淺析施工中水池裂縫原因及處理方案

呂 俊，湯明燕，堯向群，吳培軍，吳 瑤

（1.江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省水務(wù)有限責(zé)任公司，江西 南昌 330001；3.江西省鄱陽湖水利樞紐建設(shè)辦公室，江西 南昌 330046）

1 工程概況

江西省某農(nóng)村安全飲水工程項目中清水池為3 000 m3矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計選用96S837標(biāo)準(zhǔn)圖，該池體平面為正方形，池體長寬均為29.20 m，池內(nèi)凈高4.00 m（如圖1、2所示）。施工現(xiàn)場水池基礎(chǔ)為強風(fēng)化粉砂巖，承載力特征值fak=260 kPa，變形模量E0=15 MPa，池體采用C25混凝土澆筑，澆筑時間為2011年9月～12月。2012年5月，施工人員在進(jìn)行池體粉刷時，發(fā)現(xiàn)池壁、頂板及內(nèi)隔墻多處開裂，內(nèi)部支柱的柱帽、柱腳及柱身均有裂縫。

2 水池裂縫情況

2.1 池壁裂縫

（1）西側(cè)池壁（1 軸）：①距底板面 0.70～0.50 m 高處有一貫穿裂縫，中間最寬處0.80 mm，池壁內(nèi)外均可見；②洞口至F軸間分布有20多條明顯斜向裂縫，主要集中在D軸附近向兩邊擴散，基本貫穿整個壁板高度，寬度為 0.25～0.45 mm；③整個池壁分布著大量細(xì)小裂縫（寬度小于 0.20 mm），主要集中在 C～E 軸間。

（2）南側(cè)池壁（A 軸）：①距底板 0.30～0.55 m 高處有一水平裂縫，自1軸延伸至5軸附近，寬度0.10～0.25 mm；②2～3軸間有略斜豎向裂縫2條，中間大兩頭小，較長裂縫最寬處0.50 mm；③3～5軸附近均有1～2條豎向裂縫，最寬處0.15 mm；④1～6軸間分布著一些寬度小于0.10 mm的細(xì)微裂縫。

（3）北側(cè)池壁（H 軸）：①距底板約 0.50 m、1.10 m 高處各有一水平裂縫，自1軸延伸至5軸附近，寬度0.10～0.20 mm；②3～4 軸間有兩條豎向裂縫，呈中間大兩頭小，寬度0.15 mm；③1～5軸間分布著一些寬度小于0.10 mm的細(xì)微裂縫。

2.2 支柱裂縫

（1）7/G軸柱腳呈西北角斜向開裂，裂縫由角部延伸至杯口根部，寬度0.40 mm。

（2）2/B、2/C、2/D、2/E、2/F、2/G 軸柱均是柱腳東側(cè)杯口處呈楔形開裂，根部脫開8～10 mm，柱帽西側(cè)杯口處楔形開裂，上、下開裂處均伴有少量混凝土破碎；柱身在距柱腳杯口高0.80 m左右東側(cè)有楔形開裂，向西側(cè)延伸并收斂于柱中線附近，縫寬0.30 mm。

（3）3/G、4/G、5/G 軸柱腳南側(cè)、柱帽北側(cè)以及柱身南側(cè)均有開裂，其開裂形式與2軸柱基本相同，柱身最大裂縫寬度 0.25 mm，上、下另有寬約 0.10 mm 裂縫 1～2條。

2.3 頂板裂縫

（1）頂板東北角有3條約45°角裂縫，自6/H處延伸至 F 軸（距 8/F 約 2.9 m），最大寬度 0.80 mm；距該裂縫向西3 m處有1條斜裂縫，縫寬0.40 mm，長5.40 m。

（2）距 1 軸線 1.70～1.90 m，距 A 軸線 0.50 m，均有沿板邊通長裂縫，中間最大縫寬0.50 mm，距H軸線1.60 m，由西向北延伸至板中線位置，裂縫寬度 0.10 mm。

（3）西南角（1-3/A-E軸區(qū)間）有大量明顯的裂縫，部分裂縫延伸至4軸線附近，以D軸線左右最為集中，裂縫寬度大部分在 0.20～0.60 mm。

圖1 水池平面圖

圖2 水池剖面圖

2.4 其他

在底板勘探鉆孔處，用手探測發(fā)現(xiàn)底板與墊層間存在明顯的間隙。

3 水池裂縫原因分析

通過現(xiàn)場對施工過程了解得知，該工程自2011年12月完成池體混凝土澆筑后，外圍基坑僅東北角處有少量回填，其余部位均未回填。2012年5月粉刷前，正逢汛期，有數(shù)場暴雨，致使池外基坑積水深度達(dá)1.80～2.00 m，由現(xiàn)狀裂縫情況可知，池體裂縫也主要集中在西側(cè)基坑未回填位置。通過對水池進(jìn)行抗浮驗算和裂縫寬度計算，分析裂縫產(chǎn)生的原因。

