，水池的壁板、隔板、中间柱允许留水平向施工缝，下部宜留在底板以上200 mm处或腋角顶部，上部宜留在现浇板底底面以下200 mm处或柱帽下部，壁板下部施工缝处应设止水带等。

(2)尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等;水泥用量尽量控制在450 kg/m3以下;改善骨料级配，在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。

(3)加强混凝土的振捣，尤其是池壁转角、池壁与底板相交处，提高密实度。

(4)加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时覆盖并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面保持适宜的温、湿度条件。在寒冷季节，混凝土表面尚应加强设置保温措施，以防止混凝土冻胀开裂。

7 结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低水池的抗渗能力，影响水池的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀。通过对本工程水池裂缝的处理，可知出现裂缝时可采取一定的设计和施工措施来克服和控制，这是每一个施工工程都应该加强研究和及时预防的。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在施工管理过程中，加强施工管理，防止裂缝的出现，确保工程质量。

1 GB 50010－2010，混凝土结构设计规范［S］.

2 CECS 138:2002，给水排水工程钢筋混凝土水池结构技术规程 ［S］.

3 GB 50069－2002，给水排水工程构筑物结构设计规范［S］.

4 王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.中国建筑工业出版社.

5 沈世杰等.给水排水工程结构设计手册［M］.中国建筑工业出版社.