钢筋混凝土水池裂缝的分析与处理

第２６卷第２期　辽宁工程技术大学学报　２０ｏ７年４月　、，ｏ１．２６　Ｎｏ．２　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ　Ｄｒ．　２００７　文章编号：１００８－０５６２（２００７）０２－０２２８－０４　钢筋混凝土水池裂缝的分析与处理　刘声远　，孙颖　．齐向阳　（１．辽宁科技大学建筑与艺术学院，辽宁鞍山１１４０５１；２－辽宁省铁法煤业集团小明矿，辽宁调兵山１１２７００；　３、中国石油辽阳石化公司研究院，辽宁辽阳１１４０１１）　摘　要：基于在实际工程设计中温差的大小对钢筋混凝土水池池壁内应力的影响是个容易被忽视的问题，运用理论和试验相结合的　方法，通过对钢筋混凝土水池在施工完成后产生裂缝的工程实例进行较为系统的计算、分析，讨论了此温度应力的影响效应。并在池　壁裂缝的修补及设计中提出了增设环箍加固一裂缝修补一最终加固三个程序的处理方法，最后提出了在施工中应注意的事项。　关键词：温差；钢筋混凝土：裂缝：温度应力　中图分类号：Ｏ　３４７　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｏｌ　ｃｒｅｖｉｃｅ　ＬＩＵ　Ｓｈｅｎｇ－ｙｕａｎ，ＳＵＮ　Ｙｉｎｇ，ＱＩ　Ｘｉａｎｇ－ｙａｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　ａｎｄ　Ａｒｔ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｓｈａｎ　１１４０４４；　Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉａｏｍｉｎｇ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ　ｏｆ　Ｔｉｅｆａ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｄｉａｏｂｉｎｇｓｈａｎ　１１２７００，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｌｉａｏｙａｎｇ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ；Ｌｉａｏｙａｎｇ　１１１００３；Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｈｔａｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ｈａｓ　ｈｔｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｈｔｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｏｌ　ｗａｌｌ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｂｅ　ｉｇｎｏｒｅｄ　ｉｎ　ａｃｔｕａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｏｌ　ｗａｌｌ　ｐｒｏｄｕｃｅｓ　ｃｒｅｖｉｃｅ　ａｆｔｅｒ　ｂｅｉｎｇ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｈａｓ　ｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｏｌ，ａｔ　ｈｔｅ　ｓａｍｅ　ｉｔｍｅ　ｔｈｅ　ｈｏｏｐ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ，ｃｒｅｖｉｃｅ　ｍｅｎｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｕｌｉｔｍａｔｅｌｙ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇ　ｔｈｒｅｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｏｌ　ｃｒｅｖｉｃｅ　ｍｅｎｄｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｆｏｒ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｈｔｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｃｒｅｖｉｃｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　弓ｌ　言　１工程状况简介　在市政污水、工业废水的处理工程中，钢筋混　凝土水池是最常见的一种构筑物。实际工程设计中　１．１水池施工及使用概况　它主要依靠混凝土自身的密实性来增强其防水、抗　出现裂缝的水池为污水处理厂的初沉池，它是　渗性能，一般不再另设防水层，因此，规范对池体　钢筋混凝土圆形水池，内径ｌ８．５　ｍ，外径ｌ９．３　ｍ，　裂缝的宽度给予严格的限制（缝宽不能大于０．２　池高４．５　ｍ，池内液位设计深度４　ｍ，池壁顶端外围　ｍｍ）。　设环形走道板，内侧距池壁顶１　ｍ处设溢流堰并与　引起水池裂缝的因素很多，譬如设计上的结构　池壁整体浇筑，池底板为变厚钢筋混凝土板，池壁　选型及沉降缝、伸缩缝设置不当；池体的温度收缩　下基础底板厚５００舢，中心板厚３００　ｍｍ。地基为　应力考虑不周等，施工上混凝土养护时间短；水灰　低压缩性粘土，承载力特征值１８０　ｋＰａ。池体采用　比过大；振捣不良或池体长期外露、不盛水导致混　Ｃ２５防水混凝土，壁内抹面２０厚ｌ：２防水砂浆。　凝土内水分蒸发，形成连通空隙；地基的不均匀沉　水池采用整体现浇，不设伸缩缝，池内液体为工业　降等。这里主要针对某项工程实例中因温差变化引　废水，温度为３０～３５℃，混凝土试块抗压强度为　起池壁内温度应力增大并导致池壁裂缝加大的问　３５ＭＰａ。　题进行讨论分析，并提出相应处理方案Ｉｌ。】。　收稿日期：２００６．１１－２２　基金项目：辽宁省科学技术基金资助项目（２００２２１５５）　作者简介：刘声远（１９６３一），男，辽宁，营口人，副教授．主要从事于建筑设计方面的研究。本文编校：于永江　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　刘声远，等：钢筋混凝土水池裂缝的分析与处理　２２９　１．２裂缝分布及池体材料的检测　池壁顶部出现的微细裂缝沿圆周环向呈现出　．为分析裂缝成因及裂缝对水池结构使用的影响，依　据原设计条件对水池结构进行复核验算，作用荷载　为结构自重、静水压力和温度，其中温度作用一般　分为二种形式，既池内水温与池外气温的不同而形　有规则的分布，主要分布在上部１．２　ｍ的范围内，　此范围内侧为溢流槽，无储水。对个别裂缝凿去面　层后发现，裂缝内外已贯通，环向间隔２　ｍ左右，　最大裂缝宽度０．２８　ｍｉｎ。裂缝沿池壁向下延伸，竖　直长度约为１．５　ｍ，并明显呈现出上大下小的形态。　１　ｍ以下处的外裂缝宽度均不超过０．１８　ｍｉｎ，外表　干燥，可确定此处的裂缝应不会贯　刖。　对三个裂缝位置处的池壁混凝土强度和钢筋　配置进行检测。混凝土强度检测采用回弹仪，检测　结果分别为３０．４、３２．５、３５（ＭＰａ），相应此三个测位　成的壁面温差，及施工期间混凝土浇筑完毕时的温　度与使用期间的季节最高或最低温度之差，这种温　差沿壁厚不变，用池壁中面处的温差代表，称为中　面季节温差。一般通过设置伸缩缝来减少中面季节　温差对水池的影响，对圆形水池不宜设置伸缩缝，　只能采用计算这种温差作用的方法，但此作用在壁　根部大、中部小，而池壁根部的温差变化较小，所以　根部的环向拉力比理论计算的要小的多（甚至出现　压应力），且它在内力最不利组合中不起控制作用，　所以一般可只考虑壁面温差作用。