水池設(shè)計的幾點看法

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簡介： 本文從結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度談?wù)剬λ卦O(shè)計中所涉及的地下水位的確定、伸縮縫的設(shè)置、后澆帶的作法及設(shè)計與施工配合等問題。
關(guān)鍵字：水池 地下水位 伸縮縫 后澆帶

隨著我國綜合國力的增強，城市的不斷發(fā)展擴大，人們生活、工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護的需要，水池類構(gòu)筑物工程的建設(shè)逐年增多。下面從結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度對水池設(shè)計所涉及的一些問題，談?wù)劚救说目捶ā?/p>

一、設(shè)計地下水位的合理確定
　　水池的設(shè)計與地下水位的標(biāo)高密切相關(guān)。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯誤及抗浮不夠等工程事故時有發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范，地下水位應(yīng)根據(jù)地方水文資料，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位[1]。一般設(shè)計均取用水文資料的最高地下水位。在50年設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，一般水工構(gòu)筑物地下水可變作用的取用按“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”原則確定，不考慮罕遇洪水的偶然作用。但值得注意的是，有些工程地質(zhì)勘察報告所提供的地下水位未能從地方水文資料分析得出，而僅反映勘測期間的地下水位情況。如果詳勘在當(dāng)?shù)乜菟谶M行，所提供的地下水位標(biāo)高將無法被設(shè)計取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計算的失誤。所以設(shè)計人員應(yīng)詳細了解當(dāng)?shù)氐乃那闆r，對未滿足設(shè)計要求的地質(zhì)勘察報告要求予以補充。要求考慮當(dāng)?shù)赜袩o暴雨、臺風(fēng)的影響，是否會出現(xiàn)由于地表水不能及時排除而引起地下水位提高。土建設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合對地下水位和地質(zhì)情況的了解，與水工藝設(shè)計人員一起決定水池的基底標(biāo)高，綜合工藝流程要求、土建造價、運營成本、投產(chǎn)年限等諸多因素，制定出方案。例如當(dāng)?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)剖面有流沙層時，設(shè)計人員應(yīng)考慮是否可適當(dāng)抬高基底標(biāo)高，減少浮力對結(jié)構(gòu)影響及避開流沙層。

二、伸縮縫和后澆帶的設(shè)置
1.伸縮縫的設(shè)置

　　根據(jù)設(shè)計規(guī)范，矩形構(gòu)筑物最大伸縮縫間距一般為20～30m。近年來，一方面工藝所要求的水池長度已遠遠超過了規(guī)范間距；另一方面隨著建筑材料、施工方法的改進，又為超長水池不設(shè)縫、少設(shè)縫提供了可能。設(shè)計人員在具體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地基、氣溫等工程情況，考慮是否設(shè)縫及相應(yīng)的施工方法，認真進行計算并采取適當(dāng)設(shè)計措施。
　　一般水池設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)強度、裂縫開展寬度、抗浮等計算，一般均能按規(guī)范要求考慮得較好，但是由于溫度、變形以及不均勻沉降所引起的開裂，在工程中卻常常遇到。大多數(shù)出現(xiàn)裂縫的工程實例表明，設(shè)計對溫度、混凝土收縮變形等影響因素的考慮欠缺是問題的主要原因。
　　筆者認為以下兩點需重視：
　?、偎仡悩?gòu)筑物并非必須保證不開裂，對設(shè)計人員來講重要的是做好裂縫的控制。一方面設(shè)計人員要事先對可能的不利因素及其影響予以預(yù)防，另一方面在施工過程中萬一發(fā)生較大裂縫要有相應(yīng)的處理方法及技術(shù)措施，確保工程交付驗收及投產(chǎn)后的安全生產(chǎn)及運行需要。一般說來，影響裂縫的主要因素是溫差及混凝土的收縮，溫度越高越易開裂，裂縫的數(shù)量及寬度也越大；混凝土收縮越大，裂縫的數(shù)量及寬度也越大。因此，設(shè)計人員要從設(shè)計與施工兩個方面來加強控制。設(shè)計方面，增加配筋率或減小鋼筋直徑能增加混凝土的極限拉伸，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在節(jié)點應(yīng)力集中處或大體積混凝土中沿截面均勻配置細、密的構(gòu)造鋼筋或鋼筋網(wǎng)片，可提高構(gòu)件的抗裂能力。施工方面，不要過分強調(diào)加快工程進度，不要過分追求水泥的早高強，尤其不要不分場合地使用早強型（R型）水泥。在混凝土中考慮摻加緩凝劑和減水劑，降低水灰比，適當(dāng)增加粉煤灰的用量，減少水泥用量。混凝土振實成型后，要盡早表面覆蓋，加強養(yǎng)護，延長澆水養(yǎng)護時間，特別是夏季和大風(fēng)天氣。
　　②加強對允許伸縮縫間距的計算。從設(shè)計方案來講，設(shè)計盡可能采用無縫設(shè)計以滿足施工的連續(xù)性及減少施工難度。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要詳細收集相關(guān)資料，針對地基軟硬及溫差大小，選擇伸縮縫的間距。一般水池設(shè)計時主要考慮施工階段的最不利溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，保證由于綜合溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝上相應(yīng)齡期的極限抗拉強度之比值符合安全要求，并按此條件復(fù)核設(shè)計假定的伸縮縫間距是否滿足。最不利溫差一般可采用混凝土澆筑時氣溫與混凝土達穩(wěn)定時溫度之差。當(dāng)構(gòu)筑物及時回填土?xí)r，由于地下溫度一般常年變化不大，混凝土達穩(wěn)定時溫度可近似取當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?；但如果工程施工周期較長，可能要越冬后回填情況，混凝土達穩(wěn)定時溫度應(yīng)取當(dāng)?shù)卦缕骄畹蜏囟萚2]。對設(shè)計考慮設(shè)置伸縮縫情況，建議伸縮縫從基礎(chǔ)墊層就斷開，這樣計算底板伸縮縫間距時，基底土對混凝土底板的約束系數(shù)Cx值才切合實際。

