水池常见裂缝的形成与防治

王晓东

摘 要：从结构的专业性方面入手，简要介绍了水池池壁和水池底板厚度的确定、池壁荷载组合和模型的设定、水池裂缝的成因和防治方法等相关内容，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：水池裂缝；荷载控制；加强带；添加剂

中图分类号：TU375 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.142

1 水池池壁和底板厚度的确定

通常情况下，悬臂板水池池壁的厚度是按照1/15H～1/10H（H为水池高度）估算取值的，但是，其实际厚度不应小于200 mm。如果池壁太薄，不仅会增加施工难度，影响工程进度，还会带来安全隐患，引发工程事故；如果池壁太厚，则会影响其温度应力，造成不必要的浪费。所以，在确定水池底板的厚度时，可以按照1.2～1.5倍池壁厚度选取，因为水池底板是池壁的嵌固端。

2 计算模型的设定

池壁恒、活荷载假定模型的计算状态有2种，即水池外没有土，水池内有水；水池外有土，水池内没有水。水池底板与池壁之间存在应力与弯矩的传递，不能单独计算，应该根据组合弯距分配计算。另外，如果底板比较厚，对池壁的影响不大；如果池壁厚，则池壁根部配筋的受力就会比较大。而内力弯矩对水池池壁水平角隅的影响也是不可忽视的，因为池壁拐角处会产生负弯距，需要加设水平加强筋。

3 水池一般裂缝的形成原因

构筑物水池是用现浇钢筋混凝土制成的，其特质决定了裂缝的存在，而水池的用途又决定了裂缝是很难解决的问题之一。混凝土水池出现裂缝的原因有很多，比如温差，混凝土的收缩、膨胀、不均匀沉降等。裂缝不仅会影响水池结构的整体性，还会使内部钢筋被锈蚀，加快混凝土的碳化速度，降低混凝土的强度、耐久性和抗渗性能，进而缩短水池的使用寿命。

3.1 外在荷载造成的裂缝

当水池结构受到外部应力作用时，由于受力性能不足，所以，其结构发生了很大的变化，使得裂缝的形成和发展具有一定的破坏性。造成这种情况的主要原因是，设计前期所收集的基础资料有误，或者设计过程中考虑不足，计算模型有误等。

3.2 材料质量差和构造不恰当造成的裂缝

当水池使用的主材质量不良，无法满足应力变化时，就会产生裂缝。为了使设计模型更贴近实际情况，应该采取必要的构造措施，避免构造不当或缺失造成的裂缝。

3.3 混凝土收缩、温湿度的变化

当混凝土被硬化时，会释放巨大的水化热，在构件外表面形成某种拉应力，同时，在其降温收缩的过程中，由于支座对其有一定的约束，进而形成了拉应力。因此，早期构件因为混凝土收缩造成的裂缝集中出现在表侧，中期形成的裂缝集中出现在中部。

4 控制裂缝的方法

根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB 50069—2002）的要求，要想有效控制裂缝的出现，就要采取裂缝宽度验算、抗裂度验算和增加构造等措施来辅助解决存在的问题。

对于一些受力构件，比如轴心受拉、小偏心受拉构件，应按照不开裂的情况进行抗裂度验算。受力构件的抗裂性能是由混凝土的抗拉强度和构件的受拉截面决定的。对于另外一些受力构件，比如受弯、大偏心受拉构件，通常是由裂缝宽度控制的。在此，裂缝宽度需控制在0.2 mm以内。

4.1 恒、活荷载作用下形成的裂缝控制

要想控制这种裂缝，就要详细计算、分析池体可能产生最大拉应力断面的情况，使之能够满足裂缝宽度的设计要求。而要想避免这种裂缝的出现，就要先收集全部的基础资料，并保证其准确性。

在某些实际工程案例中，应该先根据工艺、电气等专业的提资确定初步荷载，估算内力，然后分析相关计算结果，进一步完善整个结构的受力体系，尽可能地让水池的主要受力构件受力明确、传力合理、经济可靠。与此同时，还应分析、计算所有受力构件的内力情况，确定不同工况下的内力设计值。在配筋计算时，应具体考虑各构件的裂缝控制验算工作，如果需要进行裂缝控制设计，则应该根据其具体的受力性质进行抗裂度验算或者裂缝宽度验算。要想控制这种裂缝，就要合理调整构件的混凝土等级、配筋率、钢筋截面和构件截面面积等。