3.1 水池抗浮驗算

根據(jù) 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）5.4.3 條規(guī)定，對水池進(jìn)行抗浮驗算。

其中：KW—抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況下可取1.05；

GK—水池自重及壓重（kN）；

NWK—浮力作用值（kN）。

經(jīng)計算得出，水池自重15 415 kN，根據(jù)施工過程情況，按池外最大積水水深2.00 m計算得水浮力作用值17 761 kN，進(jìn)而得出水池抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)KW為0.87，小于規(guī)范要求，說明當(dāng)池外基坑最大積水深為2.00 m時，水池已不滿足安全穩(wěn)定要求，產(chǎn)生了上浮。

3.2 裂縫寬度計算

根據(jù) 《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50069-2002）附錄A規(guī)定，最大裂縫寬度計算公式轉(zhuǎn)換后如下：

其中：ωmax—最大裂縫寬度（mm）；

αcr—與構(gòu)件截面應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的系數(shù)，受彎構(gòu)件取 2.1；

ψ—裂縫間受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，當(dāng)＜0.4時，取 0.4；當(dāng) ＞1.0 時，取 1.0；

σsK—鋼筋應(yīng)力（N/mm2）；

Es—鋼筋的彈性模量（N/mm2）；

c—最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)邊緣的距離（mm），取 35；

d—縱向受拉鋼筋直徑（mm），根據(jù)設(shè)計圖紙，取14；

ρte—按有效受拉砼截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率，ρte＜0.01 時，取ρte=0.01。

經(jīng)計算，最大裂縫寬度為0.27，而現(xiàn)狀水池的裂縫寬度在 0.10～0.80 mm 之間，超過允許的裂縫寬度值，說明水池存在安全隱患。

3.3 水池裂縫原因分析

水池施工中產(chǎn)生裂縫的原因很多，其中主要包括混凝土內(nèi)外溫差、混凝土塑性和縮水收縮（干縮）、結(jié)構(gòu)地基或回填土未壓實或浸水以及施工的不規(guī)范操作以及施工工藝的不合理運用等。根據(jù)本工程裂縫情況和上述計算結(jié)果，結(jié)合施工過程中池外基坑積水情況，通過水池抗浮驗算，得出池外基坑積水產(chǎn)生的浮托力超過了水池自重，在水池空載、排水不暢的情況下，致使池體不均勻上浮，造成池壁、頂板及支柱產(chǎn)生裂縫，并使得底板與墊層脫離，整體向東傾斜，在積水退去后，泥沙積留在底板與墊層之間，導(dǎo)致底板不能完全復(fù)位，池體產(chǎn)生傾斜變形。另外，水池底和頂?shù)脑O(shè)計均為板式結(jié)構(gòu)，無框架梁連接，當(dāng)池壁及支柱受力產(chǎn)生變化，基礎(chǔ)承重分布不均勻時，會造成池體傾斜、變形。由裂縫寬度計算可知，池壁、柱體及頂板產(chǎn)生的裂縫已超過允許最大裂縫寬度值，需對池體進(jìn)行鑒定。

4 水池質(zhì)量鑒定

通過專業(yè)檢測機構(gòu)復(fù)核現(xiàn)狀水池頂高程，并對池體混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測，鑒定水池變形情況及工程質(zhì)量，以便為后續(xù)處理提供依據(jù)。

4.1 池頂高程復(fù)核

現(xiàn)場對池頂16個位置高程進(jìn)行了測量，各測點為原測量標(biāo)注位置，池頂現(xiàn)澆完成后原始高程為34.60 m。經(jīng)重新測量復(fù)核，發(fā)現(xiàn)池頂標(biāo)高與施工完成時施工單位所測標(biāo)高相比，最大升高了202 mm，其中西北側(cè)抬升較為明顯，東南側(cè)存在些許沉降，池體高低處最大高差為215 mm，整個池體由西向東傾斜?？梢娬麄€池體已發(fā)生了嚴(yán)重的傾斜變形。

4.2 池體混凝土質(zhì)量檢測

現(xiàn)場采用混凝土回彈儀對四側(cè)池壁、七根有明顯裂縫的支柱進(jìn)行了檢測，結(jié)果見表1。

由檢測結(jié)果可知，所抽檢混凝土構(gòu)件強度均達(dá)到C25強度等級以上，池體現(xiàn)齡期混凝土強度推定值在31.4～44.7 MPa 之間，滿足設(shè)計要求。

