半埋式超长水池结构不设缝设计分析
赵舜尧
Analysis of the Design of Semi-Buried Super-Long Pool Structure Without Joints
ZHAO Shun-yao
（Municipal Institute， Shanghai Construction Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200030， China）
【摘? 要】半埋式超长水池结构的设计是在我国城市水处理系统逐步发展下提出的适应现今城市发展的设计。随着我国水处理系统的不断完善，其基础设施需要跟上时代发展的步伐，所以半埋式超长水池混凝土结构越来越多地出现在建设项目当中。论文重点关注不设缝水池结构，提出通过采取相应的措施实现了半埋式超长水池结构不设缝设计，希望有效解决半埋式超长水池结构中的裂缝问题。
【Abstract】The design of semi-buried super-long pool structure is put forward under the gradual development of urban water treatment system in China， which is suitable for today's urban development. With the continuous improvement of water treatment system in China， its infrastructure needs to keep up with the development of the times， so more and more semi-buried super-long pool concrete structures appear in construction projects. This paper focuses on the pool structure without joints， and proposes that the design of semi-buried super-long water pool without joints is realized by taking corresponding measures， hoping to effectively solve the problem of cracks in the semi-buried super-long pool structure.
【关键词】半埋式;超长水池结构;不设缝设计;措施;技术
【Keywords】semi-buried; super-long pool structure; design without joints; measures; technology
【中图分类号】TU318;TU991.34+3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編号】1673-1069（2021）05-0184-02
1 半埋式超长水池结构不设缝设计概述
相较于全埋式超长水池结构不设缝设计，半埋式超长水池结构不设缝设计的应用范围较窄。超长水池结构不设缝往往容易开裂，为了满足使用条件，在进行建设时往往使用补偿收缩混凝土。同时，为了防止由于长度过长，而增加结构的不稳定性，在生产工艺中往往运用预应力技术，先进的生产工艺能够推进项目质量的提升，所以这些措施能够显著地延长结构的使用年限。但是当水池结构长期使用时仍可能导致出现开裂现象。所以在设计时，超长水池结构不设缝的应用较少，这是为了防止后期维护难度增大。但是半埋式超长水池结构中不设缝设计拥有着独特的优势。一般来说，设缝后容易造成水池整体的结构稳定性较差，对于大型水池来说，设置多道伸缩缝会进一步复杂化抗震措施。尤其是在施工过程中，由于施工工艺的不完善，伸缩缝处浇筑存在缝隙，这也就导致伸缩缝处容易漏水，不容易修复。所以在超长水池结构中不设缝能够提高整体结构的质量，若采取相应的措施，如在施工过程中合理地布置后浇带、加强带等能够实现半埋式超长水池不设缝的设计理念。
2 工程概况
本文以两种水池不同的设计结构进行比较，首先，将南水北调工程中的水池作为实例进行分析，水池的设计功能是集水池，在设计过程中采用常规的分缝设计，所以在结构设计方面存在多种问题。为了保证结构的稳定性，该水池在设计时存在多种设计问题。该水池高度为13～17m，导致水池内水位较高。由于采用常规的分缝设计，导致水池内各部分的刚度中心和质量中心有偏差，在该水池的分缝处增加了许多侧向刚度构件。一方面，增加了施工的难度，加大了施工的工作量;另一方面，对工艺设备工作的稳定性产生了一定的影响。其次，与之对照的是某保护区基地中的室外水池结构，该水池结构采用的是半埋式超长水池结构不设缝设计，采用复合桩基，具有较强的整体稳定性。但是在设计过程中，水池长度超过了100m，达到120.5m，所以施工难度较大，由于采用半埋式的设计方案，天然保温状况较差，要考虑到温湿度作用强烈的条件。
