半埋式超长水池结构不设缝设计分析

摘要：近些年我国在水处理系统方面有了较大的发展，很多半埋式超长水池结构得到了应用。但是会有很多因素影响到半埋式超长水池结构，很少采用不设缝结构，所以如何有效进行变形缝的设置就成为了此种水池的主要问题，各方也都加大了在不设缝水池结构方面的重视。本文以某水处理廠水池结构为例进行分析，通过相应措施实现了半埋式超长水池结构不设缝设计，本文所介绍的设计理念能够有效控制半埋式超长水池结构中的裂缝起到非常好的参照作用。

Abstract： In recent years， China has made great progress in water treatment systems， and many semi-buried super-long pond structures have been applied. However， there are many factors that affect the structure of semi-buried super-long pools， and it is rarely used without joints. Therefore， how to effectively set the deformation joints has become the main problem of such pools. Attention is paid to the structure of the seam pool. In this paper， the structure of a water treatment plant pool is taken as an example for analysis. Through the corresponding measures， the design of the semi-buried super-long pool structure without seams is realized. The design concept introduced in this article can effectively control the cracks in the semi-buried super-long pool structure and play a very good reference role.

关键词：半埋式水池;超长水池结构;不设缝;裂缝控制

Key words： semi-buried pool;super-long pool structure;no joints;crack control

中图分类号：TU991;TU992                            文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）09-0174-02

0  引言

随着社会的发展，市政排水系统中盛水建筑物正在向着一体化和复杂化的方向发展，水池的结构变形缝不仅影响水池使用过程中的抗渗抗裂性能，同时也削弱了水池基础的整体性，易受到地基变形及沉降差异的影响。总的来说超长水池结构可以采取全埋式以及半埋式方式，其中半埋式水池容易受到温度等因素的影响，条件也更加复杂，长度主要设定在100m之内，所以要对于半埋式超长水池结构不设缝设计进行充分分析，这对于进一步完善市政排水系统具有非常现实的意义。

1  案例工程基本概况

某污水处理厂生物反应池采取的是半埋式结构形式，其中地下埋深为6m，地面之上高度为4.8m，长×宽×高为118.5m×55.9m×10.7m。该工程基础采取的是复合桩基，所用混凝土强度为C35级。该生物池为超长混凝土水池，采取不设缝结构设计。

2  超长水池混凝土结构裂缝控制方法

2.1 水池混凝土裂缝产生原因

①结构性裂缝问题。此方面的裂缝主要是由于载荷作用所产生的，能够占到总体裂缝的近10%，主要是因为水土压力、自重以及震动载荷作用所引发的混凝土受拉应力裂缝等。

②非结构性裂缝问题。这种类型的裂缝大多是变形因素导致的，具体包含下述几个方面：

1）温度裂缝，具体包含空气温度、生产热、水化热等因素所导致的开裂;2）收缩变形裂缝，具体包含干燥收缩、塑性收缩、自生收缩等因素所导致的裂缝;3）膨胀变形裂缝，具体包含因为碱集料、结冰膨胀、化学腐蚀膨胀等因素所导致的裂缝;4）基础变形裂缝，具体包含由于地基形状变化、沉降不均衡等因素所导致的开裂等。

经过浏览有关研究著作可以知道，水池架构中大多数开裂问题均是由于形状变化所导致的，为此对变形裂缝进行管控是预防和应对开裂问题的重点。

③其他方面的裂缝。

此种裂缝占到总裂缝的10%左右，主要是受到碱集料反应、惯性力以及混合作用所造成的裂缝。

2.2 控制超长水池结构裂缝方法

总的来说，超长水池结构裂缝控制可以采取抗、放两种方式来进行，所谓的抗主要就是在混凝土中施加压应力来进行，所谓的放主要就是有效释放混凝土的收缩变形，防止内部约束所造成的混凝土拉应力。对于超长水池结构裂缝来说，其控制方法主要采取如下几种方式：

①采取预应力钢筋混凝土的方式。采取此种方式实施裂缝控制需要对超长水池结构施加多个锚固段，很难实施布置同时对于施工企业总体要求相对较高，所以很少应用在水池结构当中。

②采取变形缝的方式。通过变形缝的应用能够有效解决混凝土变形裂缝问题，所以在水池结构中应用相对广泛。随着大尺寸混凝土结构和变形缝材料耐久性问题不断出现，要采取不设缝的设计方式。