2.后澆帶的設(shè)置

　　當(dāng)設(shè)計較長矩形水池時，設(shè)計可采用后澆帶或UEA加強帶等施工方法來減少混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差及不利溫差[3]。后澆帶的設(shè)置可避免部分不利的施工前階段溫差及混凝土前期收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差，從而增大了構(gòu)筑物伸縮縫的允許間距。后澆帶的間距首先應(yīng)考慮要能有效地削減溫度收縮應(yīng)力，其次考慮與施工縫結(jié)合。在正常的施工條件下，后澆帶的間距宜為20～30m。后澆帶的保留時間當(dāng)然越長越好，但必須在施工期間不要影響后續(xù)工序，一般不應(yīng)少于40天，最宜60天（考慮施工可能）。在此期間，混凝土水化熱引起的早期溫差影響基本消失，以及混凝土有不少于30%的收縮已完成[4]。
　　當(dāng)設(shè)計采用UEA混凝土加強帶時，依靠加強帶UEA混凝土較大的膨脹應(yīng)變，補償兩側(cè)混凝土的溫差應(yīng)變。UEA加入到普通混凝土中，拌水后和水泥組份共同作用，生成大量膨脹結(jié)晶水化物--水化硫鋁酸鈣（C3A.3CaSO4.32H2O），使混凝土產(chǎn)生適度膨脹。在約束條件下，它通過水泥石與鋼筋的粘結(jié)，使鋼筋張拉，被張拉的鋼筋對混凝土本身產(chǎn)生壓縮應(yīng)力（稱為化學(xué)預(yù)應(yīng)力或自應(yīng)力），在混凝土中產(chǎn)生0.2～0.7Mpa的自應(yīng)力值，可大致抵消由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力。即摻加UEA的混凝土的拉應(yīng)力接近于零，或小于0.1～0.2mm/m。從而防止或減少混凝土的收縮開裂，并使混凝土致密化，提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂防滲能力。設(shè)計人員可通過對UEA摻量的調(diào)配，補償混凝土的收縮，使混凝土收縮當(dāng)量溫差≤0，同樣達到增大伸縮縫的允許間距目的。

三、土建與水工藝、設(shè)計與施工間的配合
　　在水池設(shè)計過程中，土建設(shè)計人員要了解水工藝設(shè)計要求，例如較大水池壁與壁之間、壁板與底板之間的構(gòu)造加腋（八字角）要求是否會對工藝造成影響，如果工藝要求不允許加腋，土建設(shè)計人員則要首先滿足工藝的要求，采用其他措施來滿足結(jié)構(gòu)的要求。設(shè)計人員應(yīng)以設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，各專業(yè)之間互相配合，對一些構(gòu)造措施應(yīng)區(qū)別情況靈活掌握使用。
　　設(shè)計與施工息息相關(guān)。設(shè)計在計算中已考慮施工諸多因素，比如水灰比、用水量、混凝土養(yǎng)護天數(shù)、后澆帶間隔天數(shù)等等，這些設(shè)計條件必須向施工單位詳細說明，做好相關(guān)的技術(shù)交底，并要求施工單位逐一落實。而要做好這些又要求設(shè)計人員要了解施工，了解施工中新材料、新技術(shù)、新方法，了解施工順序，施工對設(shè)計的要求，使設(shè)計切合施工、方便施工。例如水池施工為便于支模及澆筑混凝土，一般在離池底及加腋以上300～500mm處留置施工縫，設(shè)計人員應(yīng)考慮施工要求，在此范圍避免設(shè)計有預(yù)留洞口、預(yù)埋管道、懸挑梁板等。
　　在水池設(shè)計中，一方面設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合具體情況，以較少的工程造價建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，另一方面設(shè)計人員對施工未按規(guī)范進行施工等施工失誤所產(chǎn)生的滲漏裂縫處理，也應(yīng)有所了解、準(zhǔn)備，對當(dāng)前常用處理裂縫及堵漏方法、所用材料應(yīng)有所了解，以便更好地完成設(shè)計的后期服務(wù)。

參考文獻：

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[3]YJGF22－92，UEA補償收縮混凝土防水工法[S]．
[4]王鐵夢．建筑物的裂縫控制[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997．