根据文献［２】查表　的混凝土强度等级应为Ｃ３０．Ｃ３５，均超过原设计强　度等级Ｃ２５。同时，超声波检测裂缝处混凝土，未　发现孔洞、蜂窝。表明混凝土的震捣质量较好，另　外采用钢筋探测仪对钢筋进行检测，了解池壁的实　际配筋与设计的符合状况，检测结果为壁顶部圈梁　下部钢筋与其下部第一排水平钢筋的距离均超过　２５０　ｍｉｎ，明显偏大。局部开凿检测外侧钢筋保护层　厚度为３６ｍｉｎ。　计算，水池高度简化取为池内液位高度，不考虑池　顶走道板和溢流堰的刚度贡献。　基本设计条件：混凝土强度等级Ｃ２５，液位高　４　ｍ，污水温度３０℃，气温零下８℃，钢筋混凝土　热阻０．２２８　ｍ２．ｈ．＂ＣＡＯ，池壁总热阻０．４５０　ｍ２．ｈ．℃　。　计算结果列于表１。　由于池壁内溢流槽的存在而使池壁接触液面　的实际高度为３．５　ｍ，设计超高ｌｍ，此范围池壁内　外是直接暴露在大气中的，其下部分池壁内侧则是　与温度为３０度的废水接触，二者存在一个附加的　２裂缝成因分析　２．１水池结构验算　为分析裂缝成因及裂缝对水池结构使用的影　响，依据原设计条件对水池结构进行复核验算，作　表１截面复核验算结果（单位：ｋＮ）　Ｔａｂ．１　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ（ｕｎｉｔ：ｋＮ）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２３０　辽宁工程技术大学学报　表２温差作用下池壁单元环向应力（单位：ｋＮ）　Ｔａｂ．２　ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｐｏｏｌ　ｗａｌｌ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ｕｎｉｔ：ｋＮ）　第２６卷　温差作用，它是由池壁中面季节温差所引起的，为　分析这种作用对池壁的影响，采用结构分析通用程　序对池壁进行壁面和季节两种温差工况下的有限　的比例较大时，使得非储水区的池壁应力成倍加　大，从表３的数据看出，在靠近池壁上端的三个单　元中，其外侧的环向拉应力分别是工况１的１．４、　１．７５、４．６８倍，而对储水区范围，应力增加则明显　元分析，将池壁沿高度分为ｌ２个单元，经热工计　算后，上部ｌｍ范围内中面平均温度为零下８℃，　下部为１６．５℃，并假定池壁浇筑时气温３２℃为混　凝土零应力状态，分析结果见表２。　２．２裂缝分析ｐ　减少。对于受温度荷载作用较敏感的敞口水池来　说，这种温度作用与主要集中在上部的壁面温差荷　载及静水压力的作用组合在一起，加剧并导致池　壁上部裂缝的进一步开展和裂缝的全截面贯通。对　于这种扩大的温度作用，目前的水池设计规范中没　从上述的复算结果来看，如按常规计算不考虑　水池超高影响，裂缝的发生和开展与实际工程情况　比较接近，表２结果表明，根据规范及相应的设计　方法，在实际壁面温差和静水压力的共同作用下，　有考虑，原设计中也就没有考虑，这也是造成水池　裂缝的因素之一。　在从水池的工程实际检测来看，在环向荷载作　用最大的池壁顶端，多数环向钢筋的间距为２５０　ｍｍ，均超过了设计要求的间距１５０　ｍｍ，造成池壁　抗拉、抗弯强度的降低和对裂缝约束作用的下降，　同时水泥用量的偏大及混凝土浇筑的时间正直炎　水池池壁全截面均处于偏心受拉状态，池壁确实会　出裂缝，并且在离池顶１．２　ｍ的非储水区范围内的　计算裂缝宽度已超过规范允许的最大裂缝宽度，而　以下储水区范围内，计算裂缝宽度和实际发生的宽　度均小于规范允许值，应属规范允许的正常值。　热的夏季，极易使得混凝土因水化热而导致收缩裂　缝的产生。另外，从使用过程上，水池在闭水试验　后空置了较长一段时间，随即注入池内的污水温度　有限元分析表明，如果按实际储水高度计算，　静水压力和壁面温差对池壁的作用将会降低，对池　壁有利，非储水区池壁处于低应力状态。