③采用补偿收缩混凝土的方法。可采用補偿收缩的方法有效应对因为混凝土收缩导致的开裂问题，这种方法是近些年应对大体积混凝土因为温度差异所引发的裂缝问题的主要方法。

④后浇带和加强带设计。应当依照“放”的准则对于长度超过一般标准的水池混凝土架构以分块的方式进行作业，可以把各区块混凝土施工形状变化缓解以后实施后浇带浇灌作业，以预防混凝土开裂问题的产生;应当依照“抗”的准则在混凝土区块中设立加强带，以大幅提高混凝土里面的压应离，进而减小混凝土因收缩导致的形状改变的幅度，此是应对超长水池架构出现开裂问题的一种主要方法。

3  超长水池不设缝设计措施剖析

3.1 镁质高性能抗裂剂

案例项目中因为裂缝应对、防水等方面的需求，为此为了防止水池混凝土产生因为形状变化而出现的裂缝、保证混凝土有优良的防水性能，需在诸多地点（比如顶板、水池底板、侧墙等）的混凝土内增添效果突出的镁质抗裂剂。这种抗裂物质最主要的内容便是氧化镁类型的膨胀剂，对于一般类型的膨胀剂而言，这种膨胀剂膨胀幅度较小，其可以长时间的连续性的膨胀，在抗开裂方面有突出成效，在这之中胶砂限制膨胀率指标见表1。

3.2 配筋计算时考虑温湿度的影响

由于水池环境比较特殊，通常情况下其湿度相对较高，温度也较大。因此，必须要考虑温度和湿度对水池裂缝造成的影响，假设本文所述的水池内外温度差值、弯矩折减系数和混凝土材料膨胀系数分别为为20℃、0.65和1（-5/℃）。将上述参数带入相关的理论体系中进行计算，可以得到考虑温度和湿度影响的侧墙附加弯矩值。

基于侧墙附加弯矩计算结果，并结合实际情况考虑其它方面因素影响，根据相关行业标准规范完成配筋计算工作，并严格执行。通过这种方式可以保证在较大温度差值和湿度的情况，混凝土材料也不至于出现裂缝。

3.3 后浇带、加强带

本文所述的水池结构，各部分构造比较繁杂，其中横向后浇带会对整个施工设计产生显著的影响，会在一定程度上降低这种影响，可以在纵向方向设计2道后浇带。此外，还需要对生物反应池的整体结构进行科学合理规划设计，如图1-图3所示为具体的构造图。

利用后浇带以及加强带的有效划分能够充分释放掉施工中变形应力，从而实现超长水池不设缝浇筑成型。

3.4 加强施工养护

浇筑质量以及养护措施影响着开裂问题。对于案例工程来说，在混凝土施工浇筑以及养护方面注意如下几方面内容：①要加强镁质高性能混凝土抗裂剂配置补偿收缩混凝土的重视程度，重点控制混凝土的养护力度，一般情况下养护时间要在14天以上，能够最大程度上确保膨胀效果。一般情况下要按照26-50kg/m3的控制量进行掺量，但是在后浇带或者膨胀加强带的掺量要提升至少一个等级;②需要有效提升镁质高性能混凝土数据监测力度，特别增强混凝土内部温升的控制，最大程度上避免膨胀率、混凝土应变和裂缝问题;③要在水池两侧壁混凝土完成浇筑42天后可以实施后浇带施工，要确保后浇带混凝土的养护时间在28天以上。完成了加强带两侧混凝土浇筑之后，可以实施膨胀加强带内部混凝土的浇筑，从而防止出现冷缝。

3.5 使用效果

该污水处理厂生物反应池混凝土结构具有较好的整体性，表面不会存在较为显著的裂缝，水池抗渗抗裂性能得到保证。同时受地基变形、地震作用的影响较小。但对施工质量控制要求较高。采用此种方式设置的水池经过了3个整体年度的使用具有较好的效果，从而为类似超长水池结构设计、施工提供了有效的经验 。

4  结束语

本文主要以某污水处理厂生物反应池为例提出了超长水池混凝土结构裂缝控制方法，在此基础上分析了超长水池不设缝设计措施。通过本文的介绍能够对半埋式超长水池结构不设缝设计提供一定参考和帮助。

参考文献：

[1]刘一杰.半埋式超长水池结构不设缝设计经验[J].中国市政工程，2019（08）：15-17.

[2]高建岭，王冰，张宏涛.池底约束对超大圆形半埋式水池温度应力的影响[J].北方工业大学学报，2018（04）：18-19.

[3]王冰，张宏涛，董香艳.不同温度作用方式下半埋式超大圆形水池力学性能研究[J].特种结构，2017（08）：88-91.

[4]吴艳红，王方，徐欣，纪波，邹玉良.半埋式超长地下混凝土结构的温度应力分析[J].世界科技研究与发展，2015（10）：18-19.

作者简介：火明譞（1987-），男，甘肃兰州人，硕士研究生，工程师，主要从事结构设计及相关工作。