4.3 質(zhì)量鑒定結(jié)論

（1）由池頂高程復(fù)核可知，池體周邊基坑積水使得池體產(chǎn)生了不均勻上浮，水池主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜變形，并導(dǎo)致了池體裂縫的產(chǎn)生。

（2）由混凝土質(zhì)量檢測可知，該水池混凝土強度滿足設(shè)計要求，說明水池裂縫與混凝土澆筑質(zhì)量無關(guān)。

（3）由現(xiàn)場觀測，池體出現(xiàn)大量貫穿性裂縫，最大裂縫寬度達(dá) 0.60～0.80 mm，超出《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）要求的限值，不符合要求，無法正常投入使用，需要對池體裂縫進(jìn)行處理。

表1 池體混凝土強度檢測結(jié)果

5 水池裂縫處理方案

5.1 水池裂縫加固

根據(jù)鑒定結(jié)論，混凝土強度已達(dá)到或超過設(shè)計值，對安全無影響，但池體產(chǎn)生了一定變形，裂縫較多，并超過規(guī)范值，影響使用功能。因此，需對池體變形及裂縫情況進(jìn)行加固，防止水池運行時池體水通過裂縫銹蝕鋼筋，影響結(jié)構(gòu)安全。采取的具體措施如下：

（1）底板與墊層空隙處采用低壓自流式排水灌漿處理，使池底與墊層較好結(jié)合；

（2）水池內(nèi)部和水池外側(cè)壁全部采用無收縮修復(fù)砂漿（掛鋼絲網(wǎng)），砂漿厚度20 mm；

（3）頂板采用無收縮高強混凝土整澆，厚度40～60 mm，布雙向Φ8＠150鋼筋；

（4）柱子裂縫采用高強環(huán)氧砂漿處理。

此加固處理方案經(jīng)運行驗收合格，說明此加固方案是有效的。

5.2 地下水浮力的設(shè)防水位

為避免水池在以后的運行管理中因地下水的浮托力對池體造成破壞，根據(jù) 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011） 3.0.4 條要求，需計算水池地下水浮力的設(shè)防水位，以保證水池的安全運行。地下水浮力的設(shè)防水位計算按公式（1），計算當(dāng)水池空載工況下抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到臨界值 （Kf=1.05）時相對應(yīng)的地下水深，由公式（1）得出：

其中：ρ—水密度（kg/m3）；

h—地下水深（m）；

A—水池底面積（m2）。

通過計算得出h=1.65 m，即在水池運行管理中，應(yīng)使地下水位低于1.65 m，以滿足水池的穩(wěn)定安全要求。

6 結(jié)語

當(dāng)前，在農(nóng)村飲水及各種水處理工程中，鋼筋混凝土水池得到了廣泛應(yīng)用，而施工過程中的各種不確定因素導(dǎo)致水池產(chǎn)生裂縫，只有規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)施工過程中的各個環(huán)節(jié)，確保施工質(zhì)量，才能有效杜絕水池裂縫事故的產(chǎn)生。通過本工程可知，應(yīng)在施工中充分做好以下幾方面工作：首先，施工前應(yīng)認(rèn)真做好設(shè)計交底工作，充分了解工程基礎(chǔ)、周邊地形以及池體的重要部位，以便在施工中加以防范；其次，在施工過程中，應(yīng)做好基礎(chǔ)降、排水工作，確?；A(chǔ)施工環(huán)境的干燥，避免產(chǎn)生不均勻沉降；最后，在施工完成后應(yīng)及時回填覆蓋，避免基坑因降雨產(chǎn)生積水，軟化基礎(chǔ)，影響池體結(jié)構(gòu)及安全。另外，對于地下水位較高或易產(chǎn)生積水地段，在設(shè)計中可在池底和頂板加設(shè)框架梁連接，增強水池的整體性，避免池體受力不均勻?qū)е鲁伢w產(chǎn)生裂縫。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 ［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011，5.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012，3.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003，2.

［4］劉聲遠(yuǎn)，孫 穎.鋼筋混凝土水池裂縫的分析與處理 ［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2007，26（2）：228-231.

［5］何益斌，肖阿林.某工程水池池壁開裂原因分析及防治措施［J］.四川建筑科學(xué)研究，2009，35（1）：108-110.

［6］宋少剛，程義軍.水池裂縫產(chǎn)生的原因及控制處理方法 ［J］.山西建筑，2010，36（12）：156-158.

［7］路繩巖.淺談鋼筋混凝土水池裂縫的成因與控制 ［J］.河南建材，2012（6）：181-183.