4.2 混凝土硬化形成的裂缝控制

要想控制这种裂缝的产生，首先要严格控制混凝土配比和所用主材的规格、质量、级配，同时，设计方也应对混凝土的浇筑、养护工程提出相应的施工要求。在某些大型水池的设计中，会采用增设伸缩缝、掺和添加剂或者设置加强带等措施来控制混凝土硬化收缩时产生的裂缝。

在水池中设置伸缩缝时，应在伸缩缝处将水池结构彻底断开。但是，在具体工程中，因为水池结构复杂，有时只能设置“不完全伸缩缝”。这种形式的“伸缩缝”只实现了部分功能，并不能发挥全部作用。在温度、湿度发生较大变化时，混凝土的伸展、收缩同样也会使构件被局部压碎。因此，除了要设置伸缩缝外，其位置的选取也很重要，不建议将其设置在构件的主要受压区和应力集中区。

在设定伸缩缝时，还需要采取相应的构造措施，它们对某些特殊节点的处理、施工工艺和特殊材料的使用等都有相对较高的要求。有关规范规定，可在混凝土中添加合理的外加剂，有效减小混凝土的收缩变形，而且伸缩缝的最大间距也可适当加大，增设加强带也可以减少伸缩缝的设置。在大型水池工程的设计工作中，掺和添加剂、增设加强带等措施已被频繁使用。

在混凝土中掺和添加剂后，它会变得更加均匀、密实，能有效防止硬化过程中发生的收缩变形。当混凝土的均匀密实性提高后，即便混凝土因为受力变形而产生裂缝，也只会出现细微的裂缝。由此可见，掺和添加剂可以控制裂缝的形成。目前，应用比较广泛的添加剂有2种：①抗裂防水剂。它的主要成分是防水剂和膨胀剂，应用它会加快混凝土的膨胀速度。当有外应力作用时，钢筋内部会产生预应力；当混凝土发生收缩、变形时，这种预应力可起到一定的补偿作用。②另外一种添加剂的主要成分是高强合成纤维，将其添加在混凝土中可以制成纤维混凝土，使混凝土的收缩能量被分散到高强纤维上，进而增强混凝土的韧性，有效抑制已形成裂缝的开裂速度。在使用添加剂时，应遵循相关规范、规定的要求，避免影响混凝土的抗裂性能。

4.3 材质差、构造不当形成的裂缝控制

浇筑混凝土时，应使用有合格标牌的水泥，并将其存放在干燥的环境中。如果使用结块或变质的水泥，会导致其在反应过程中因为水化不完全影响混凝土的抗渗性，进而影响混凝土的强度。

灰水比越小，混凝土中多余的、未能参加反应的水分就越多，在受热蒸发后形成的微细孔洞就会越多，这些孔洞就是混凝土出现裂缝的主要原因。所以，要严格控制灰水比，选择粒径均匀、级配良好的粗、细骨料，以增强混凝土的密实度、和易性，有效控制裂缝的形成。

除了要保证材料的质量外，还需要论证结构中容易产生应力集中部位的构造措施的合理性和可靠性，构造措施对控制裂缝的形成起着非常重要的作用。在工程设计初期，要先采取合理的构造措施使设计模型更加接近工程的实际受力情况，然后针对各构件、节点的特性，按照其在整个结构体系中所起的作用落实有针对性的构造做法，以达到控制裂缝的目的。如果发现存在影响整个结构体系安全的问题，必须在制订结构方案初期就考虑采取哪些有针对性的构造措施。优秀的设计模型不仅要有较高的可靠性，还要具备良好的构造要求，当遇到无法现场实施或实施难度较大的构造措施时，应针对具体问题作出相应的调整。

5 结束语

在相关的工程建设中，水池类水工构建筑物的设计和施工是一项系统工程，需要严格按照规范完成，而且各部门还要配合作业。在工作过程中，设计方、施工方、监理方和业主方等应相互协调，重视质量控制，杜绝任何安全隐患。

参考文献

[1]北京市市政工程设计研究总院.GB 50069—2002 给排水工程结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

〔编辑：白洁〕