在设计过程中，集水池的常规结构设计分缝处的侧向刚度构件较多，且施工难度较大，对整体的稳定性也存在负面的影响，相较于生物反应池的半埋式超长水池不设缝设计，在工艺上没有精简，同时，稳定性较差。根据两者的比较，半埋式超长水池结构不设缝设计，在应用过程中有着更加广阔的前景，对水池整体结构稳定性有着良好的基础性作用，同时，有着更深刻的研究价值。
3 水池混凝土裂缝的产生原因
水池混凝土裂缝产生的原因可以归结为两个方面：第一个方面就是结构性裂缝问题。结构性裂缝主要是由于载荷作用产生的，由于水土压力以及自重等原因造成的受拉应力裂缝。第二个方面就是非结构性裂缝，大部分是变形因素导致。在水池产生裂缝问题上，非结构性裂缝占据了较大的比例。针对两种不同的裂缝原因，具体情况如表1所示。
3.1 常规设缝水池产生裂缝的原因
常规设缝水池结构往往是由于结构性设计产生裂缝，一般是因为结构设计不合理而引起的裂缝，截面突变产生的应力过于集中而导致产生裂缝，或者由于钢筋配置不合理而引起的裂缝。结构性裂缝的产生往往是由于施工误差或者设计误差而引起问题的出现，在出现这类结构性裂缝时，可以推断该水池的施工质量较低。
3.2 超长水池不设缝结构产生裂缝的原因
超长水池不设缝结构的裂缝绝大部分是由于温度变化以及变形引起，如表1所示，由于变形而产生的裂缝是非结构性裂缝的主要产生原因。由于收缩变形而产生的裂缝原因较多，如水池表面产生的裂缝呈现花纹状，同时裂缝较浅，这是由于碳化收缩造成的裂缝，周围环境中的酸性物质与水泥石中碱性物质发生反应，引起混凝土表面体积收缩。裂缝垂直于施工缝，且间距均匀，长度较短。这是由于施工间隔过长，造成先浇筑的混凝土完成收缩，在后浇筑的混凝土收缩过程中产生裂缝。
膨胀变形往往是由于混凝土与其他物质发生反应造成开裂，碱骨料反应裂缝发生在混凝土凝固数年后，由于活性矿物与碱性溶液发生化学反应导致体积膨胀造成混凝土开裂，水池整体结构的强度下降，环境中的侵蚀性物质进入混凝土內部发生反应后，会造成混凝土腐蚀，逐步地腐蚀钢筋造成整体结构失效。若出现这种高强度的变形，水池难以修复，到达生命期限。
4 半埋式超长水池结构裂缝的控制方法
4.1 后浇带、加强带的设计
半埋式超长水池结构不设缝设计，一般来说超过标准长度，所以在进行水池混凝土架构时要以分块的方式进行作业。为了防止混凝土后期开裂，可以在施工过程中等待各区块混凝土施工形状固定，同时，在混凝土区块中设立加强带，提升混凝土的压应力，减少混凝土因为收缩变形而导致其整体结构改变。后浇带采用C40收缩补偿混凝土，由于后浇带存在止水面，所以在进行设计时应用止水钢板进行固定。而加强带是稳定池壁结构、防止变形的设计，纵向面上需用结构主筋固定加强。在设计时可以采用横向后浇带与加强带相互交错型，为了提升水池整体结构的科学性，在纵向方向上设计加强带，通过对后浇带和加强带的合理划分，减少施工过程中由于变形产生的应力，推进半埋式超长水池结构不设缝设计成型。
4.2 钢筋配比时考虑温湿度的影响
混凝土保护层开裂，会造成钢筋的腐蚀速度加快。混凝土周围环境的温湿度会对钢筋腐蚀速度产生一定的影响。在本文提及的南水北调的水池以及生物反应池中，其环境条件较为特殊，通常情况下湿度较高，而半埋式超长水池结构会造成内外温度的差异性较大。所以在进行钢筋配比时必须考虑到温度和湿度对水池裂缝产生的影响。由于温度和湿度的变化幅度较大，更容易造成钢筋的腐蚀速度加快，水池结构功能的特殊性会导致混凝土结构孔隙中留存自由水，当湿度下降，温度升高时，氧气容易到达钢筋表层，从而导致腐蚀速率加快。所以在进行钢筋配比时要充分考虑到水池使用过程中的内外温差，在施工过程中对混凝土材料的膨胀系数进行考虑，根据相关的行业标准完成配筋计算工作，并且严格执行。
4.3 加强后期养护
在施工过程中以及施工完成后要定期进行养护。为防止混凝土变形开裂，在施工过程中采用镁质高性能抗裂剂进行配置的补偿收缩混凝土在养护过程中需要注意进行湿养14天，相较于普通的膨胀剂，镁质高性能混凝土抗裂剂具有持续膨胀的特性。在两侧池壁混凝土浇筑完成42天之后，后浇带才可以进行施工，且养护时间要大于28天。加强带在膨胀浇筑时要避免冷缝的产生。除此之外，在混凝土后期监测过程中要注意混凝土内部温度的变化，限制混凝土应变。
5 结语
半埋式超长水池结构不设缝设计具有较好的整体性，通过以上措施，在设计完成之后，混凝土结构不会出现较为显著的裂缝。在使用过程中，水池受地基变形、地震影响等作用较小，但是整体施工质量要求较高，采取以上措施有利于施工质量的提升。
【参考文献】
【1】火明譞.半埋式超长水池结构不设缝设计分析[J].价值工程，2020，39（9）：174-175.
【2】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（4）：47-49+116.