而表３的　即达４５℃左右，导致水池上部内力在短时间内超　过水池设计承载力而迅速出现裂缝的直接原因，这　结果进一步说明水池在冬季使用时，受池内污水温　度和大气温度的共同影响下，简单地以储水区中面　平均温度计算，不考虑超高部分的影响时，则中面　季节温差对水池的作用仍是较小，通常可不做计　些裂缝的出现，使得池壁混凝土由初始温度作用产　生的应力很快地得到释放，新的裂缝不在出现，当　生产正常、污水温度很快地稳定以后，上述池壁温　度荷载产生的应力作用下，进一步扩大已有裂缝的　宽度并贯通，在此基础上向下延伸，达到一定深度　后，形成内外应力的平衡，裂缝不在发展。因此初　算，但若考虑水池的储水区与非储水区间混凝土池　壁存在的温差（即工况２），对非储水区的池壁抗裂　是明显不利，特别是当非储水区的高度占池壁总高　沉池的这些裂缝是温度和各种不利因素组合后直　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　接或间接作用的结果。　刘声远，等：钢筋混凝土水池裂缝的分析与处理　２３１　这种影响容易造成上端池壁的开裂，在钢筋的布置　上，要对池壁上部的非储水区适当加强。　（２）夏季施工的水池，施工质量很关键，要　３裂缝的处理　根据实测结果和设计复核，水池结构的强度和　特别注意混凝土的养护，不得少于ｌ４天，各项材　料的选择及配比要严格符合规范要求。　（３）水池闭水试验后，池内应立即储水，不　能长期空置，否则容易导致混凝土失水收缩，应抓　储水区的抗裂度均能满足设计要求，池壁上部的贯　通性裂缝处于非储水区，使用上应无大的影响。对　于进入储水区的裂缝由于并无出现渗水，裂缝没有　贯通。考虑到以后的温度变化很可能使池壁截面出　紧管道安装并及时回填土。　现偏心受拉与轴心受拉交替作用状态，对此部分池　壁的抗裂和耐久性将是不利的，为此，裂缝应予修　补并进行结构加固。　处理方法采用增设环箍加固一裂缝修补一最　终加固三个程序进行。首先在池壁上部外侧设置钢　板环箍，以提高结构的承载能力，环箍选用１００　ｍｉｌｌ　×５　ｍｍ的扁钢条，在水池上部高度方向设置三道，　池顶走道板下设一道，其下间隔两个１　ｍ设置两道，　每道设四个搭接点，为使环箍能够收紧起到紧箍作　用，扁钢条与一块垂直钢板焊接，从上至下用三个　２２的螺栓连接，先连接中间螺栓，然后收紧并对　裂缝进行化学注浆处理，以防止钢筋锈蚀，增强池　壁的整体性和耐久性。注浆前要清理裂缝表面的浮　渣并用针筒注射灌浆，将浆液充满裂缝间隙，养护　一周后再逐步紧固其余螺栓，三道都紧固后，将螺　栓、螺帽焊接固定并对水池外壁重新粉刷。　４　结论　通过对上述水池裂缝问题的讨论，可看到钢筋　混凝土圆形水池产生裂缝的因素是多方面的，主要　注意以下几个方面：　（１）圆形水池对温度作用比较敏感，当大气　温度与池内污水温度差异较大时，除要考虑壁面温　差作用外，尚应计算季节温差状态下上部非储水区　与下部储水区的不同温差对池壁产生的附加影响，　（４）由于水泥砂浆的导湿系数仅为混凝土的　４０％，所以对于最低气温不低于一ｌ０℃的地区，　可采用水泥砂浆面层，对减少夏季壁面湿差的计算　值有显著的效果。　（５）对寒冷和严寒地区的半地下或地面水池，　可采用池外壁挂钢板网抹保温砂浆：池外侧贴砌砖　墙或轻集料混凝土小型空心砌块墙；池外壁做砌体　墙，墙与池壁间留４０～１００ｍｍ的空气层或内填充岩　棉板、沥青珍珠岩等保温材料。　参考文献：　［１】ＧＢ５００６９—２００２，给水排水工程构筑物结构设计规范（Ｓ）．　［２】王赫．建筑：朗至事故处理手册【Ｍ】，北京：中国建筑工业出版社，　１９８４　［３】才庆祥，余　静．矿区铁路运输系统可靠性研究【Ｊ１．煤炭学报，　２００４，２９（５）：５３６—５３９．　［４】余　静．煤矿矿区铁路运输系统可靠性研究［Ｄ】．徐州：中国矿业大学　能源科学与工程学院，２００３．　［５】李希灿，断建筑，戚立荣．马尔柯夫链状预测的概率计算及拓广【Ｊ１．　辽宁工程技术大学学报，１９９８，１７（５）：５４５．５４９．　［６】刘铁民，陈胜，刘功智．建立国家生产安全应急体系势在必行【Ｊ１．现　代职业安全，２００４，ｌ（２）：．２８—２９．